CN100345982C - Nak80模具钢的预硬化处理方法 - Google Patents
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Abstract
NAK80模具钢的预硬化处理方法，其特征在于采用“热加工锻造成型→淬火→回火”三步法工艺流程：(1)热加工锻造的终锻温度860～920℃，终锻变形量15～20%；(2)淬火时，将900℃的模具钢锻件直接放入常规淬火液中进行固溶处理，在淬火液中冷却至200℃；(3)回火时，先将200℃的锻件置入回火炉内，再以80～100℃/h的速度加热至490～560℃，保温2～6小时后，锻件出炉，空冷至室温。本发明专利具有工艺简单、生产组织便捷的特点，有效解决了模具钢预硬化处理时间长、生产效率低的问题。实施本发明专利预硬化处理的NAK80模具钢，HRC硬度数值稳定在HRC38～HRC43，合格率100%；产品处理时间缩短70%，吨钢预硬化处理成本减少1300元降以上，满足用户要求和市场需要，经济效益显著。
Description
技术领域
本发明涉及黑色冶金行业塑料模具钢的预硬化处理方法，尤其是指析出强化塑料模具钢的预硬化处理方法。
背景技术
模具钢是特殊的合金钢，按用途来分，一般可分为热作模具钢、冷作模具钢和塑料模具钢。塑料模具钢是用于塑料模具制造的原材料(塑料模具是当今塑料成形工业的重要工艺装备，塑料制品离不开塑料模具，而塑料模具的制造首先需要塑料模具钢。在当今的世界上，人类生活和工业发展越来越依赖于塑料制品这种新型产业，伴随着塑料模具制造产量逐年增加，塑料模具钢的耗用量也逐年增加。)。作为合金模具钢的主要组成部分——塑料模具钢，一般可分为组织强化塑料模具钢(组织强化塑料模具钢是依靠马氏体和贝氏体组织获得强化)和析出强化塑料模具钢(析出强化塑料模具钢是依靠金属相析出获得强化)。为了保证塑料模具钢(包括组织强化塑料模具钢和析出强化塑料模具钢)在加工制造塑料模具时具备良好的加工性能、镜面抛光性能以及尺寸稳定性，冶金生产企业(钢铁制造商)在制造塑料模具钢的时候应将塑料模具钢的出厂交货的硬度控制在较窄(一定)的范围内，以满足模具钢用户(模具制造商)的模具加工所具备的性能，这种冶金生产企业采用一种热处理工艺将塑料模具钢的交货硬度控制在较窄(一定)范围内的方法称之为预硬化处理方法。
属于析出强化塑料模具钢的NAK80钢，其预硬化处理的交货硬度控制是：HRC38～HRC43范围。目前，冶金企业生产的NAK80析出强化塑料模具钢，预硬化处理工艺流程为：钢材锻造→退火→加热→均热(860℃～920℃)→淬火→高温回火(670℃～690℃)→中温回火(500℃～540℃)→冷却至室温。这种传统的预硬化具体处理方法是：首先将热锻造成形后的塑料模具钢钢材放进退火炉中进行660～700℃保温20～26小时的软化退火处理(这种退火是锻造模块在锻造之后必经的一个工序，其目的是使得锻造成形后的钢材的热应力得到充分的释放，避免在后面的预硬化加热中由于模块的应力而引起开裂)；随后将软化后的塑料模具钢钢材置入淬火炉内，以80～100℃/h的升温速度将钢材加热至860～920℃保温6～10小时(使得钢材的显微组织变成奥氏体组织，只有使得钢材的显微组织成为奥氏体组织，才能使得钢材中的合金元素充分溶解进入奥氏体组织中，为后工序的钢材能得到均匀的珠光体组织和金属析出相创造条件。)；然后放进淬火液中进行冷却至室温(获得固溶组织)；再将冷却后的钢材放入回火炉内，以80～100℃/h的升温速度将钢材加热至670～690℃保温8～12小时(使得钢材的显微组织分解为珠光体平衡组织，珠光体组织是最稳定的钢材显微组织，为后工序的热处理打下组织基础。)；随后钢材炉冷至500～540℃并保温8～12小时(使得钢材能够进行充分的析出强化)；出炉冷却后得到预硬化的效果：预硬化的硬度在HRC38～HRC43范围内。该传统工艺的优点是：可以使钢材的交货硬度稳定地控制在标准要求的HRC38～HRC43范围内；不足之处是：预硬化处理时间长，完成一次预硬化处理的时间需要48～60小时，造成冶金生产企业(钢铁制造商)的生产效率低，冶金制造成本居高不下，制约了NAK80模具钢的规模化生产和推广应用。
发明内容
本发明开发一种NAK80模具钢的预硬化处理方法，首先，它利用析出强化塑料模具钢NAK80钢的终缎温度及变形量控制，使钢材形成均匀的奥氏体组织，省略了传统预硬化处理方法的“退火→加热→均热(860℃～920℃)”工序；其次，通过淬火工序的冷却制度微调及强化相析出温度的时间控制，将传统预硬化处理方法的“淬火→高温回火(670℃～690℃)→中温回火(500℃～540℃)”工序简化为“淬火→回火(490℃～560℃)”工序，达到NAK80模具钢的预硬化目的；使得传统的繁琐预硬化处理工艺流程变得简单易操作，预硬化处理设备(冶金退火炉、加热炉设备等)的生产能力大大解放。本发明具有NAK80模具钢预硬化处理时间短、能耗低的特点，解决了NAK80模具钢预硬化处理时间长的的问题，提高了生产效率，大大了降低冶金制造的生产成本，满足了模具钢市场对析出强化塑料模具钢钢材的需求。
本发明开发的NAK80模具钢的预硬化处理方法，其特征在于采用“热加工锻造成型→淬火→回火”三步法工艺流程，生产硬度范围HRC38～HRC43的NAK80析出强化塑料模具钢成品：
第一，热加工锻造成型工序：采用锻压机对NAK80模具钢热加工锻造变形，生产出尺寸符合规格标准的成品模具钢钢材；技术要点是：(1)热加工锻造时，钢材终锻温度控制在860～920℃的区间范围内，860～920℃温度范围内的热加工锻造变形量控制在15～20％(可以使得钢材在锻造结束之后获得均匀的奥氏体组织，为接下来的的固溶处理创造条件，在终锻温度范围内的锻造过程中，获得一定的变形量可以细化钢材的显微组织，达到较好的钢材综合性能的目的)；
(2)其他，按常规工艺要求进行；
第二，淬火工序：将尺寸符合规格标准的成品模具钢钢材直接放入常规淬火液中进行固溶处理，在淬火液中冷却至150～250℃(获得贝氏体组织，由于贝氏体组织具有较高的显微硬度和细化的组织，为回火后获得细化的显微组织以及综合性能的提高打下基础。)；
第三，回火工序：将150～250℃温度的模具钢钢材置入回火炉内，以80～100℃/h的升温速度将钢材加热至490～560℃，保温2～6小时(保温时间根据用户要求的硬度HRC数值而定，见表1)后，将钢材移出回火炉空冷至室温(金属相在钢材组织中的的析出达到基体的强化，从而使得钢材获得所需要的硬度，由于在这个490℃～560℃回火温度范围内进行回火处理，材料的原贝氏体组织随着回火时间的延长而发生变化，这种变化是一种贝氏体组织的分解，另外，合金金属相的析出强化作用也随着回火时间的变化对钢材的强化作用产生因影响，最终形成时间效应对钢材的交货硬度起作用，这在表1中也同样得到体现。处理后的钢材硬度在HRC38～HRC43的范围内，达到了预硬化的目的。)。
和现有技术相比，本发明具有下列优点：
1、预硬化处理工艺简单合理，整个工艺操作过程便捷、易掌握，可操作性强、工艺稳定性高；
2、预硬化处理设备要求简单，现有的处理技术必须具有淬火炉才能进行预硬化处理，而本发明技术无需增加淬火炉就可以完成整个预硬化处理；
3、通过对钢材回火过程中的时间的调节来达到控制预硬化HRC硬度的目的，满足不同用户对不同钢材预硬化硬度要求的需求；
4、钢材的整个预硬化处理的时间(生产周期)短，传统预硬化处理工艺时间在48～60小时，本发明的预硬化处理工艺只需10～15小时；
5、生产率高，冶金制造成本大大降低。
具体实施方案
某钢铁公司实施本发明专利，对析出强化塑料模具钢NAK80钢(该模具钢的化学成分含量的重量百分比为：碳0.10～0.18％、锰1.70～2.00％、镍2.90～3.40％、钼0.20～0.50％、铝0.70～1.10％、铜0.80～1.20％、硅≤0.45％、磷≤0.025％、硫≤0.020％)进行工厂的预硬化处理，其特征在于采用“热加工锻造成型→淬火→回火”三步法工艺流程，生产硬度范围HRC38～HRC43的NAK80模具钢成品：第一，热加工锻造成型工序，采用锻压机对NAK80模具钢热加工锻造变形，生产出尺寸符合规格标准的成品模具钢钢材(成品横截面尺寸200×795mm、250×795mm、300×795mm、350×795mm)，技术要点是：(1)热加工锻造时，钢材终锻温度控制在860～920℃的区间范围内，860～920℃温度范围内的热加工锻造变形量控制在15～20％；(2)其他，按常规工艺要求进行；第二，淬火工序，将尺寸符合规格标准的成品模具钢钢材直接放入常规淬火液中进行固溶处理，在淬火液中冷却至150～250℃；第三，回火工序，将150～250℃温度的模具钢钢材置入回火炉内，以80～100℃/h的升温速度将钢材加热至490～560℃，保温2～6小时后，钢材移出回火炉空冷至室温。处理后的钢材经过硬度检测显示：该钢材预硬化硬度在HRC38～HRC43的范围内(附表1)，满足了预硬化钢材出厂的硬度要求，合格率100％。
实施本发明专利预硬化处理NAK80模具钢，具有处理工艺简单、生产组织便捷、冶金制造成本低的特点，可通过490～560℃回火工序的时间控制，调节模具钢钢材硬度的HRC数值稳定在HRC38～HRC43的范围内(根据用户的不同硬度要求)，产品合格率100％，有效解决了NAK80模具钢预硬化处理时间长、生产效率低的问题，整个预硬化处理时间仅需10～15小时，处理时间缩短70％，生产效率高，冶金制造成本低，吨钢预硬化处理成本从人民币2000～2500元降低至700～900元，满足用户要求和市场需要，经济效益显著。
NAK80模具钢固溶温度、回火时间—硬度对应表
表1
| 不同的固溶温度、时间与预硬化硬度的对应关系 | ||||
| 固溶温度 | 回火时间t与硬度HRC对应值 | |||
| 2h | 3h | 4h | 6h | |
| 860℃ | 36HRC | 42.3HRC | 43HRC | 43.3HRC |
| 890℃ | 38HRC | 42.3HRC | 43.7HRC | 42.7HRC |
| 920℃ | 39HRC | 42.3HRC | 42HRC | 43.7HRC |
| 注：(1)固溶温度是热加工锻造成型工序的终锻温度；(2)回火时间是490～560℃回火工序的保温时间。 | ||||
Claims (1)
1、NAK80模具钢的预硬化处理方法，其特征在于采用“热加工锻造成型→淬火→回火”三步法工艺流程，生产硬度范围HRC38～HRC43的NAK80析出强化塑料模具钢成品：
第一，热加工锻造成型工序：采用锻压机对NAK80模具钢热加工锻造变形，生产出尺寸符合规格标准的成品模具钢钢材；技术要点是：(1)热加工锻造时，钢材终锻温度控制在860～920℃的区间范围内，860～920℃温度范围内的热加工锻造变形量控制在15～20％；(2)其他，按常规工艺要求进行；
第二，淬火工序：将尺寸符合规格标准的成品模具钢钢材直接放入常规淬火液中进行固溶处理，在淬火液中冷却至150～250℃；
第三，回火工序：将150～250℃温度的模具钢钢材置入回火炉内，以80～100℃/h的升温速度将钢材加热至490～560℃，保温2～6小时，保温时间根据用户要求的硬度HRC数值而定，然后，将钢材移出回火炉空冷至室温。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| COR | Change of bibliographic data |
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