CN116716540A - 高抛光性预硬塑胶模具钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高抛光性预硬塑胶模具钢及其制备方法，该模具钢的成分按重量百分比计为：C0.33～0.36％，Si0.20～0.30％，Mn0.93～1.00％，P0.00～0.015％，S0.000～0.002％，Cr1.75～1.85％，Ni0.55～0.65％，Mo0.67～0.72％，V0.27～0.32％，Cu0.40～0.50％，H0.00ppm～2.00ppm，余量为Fe及不可避免杂质。本发明通过化学成分设计来调整模具钢的硬度和冲击韧性以提高模具钢的寿命；改进冶炼锻造工艺来改善材料的组织偏析和硬度均匀性，使材料获得优异的抛光性能、均匀的硬度和良好的冲击韧性。

Description

高抛光性预硬塑胶模具钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金钢技术领域，特别涉及一种高抛光性预硬塑胶模具钢及其制备方法。

背景技术

模具是制造业之母，模具质量水平决定产品的质量水平。随着汽车行业、家电等3C产业的蓬勃发展，对产品的质量和成本的要求也越高，随之而来的对模具钢产品质量及模具生产周期的要求也越高。近年来，我国塑胶模具产量还在呈持续上涨趋势，占据模具行业高达45％的市场份额。主要应用领域有汽车行业的保险杠、仪表板、门板等普通外观件，柱外饰、车灯配光镜、灯罩等高要求光学件等；还有家电行业的鼠标、电视机外壳、空调面板等。这些模具需要有良好的加工性能和短的制造周期、优异的蚀刻和抛光性能，更重要的是，需要有更长的寿命。

近年来，市场上应用较广泛的预硬类塑胶模具钢材料，大多在AISI P20和P21类的基础上进行改良，在保证加工性的基础上，增添或调整合金元素的含量，改进热处理方式，以期改善材料的硬度和淬透性，进而提高模具钢材料的抛光和蚀刻性能，延长模具的使用寿命。

林慧国、林钢和马跃华等著《袖珍世界钢号手册》标明合金工具钢AISI P20类材料的化学成分范围为：C 0.28～0.40％，Si 0.20～0.80％，Mn 0.60～1.00％，P0.000～0.030％，S 0.000～0.030％，Cr 1.40～2.00％，Mo 0.30～0.55％，残余Cu和Ni的含量≤0.75％，其余元素为Fe及不可避免杂质。该款料在经150～260℃低温回火及渗碳处理后表面硬度可达64～58HRC。但该料淬透性较差，整体热处理无法获得较高的使用硬度，达不到高寿命预硬塑胶模具钢的要求。

瑞典进口的AISI P20改良类材料公开资料显示，其化学成分典型值为：C0.26％，Mn 1.45％，S 0.002％，Cr 1.25％，Mo 0.60％，V 0.12％，Ni 1.05％，供货状态为：硬化及回火至硬度HB310～355HB(约为33～38HRC)；相较现有P20类材料，提高了Mn含量，增加了合金元素Ni和V，Mo元素含量走上限，Cr元素含量走下限，提高了材料的淬透性，有良好的抛光性和蚀纹性能，但该款料的硬度较低，不能很好的满足模具长寿命的使用要求；

德国进口的AISI P20改良类材料公开资料显示，其化学成分典型值为C 0.30％，Si 0.30％，Mn 1.55％，Cr 1.35％，Mo 0.70％，Ni 1.00％，供货状态为：硬化及回火至硬度为38～42HRC；其非金属夹杂物(纯净度)按标准GB/T 10561-2005，A法评级，合格范围为A(硫化物)≤0.5(长度<127um，宽度<12um)，B(氧化物)≤1.0(长度<184um，宽度<15um)，C(硅酸盐)≤1.0(长度<176um，宽度<12um)，D(球状氧化物)≤1.0(直径<13um，数量<9)。相较现有P20类，增加了合金元素Ni，提高了Mn和Mo含量，降低了Cr含量，交付硬度范围为38～42HRC，较高的硬度能满足长寿命模具的使用要求。但该款料纯净度合格范围较宽松，B类和C类夹杂物范围为1.0，增加产品抛光时出现麻点的可能性，另外，该料微区硬度均匀性较差，晶粒细化做的不够，较易出现材质偏析，影响抛光性和蚀刻性能。

日本进口的AISI P21改良类材料公开资料显示，其化学成分典型值为：C0.15％，Si 0.30％，Mn 1.50％，Mo 0.30％，Ni 3.00％，Cu 1.00％，Al 1.00％。出厂硬度为37～43HRC，硬化方式为时效预硬。相较现存P21类材料，降低了C含量，增加了Mn、Ni含量，添加了合金元素Cu、Al、Mo，去除了合金元素Cr。此款料的抛光性优异，具有良好的硬度均匀性和机加工性，但韧性较差，模具在使用过程中易开裂，而且限于这款料只能做到400mm以下的厚度，故而无法制作400mm以上的大尺寸模具。

国产P20改良型材料的质量近年来有很大的提升，相较进口材料价格也颇有优势，在很多方面可以替代对应的进口材料，但在抛光性要求高的应用领域，进口料还是占有一席之地，国产料还是无法完全替代。

综上所述，我国在高抛光预硬塑胶模具钢领域还有很多提升空间。我们应在保持原有本土化低成本的优势下，继续进行技术攻坚，提高我国塑胶模具钢的质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种高抛光性预硬塑胶模具钢，通过化学成分设计来调整模具钢的硬度和冲击韧性以提高模具钢的寿命；

本发明还提供一种所述的高抛光性预硬塑胶模具钢的制备方法，该方法通过改进冶炼锻造工艺来改善材料的组织偏析和硬度均匀性，从而使材料获得优异的抛光性能、均匀的硬度和良好冲击韧性。

本发明的目的是这样实现的：

一种高抛光性预硬塑胶模具钢，所述高抛光性预硬塑胶模具钢的成分按重量百分比计为：C 0.33～0.36％，Si 0.20～0.30％，Mn 0.93～1.00％，P 0.00～0.015％，S0.000～0.002％，Cr 1.75～1.85％，Ni 0.55～0.65％，Mo 0.67～0.72％，V 0.27～0.32％，Cu0.40～0.50％，H 0.00ppm～2.00ppm，余量为Fe及不可避免杂质。

作为优选，所述高抛光性预硬塑胶模具钢的成分按重量百分比计为：

C 0.34～0.36％，Si 0.24～0.28％，Mn 0.94～0.96％，P 0.000～0.012％，S0.000～0.002％，Cr 1.79～1.82％，Ni 0.57～0.63％，Mo 0.67～0.70％，V 0.29～0.32％，Cu 0.40～0.50％，H 1.00ppm～1.60ppm，余量为Fe及不可避免杂质。配方中的P和S均为不可避免的杂质，尽量控制在更低的含量，配方中给出的是上限。

作为优选，所述高抛光性预硬塑胶模具钢的主要成分按重量百分比计为：C0.35％，Si 0.25％，Mn 0.95％，Cr 1.82％，Ni 0.60％，Mo 0.70％，V 0.30％，Cu 0.45％。

作为优选，所述模具钢的硬度范围为40～43HRC(表面)，心部硬度≥38HRC，钢块心部和表面硬度差异不超过10％。

作为优选，非金属夹杂物按GB/T 10561-2005，A法，评级满足以下条件：A(硫化物)≤0.5级(长度<127um，宽度<12um)，B(氧化物)≤0.5级(长度<77um，宽度<15um)，C(硅酸盐)≤0.5级(长度<76um，宽度<12um)，D(球状氧化物)≤1.0级(直径<13um，数量<4个)，DS类(单颗粒大尺寸球状氧化物)的非金属夹杂物尺寸≤1.0级(直径＜27um)。

作为优选，钢块厚度≤650mm，宽度≤1400mm，钢块短横截面积＜1.5m²。

作为优选，钢块超声波探伤等级不低于Sep1921标准的E/e级。

一种所述的高抛光性预硬塑胶模具钢的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)冶炼：对高炉铁水进行电弧炉熔炼吹氧脱磷，出钢后添加合金材料，在LF炉调整化学成分含量至产品目标化学成分范围，并造白渣脱氧脱硫，吹氩促使夹杂物上浮被炉渣吸收；

2)真空脱气(VD或RH)：真空精炼，在66.66Pa真空度以下吹氩脱气，真空下保持时间不小于20min，以降低钢水中的氢含量，同时进一步脱硫和去夹杂；

3)铸锭：采用模铸底浇的方式，严格控制浇铸，浇铸温度为1535～1550℃，浇铸后得到钢锭；

4)长宽厚三个方向的自由锻造：锻造前，钢锭分阶段加热至1215℃～1230℃，至少两墩两拔，锻造比≥5.0，终锻温度850～900℃，锻造后得到钢块；

5)粗加工：钢块经锻打后切去钢块的头尾并检测金相组织；

6)锻后热处理：锻后模块空冷或风冷至350-400℃，再加热至870-880℃，保温10～20小时，空冷或风冷至325-375℃，然后装炉扩氢退火，退火毕检查模块表面及探伤；

7)预硬化淬火：步骤6)得到的钢块加热至880～900℃，保温10～20小时，淬火至150℃±10℃进行回火；

8)预硬化回火：将步骤7)得到钢块加热至585～600℃进行第一次回火，保温时间按模块厚度计算控制在10～20小时，炉温冷至450·℃±10℃后空冷至室温，随即检测第一次回火后钢块的外观是否有裂纹等缺陷，以及变形量是否过大，检测并记录第一次回火后的硬度，以作为第二次回火工艺设定的依据；

将钢块加热至545～590℃进行第二次回火，保温时间按模块厚度计算控制在10～20小时，重复第一次回火后的检测方式。

作为优选，4)中，钢锭分阶段加热至1220℃，终锻温度880℃；

6)中，锻后模块空冷或风冷至370℃，再加热至875℃，空冷或风冷至350℃；

7)中，步骤6)得到的钢块加热至890℃，淬火至150℃进行回火；

8)中，将步骤7)得到钢块加热至590℃进行第一次回火，炉温冷至450℃后空冷至室温；将钢块加热至560℃进行第二次回火。

作为优选，步骤6)、7)和8)中，保温时间主要取决于钢块厚度，钢块厚度每增加25mm，保温时间增加1小时。该制备方法在实现本发明要求的化学成分参数和性能参数的基础上，可以控制成本。

作为优选，步骤6)、7)和8)中，不同钢块厚度的保温时间具体为：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明降低了贵金属元素Ni的含量(从1.0％以上降低至0.55-0.65％)，节省了合金成本；另外，为了提高钢材的淬透性和强度，本发明增加了Cr的含量(从1.25％左右提升至1.75％～1.85％)，极大地增加了钢材使用厚度，而且，本发明还增加了V元素(从0.12％以下提升至0.27％-0.32％)，以达到细化晶粒、提高钢的强度、改善钢材抛光性能的作用；

2、本发明将严格控制钢中的杂质元素P、S含量(P：0.00～0.015％，S：0.00～0.002％)，使其保持在极低的水平，以达到提高钢材纯净度从而改善抛光性能的目的。

附图说明

图1是本发明制得的模具钢试样用3号钻石膏抛光效果照片；

图2是本发明制得的模具钢试样经3#钻石膏抛光后的显微效果图(100x)；

图3是本发明制得的模具钢试样经3#钻石膏抛光后又经5％硝酸酒精腐蚀后的预硬态金相组织图(50X)；

图4是本发明制得的模具钢试样经3#钻石膏抛光后又经5％硝酸酒精腐蚀后的预硬态金相组织图(500X)；

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通或改变都将落入本发明保护范围。

在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

本发明的设计机理为：

C：是钢中除铁外最基本的元素，在钢中主要以间隙原子的形式存在，与其它元素形成固溶体组织，提高钢的强度，如铁素体、奥氏体组织，都溶解有碳元素；还可以形成碳化物组织，提高钢的硬度和耐磨性，如渗碳体(Fe3C)。因此，钢材含碳量越高，钢材的强度、硬度就越高，但塑性、韧性也会随之降低。本发明中C含量范围为：0.33～0.36％，目标值为0.35％。

Si：是钢中常见元素之一，在炼钢过程中用作还原剂和脱硫剂。所以钢中常含有0.20～0.30％的硅。如果钢中硅含量超过0.50～0.60％时，硅就算作特殊的合金元素，这种钢就称为“硅钢”。硅能显著提高钢的弹性极限、屈服强度和抗拉强度，故可广泛用于制造负重的弹簧钢。在调质结构钢中，硅不仅能增加钢的淬透性，还能增加钢淬火后的抗回火性。因此，常被用做调质结构钢的合金元素，并可用于制造承受重负荷的较大截面零件的无镍铬、高强度、高韧性的高级调质钢。硅和其它合金元素如钼、钨、铬等结合，有提高钢抗腐蚀和抗高温氧化的作用，可用于制造无镍低铬的不锈耐热钢。含硅1.0～4.5％低碳和超低碳钢，具有极高的导磁率，可做电气制造业的硅钢片。在热处理时，硅易于促使石墨化，产生脱碳现象，故在弹簧中，常加入钨、钒、铬等元素来加以防止。也用于制造耐磨的石墨钢或模具钢。但钢中含硅量较高时，在焊接时喷溅较严重，有损焊缝质量，并易导致冷脆，会增加镀锌时锌对铁的破坏作用。本发明中硅的含量范围为：0.20～0.30％，目标值为0.25％。

Mn：是良好的脱氧剂和脱硫剂，因此，钢中含0.30～0.50％的锰是经常的。在碳素钢中加入0.7～1.8％或以上的锰时，就算是特殊的“锰钢”了。这种含锰量较高的碳素钢的力学性能，要比一般含锰量的好得多，不但有足够的韧性(在适当的热处理条件下，还有较高的强度和硬度，能提高钢的淬透性，改善钢的热处理加工性能。故在低合金结构钢中，含锰钢种发展十分迅速。利用锰和硫化合所生成的硫化锰(MnS)夹杂，有使切屑易于碎断的作用。所以，在钢中可加适量的锰和硫来生产易切削钢。此外，锰在合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢、耐磨钢、无磁钢、不锈钢、耐热钢中，也获得广泛的应用。但锰能使钢的抗腐蚀性能减弱，对钢的焊接性能也有不利的影响。本发明中锰的含量范围为：0.93～1.00％，目标值为0.95％。

P：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏，因此优质钢中通常要求含磷量＜0.030％以下。但从另外方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改善钢的可切削性是有利的。本发明中磷的含量控制在0.015％以内。

S：硫在钢中一般被认为是残存的有害元素之一。它降低钢的延展性及韧性，损害钢的抗蚀性，对焊接也有不利的影响。所以在优质钢中，其含量控制在0.030％以下。但在某种条件下，害处可以转化为益处，如在含硫易切削钢中，就是提高硫和锰的含量，使形成较多的硫化锰(MnS)微粒，以改善钢的切削加工性。本发明中S的含量控制在0.002％以内。

Cr：钢中加入铬能显著提高钢的抗氧化作用，增加钢的抗腐蚀能力，并能提高钢的强度和耐磨性。由于铬加入钢中能改善钢的力学性能和物理性能，因此在各种用途的合金钢中，普遍含有不同数量的铬。由于目前我国铬资源较少，故因尽量节约使用，特别是在大量生产的结构钢中，应当少用或不用铬。本发明中铬的含量范围为1.75～1.85％，目标值为1.82％。

Ni：能使钢强化，改善钢的低温性能，特别是韧性，还可以提高钢的淬透性，镍钢的抗锈性也很强，具有较高的对酸、碱和海水的耐腐蚀能力，但在高温高压下对氧介质的抗腐蚀能力无明显效果，反会造成脱碳促使钢腐蚀开裂，一般国产低合金结构钢中不加入镍；镍在高含量时，可显著改变钢和合金的一些物理性能。但镍是一种重要的战略物资，在全世界范围内比较稀缺，所以作为钢的一种合金元素，应该只在不能用其它元素来获得所需的性能时，才考虑使用镍。譬如需要在高强度时具有高韧性的重要用途的结构钢、在低温工作条件下具有高韧性的钢，高合金铬镍奥氏体不锈钢以及要求具有特殊物理性能的钢等。本发明中镍的含量范围为：1.55～0.65％，目标值为0.60％。

Mo：是一种贵重的合金元素，在我国是富产，但在整个世界范围内的储量并不丰富。钼在钢中的作用，可以归纳为提高淬透性和热强性，防止回火脆性，提高剩磁和矫顽力，提高在某些介质中(如硫化氢、氨、一氧化碳、水等介质)的抗蚀性与防止点蚀倾向等。故在结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢、不锈耐酸钢、耐热钢(也称热强钢)、磁钢等一些列的钢种中，得到广泛的应用。铬钼钢在很多情况下，可以替代较贵重的铬镍钢来制造各种重要的机件，由于钼增加钢的热强性，所以钼含量较高时，也会增加热加工的困难。本发明中钼的含量范围为0.67～0.72％，目标值为0.70％。

V：是我国富有元素之一，也是目前发展新钢种最常用的合金元素之一。它和碳、氮、氧都有极强的亲和力，与之形成相应的极为稳定的化合物。少量的不到0.5％的钒能细化晶粒，提高钢的强度、屈强比和低温韧性，改善钢的性能，也能增加钢的热强性和抗蠕变的能力。此外，钒对碳的固定作用，还可以提高钢在高温下的抗氢侵蚀。但是，钒需要总是和其它合金元素如锰、铬、钨、钼等配合使用。常用于低温用钢、高压抗氢钢、高级优质弹簧钢、新型轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、耐热钢等。但钒含量不宜过高，过高则降低钢的韧性。本发明中设定钒含量范围为0.27～0.32％，目标值为0.30％。

Cu：在钢中加入0.20～0.50％的铜，特别是和磷配合使用时，可以使低合金钢和钢轨钢获得优良的抗大气腐蚀性能，并且也有利于提高钢的强度、耐磨性和屈强比，而对钢的焊接性能没有不良的影响，是目前建造桥梁、船舶、汽车、机车车辆、化工石油设备及高压容器的主要钢类。在奥氏体不锈钢中加入2～3％的铜，可以提高其在酸性介质中的抗蚀性。但铜是稀缺金属之一，也是战略物资，因此一般不应在炼制过中有意的加入。由于钢中含铜无法从冶炼过程中去除，而我国由于丰富的含铜铁矿，所以可以利用含铜铁矿来发展含铜钢。本发明中加入的Cu含量范围为：0.40～0.50％，目标值为：0.45％。

H：以原子或离子形态溶于钢中，形成间隙固溶体，因而也起到某些合金化的作用，有稳定奥氏体，增加钢材淬透性的好处。但它也会造成很多严重的缺陷，如产生白点、点状偏析、氢脆、以及焊缝热影响区内的裂缝等，所以一般把它看作是一种有害的元素，而采取种种措施，以降低其在钢中的含量。因此本发明将H含量控制在2ppm以下。

本发明除了化学成分要满足要求的范围外，其它性能参数也要控制在合格的范围内，本发明性能参数设计的理由如下：

硬度：由于以往较低硬度的材料在使用过程中，往往由于不耐磨或强度不够产生裂纹而达不到预期的寿命，故通过提高硬度的方式来改善。本发明将硬度从原有的40HRC以下提高到40～43HRC(表面)，心部硬度设定在38HRC以上。且为了保证心部硬度一致性，要求钢块心部和表面硬度差异不超过10％。

超声波探伤：超声波探伤是无损检测中的一种，其目的是为了检测材料内部的缺陷，以确保材料的质量。本发明中设定材料的超声波探伤合格级别为Sep1921，E/e级，目的是进一步确保材料的出厂质量。

非金属夹杂物：钢中夹带的各种非金属颗粒的统称。对钢材性能有显著影响的主要有A(硫化物)、B(氧化物)、C(硅酸盐)、D(球状氧化物)、DS(单颗粒球状类)五类。不同形态的夹杂物混杂在钢材内部，破坏了钢材的连续性和完整性，降低钢材的强度、韧性、抗疲劳性，特别是抛光性。故本发明中将五类夹杂物合格级别按GB/T10561-2005,A法设定为A≤0.5级(长度<127um，宽度<12um)，B≤0.5(长度<77um，宽度<15um)级，C≤0.5级(长度<76um，宽度<12um)，D≤1.0级(直径<77um，数量<9个)，DS≤1.0级(直径<27um)。

钢块尺寸：模具尺寸决定产品尺寸，而一些产品会由于受模具尺寸所限而无法实现生产。本发明通过设计的产品尺寸为：钢块厚度≤650mm，宽度≤1400mm，钢块短横截面积＜1.5m²。这个范围是指本发明制得产品的上限，即小于这个尺寸的钢块本发明均可以制备。

实施例1-5及对比例1-2

一种高抛光性预硬塑胶模具钢的制备方法，确认钢材技术规格书要求、炼钢原材料及炼钢设备准备完备后，该方法具体步骤是：

1)冶炼：电弧炉熔炼吹氧脱P，出钢后添加钼铁、铬铁、纯镍、钒铁、铜板等含合金材料，在LF炉调整化学成分含量至产品目标化学成分范围，各实施例模具钢的元素配方见表1，并造白渣脱氧脱硫，吹氩促使夹杂物上浮被炉渣吸收；

2)真空脱气(VD或RH)：真空精炼，在66.66Pa真空度以下吹氩脱气，真空下保持时间不小于20min，将钢水中氢氧氮含量降至极低，同时进一步脱硫和去夹杂；

3)铸锭：采用模铸底浇的方式，严格控制浇铸，浇铸温度为1535～1550℃；

4)长宽厚三个方向的自由锻造：锻造前钢锭分阶段加热至1215℃～1230℃，至少两墩两拔，锻造比≥5.0，终锻温度≤900℃；

5)粗加工：钢块经锻打后切去钢块的头尾并检测金相组织。

6)锻后热处理：锻后模块空冷或风冷至350-400℃，再加热至870-880℃，保温10～20小时，空冷或风冷至325-375℃，然后装炉扩氢退火，退火毕检查模块表面及探伤；

7)预硬化淬火：步骤6)得到的钢块加热至880～900℃，保温10～20小时，淬火至150℃±10℃进行回火；

8)预硬化回火：将步骤7)得到钢块加热至585～600℃进行第一次回火，保温时间按模块厚度计算，炉温冷至450℃±10℃后空冷至室温，随即检测第一次回火后钢块的外观是否有裂纹等缺陷，以及变形量是否过大，检测并记录第一次回火后的硬度，以作为第二次回火工艺设定的依据；

将钢块加热至545～590℃进行第二次回火，保温时间按模块厚度计算，重复第一次回火后的检测方式。

步骤6)、7)、8)中的保温时间主要根据钢块厚度设定，具体方案如表2所示。

表1本发明实施例制得的高抛光性预硬塑胶模具钢的成分(wt％)

注：表1中的组分含量余量为Fe，合计为100wt％。

为了获得目标硬度区间，采用表2的热处理工艺参数对各实施例步骤6)得到的钢块进行热处理，即步骤7)预硬化淬火、步骤8)预硬化回火的具体参数，通过将钢块缓慢加热到组织转变温度和长时间的保温，使钢块获得了表3所示的均匀的硬度。

表2各实施例钢的热处理工艺参数

各实施例制得的高抛光性预硬塑胶模具钢的尺寸、重量、硬度测量值和超声波探伤结果见表3。实施例钢材厚度最大值为500mm，可以满足大尺寸要求的模具；实施例硬度检测值均在40～43HRC范围内，符合设计标准；实施例超声波探伤结果均满足E，e级。

表3实施例钢材尺寸、重量、硬度和超声波探伤结果测试值

实施例	厚度(mm)	宽度(mm)	重量(kg)	硬度测试值(HRC)	超声波探伤结果
						1	245	910	7220	414141	E/e级
2	290	710	7400	404140	E/e级
						3	440	1150	11280	414242	E/e级
4	330	710	5800	424141	E/e级
						5	500	1050	11240	404041	E/e级
对比例1	280	850	9540	414141	E/e级
						对比例2	550	810	10500	414241	E/e级

注：

①硬度测试标准为：GB230.1-2018，硬度检测设备为：沈阳天星出产的磁力式洛氏硬度，型号为PHR-100.

②超声波探伤检测标准为：SEP1921-1984，超声波检测设备为：汉威生产的HS500型数字式超声波探伤仪

各实施例的非金属夹杂物检测结果见表4、图1-图4，其中图1为试样制备后用3号钻石膏抛光后的效果，试样表面无明显杂质点和纹路，试样抛光效果良好，图2为经3#钻石膏抛光后的经放大100倍后在金相显微镜下观察到的形貌，可见试样表面无明显夹杂物，此款料的夹杂物含量在合格范围内；图3和图4分别代表试样经3#钻石膏抛光后又经5％硝酸酒精腐蚀后在金相显微镜下观察到的低倍(50X)和高倍(500X)金相组织，可见试样表面无明显带状偏析，试样组织均匀细小，表明此款材料可用于制作高抛光要求的模具。

表4各实施例的非金属夹杂物检测结果测试标准：GB/T 10561-2005,A

注：非金属夹杂物试样均取自干钢块厚度心部，且制备过程经过了镶嵌、打磨、抛光，用麦克奥迪生产的motic-BA310Met金相显微镜进行检测。

根据表4可知各实施例的非金属夹杂物含量都控制在了很低的水平，A(硫化物)、B(氧化铝)、C(硅酸盐)、DS(单颗粒球状氧化物)这四类非金属夹杂物都未检测到，D(单颗粒球状类)控制在1.0级以下，且检测试样取自质量最难控制的母材厚度心部。

综上，本发明通过合理设计钢块的化学成分范围：如降低了贵金属元素Ni的含量(从1.0％以上降低至0.55-0.65％)，节省了合金成本；为了提高钢材的淬透性和强度，本发明增加了Cr的含量(从1.25％左右提升至1.75％～1.85％)，极大地增加了钢材使用厚度；增加了V元素(从0.12％以下提升至0.27％-0.32％)，以达到细化晶粒、提高钢的强度、改善钢材抛光性能的作用；而且，通过严格控制钢材的冶炼工艺，将钢中的杂质元素P、S含量(P：0.00～0.015％，S：0.00～0.002％)，使其保持在极低的水平，以达到提高钢材纯净度从而改善抛光性能的目的。

以上实施例也表明：本发明方法生产的钢块，化学成分在合格范围内；且钢块经热处理后，实测硬度值均在40-43HRC的范围内，硬度均匀；钢块冶炼完成后，超声波探伤结果也符合设计要求，钢块非金属夹杂物等级均在合格范围内，钢材展示出优异的纯净度；钢材的金相组织也非常均匀细小，无明显组织偏析，故此料可用于高抛光要求的产品。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本发明所提供的高抛光性预硬塑胶模具钢及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高抛光性预硬塑胶模具钢，其特征在于所述高抛光性预硬塑胶模具钢的成分按重量百分比计为：

C0.33～0.36％，Si0.20～0.30％，Mn0.93～1.00％，P0.000～0.015％，S0.000～0.002％，Cr1.75～1.85％，Ni0.55～0.65％，Mo0.67～0.72％，V0.27～0.32％，Cu0.40～0.50％，H0.00ppm～2.00ppm，余量为Fe及不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的高抛光性预硬塑胶模具钢，其特征在于所述高抛光性预硬塑胶模具钢的成分按重量百分比计为：

C0.34～0.36％，Si0.24～0.28％，Mn0.94～0.96％，P0.000～0.012％，S0.000～0.002％，Cr1.79～1.82％，Ni0.57～0.63％，Mo0.67～0.70％，V0.29～0.32％，Cu0.40～0.50％，H1.00ppm～1.60ppm，余量为Fe及不可避免杂质。

3.根据权利要求1所述的高抛光性预硬塑胶模具钢，其特征在于：所述高抛光性预硬塑胶模具钢的主要成分按重量百分比计为：C0.35％，Si0.25％，Mn0.95％，Cr1.82％，Ni0.60％，Mo0.70％，V0.30％，Cu0.45％。

4.根据权利要求1所述的高抛光性预硬塑胶模具钢，其特征在于：所述模具钢的硬度范围为40～43HRC(表面)，心部硬度≥38HRC，钢块心部和表面硬度差异不超过10％。

5.根据权利要求1所述的高抛光性预硬塑胶模具钢，其特征在于：非金属夹杂物按GB/T10561-2005，A法，评级满足以下条件：A(硫化物)≤0.5级(长度<127um，宽度<12um)，B(氧化物)≤0.5级(长度<77um，宽度<15um)，C(硅酸盐)≤0.5级(长度<76um，宽度<12um)，D(球状氧化物)≤1.0级(直径<13um，数量<4个)，DS类(单颗粒大尺寸球状氧化物)的非金属夹杂物尺寸≤1.0级(直径＜27um)。

6.根据权利要求1所述的高抛光性预硬塑胶模具钢，其特征在于：钢块厚度≤650mm，宽度≤1400mm，钢块短横截面面积＜1.5m²。

7.根据权利要求1所述的高抛光性预硬塑胶模具钢，其特征在于：钢块超声波探伤等级不低于Sep1921-1984标准的E/e级。

8.一种权利要求1所述的高抛光性预硬塑胶模具钢的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)冶炼：对高炉铁水进行电弧炉熔炼吹氧脱磷，出钢后添加合金材料，在LF炉调整化学成分含量至产品目标化学成分范围，并造白渣脱氧脱硫，吹氩促使夹杂物上浮被炉渣吸收；

2)真空脱气(VD或RH)：真空精炼，在66.66Pa真空度以下吹氩脱气，真空下保持时间不小于20min，以降低钢水中的氢含量，同时进一步脱硫和去夹杂；

3)铸锭：采用模铸底浇的方式，严格控制浇铸，浇铸温度为1535～1550℃，浇铸后得到钢锭；

4)长宽厚三个方向的自由锻造：锻造前，钢锭分阶段加热至1215℃～1230℃，至少两墩两拔，锻造比≥5.0，终锻温度850～900℃，锻造后得到钢块；

5)粗加工：钢块经锻打后切去钢块的头尾并检测金相组织；

6)锻后热处理：锻后模块空冷或风冷至350-400℃，再加热至870-880℃，保温10～20小时，空冷或风冷至325-375℃，然后装炉扩氢退火，退火毕检查模块表面及探伤；

7)预硬化淬火：步骤6)得到的钢块加热至880～900℃，保温10～20小时，淬火至150℃±10℃进行回火；

8)预硬化回火：将步骤7)得到钢块加热至585～600℃进行第一次回火，保温时间按模块厚度计算控制在10～20小时，炉温冷至450·℃±10℃后空冷至室温，随即检测第一次回火后钢块的外观是否有裂纹等缺陷，以及变形量是否过大，检测并记录第一次回火后的硬度，以作为第二次回火工艺设定的依据；

将钢块加热至545～590℃进行第二次回火，保温时间按模块厚度计算控制在10～20小时，重复第一次回火后的检测方式。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：

4)中，钢锭分阶段加热至1220℃，终锻温度880℃；

6)中，锻后模块空冷或风冷至370℃，再加热至875℃，空冷或风冷至350℃；

7)中，步骤6)得到的钢块加热至890℃，淬火至150℃进行回火；

8)中，将步骤7)得到钢块加热至590℃进行第一次回火，炉温冷至450℃后空冷至室温；将钢块加热至560℃进行第二次回火。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤6)、7)和8)中，保温时间主要取决于钢块厚度，钢块厚度每增加25mm，保温时间增加1小时。