CN101967608A

CN101967608A - 一种含氮耐蚀塑料模具钢及其制备工艺

Info

Publication number: CN101967608A
Application number: CN 201010541183
Authority: CN
Inventors: 吴晓春; 张洪奎; 袁森; 庄郁健
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2011-02-09

Abstract

本发明涉及一种含氮耐蚀塑料模具钢材料，属特种合金模具钢制造工艺技术领域。本发明的塑料模具钢的化学成分及重量百分比为：C0.2～0.4%，Si 0.5～0.8%，Mn0.5～0.7%，Cr13.0～17.0%，Mo0.8～1.5%，P＜0.02%，S＜0.005%，N0.08～0.25%，Fe余量。经配料、熔炼；在钢液温度保持在1500℃～1700℃时，往钢液中添加氮化铬铁进行熔炼，然后浇注钢锭、电渣重熔；在1200～1250℃高温均匀化，再进行锻造，球化退火，最后在1020~1060℃油淬；回火温度400~600℃，回火时间2~6小时，最终得到含氮耐蚀塑料模具钢。本发明含氮耐蚀塑料作模具钢的冲击韧性AK值可达14~18J。

Description

一种含氮耐蚀塑料模具钢及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种含氮耐蚀塑料模具钢。本发明涉及一种含氮耐蚀塑料模具钢及其制备方法，属特种合金模具钢制造工艺技术领域。

背景技术

耐蚀塑料模具钢是模具钢中的高档产品，目前世界各国均致力于耐腐蚀模具钢的产品开发，瑞典一胜百开发出不锈钢模具钢S-136、S-136SUPREME及168S，具有良好的耐腐蚀性及机械加工性能；奥地利百禄钢厂已研制出高氮耐腐蚀模具钢M333，具有极佳的韧性和抛光性能。针对我国模具市场对耐腐蚀塑料模具钢需求的不断增大，发现国内目前还未见国产相关产品，该类产品主要依赖进口，同时还发现在塑料模具钢中增氮不仅此能提材料的强度和耐磨性，更重要的是能显著提高钢的耐腐蚀性能。旨在开发出国产高端含氮耐腐蚀塑料模具钢，提升宝钢模具钢产品的市场竞争力，缩小我国在耐腐蚀塑料模具钢方面与国际先进水平的差距。

发明内容

本发明的目的是提供一种含氮耐蚀塑料模具钢及其制备方法

本发明一种含氮耐蚀塑料模具钢，其特征在于具有以下的化学成分及重量百分比：

C 0.2～0.4%， Si 0.5～0.8%，

Mn 0.5～0.7%， Cr 13.0～17.0%，

Mo 0.8～1.5%， Ni 0.1 ~0.3%，

P ＜0.02%， S ＜0.005%，

N 0.08～0.30%， Fe 余量。

本发明一种含氮耐蚀塑料模具钢的制备方法，其特征在于该工艺具有以下的过程和步骤：

(a) 熔炼：按照上述三种实例的含氮耐蚀塑料模具钢的化学成分及重量百分比进行配料、熔炼；在钢液温度保持在1500℃～1700℃时，往钢液中添加氮化铬铁进行熔炼，然后浇注钢锭；

(b) 电渣重熔：利用电流通过电渣层产生电阻热来熔化自耗电极的合金母材，液体金属以熔滴形式经渣层下落至水冷结晶器中的金属熔池内，钢锭由下而上逐步结晶；电渣重熔后可降低气体和夹杂物的含量，并获得成份均匀、组织致密、质量高的钢锭；

(c)高温均匀化：再将上述钢锭加热至1200～1250℃，保温6~10小时，以改善材料的凝固组织与成分均匀性；

(d) 锻造：再将上述钢锭加热至1200～1250℃，进行粗锻，终锻温度940℃，得到锻件；

(e) 球化退火：将锻件在830~860℃保温3~5小时，接着以每小时30℃的冷却速度炉冷，当温度冷却到730℃，保温4~6小时，然后以每小时30℃的冷却速度炉冷，温度达到550℃后空冷；

(f)热处理工艺：含氮耐蚀塑料模具钢淬火温度在1020~1060℃油淬；回火温度400~600℃，回火时间2~6小时。

本发明的特点优点及效果

本发明的模具钢的淬火硬度可高达54～56HRC，在500～540℃回火4h后硬度为46～52HRC。按GB229-94开U型缺口进行室温冲击，其冲击韧性AK值最高达14～18J。通过合金化优化设计以及热处理工艺，本发明合金模具钢与4Cr16Mo钢在同热处理工艺及同硬度下相比，其冲击韧性有了明显的提高。

附图说明

图1为本发明钢与4Cr16Mo钢淬火后的回火工艺硬度曲线对比曲线图。

图2为本发明4Cr16MoN-0.08组织钢硬度在48HRC的金相组织图

图3为本发明4Cr16MoN-0.15组织钢硬度在48HRC的金相组织图

图4为本发明4Cr16MoN-0.23组织钢硬度在48HRC的金相组织图

图5为本发明4Cr16Mo钢硬度在48HRC的金相组织图。

具体实施方式

实施例一：化学成分及其重量百分比：C 0.4%，Si 0.69%，Mn 0.64%，Ni 0.13%，Cr 16.1%，Mo 1.10%，P 0.017%，S 0.005%， N 0.08%，Fe 余量。

制备过程和步骤：

(a) 熔炼：按照上述三种实例的含氮耐蚀塑料模具钢的化学成分及重量百分比进行配料、熔炼；在钢液温度保持在1500℃～1700℃时，往钢液中添加氮化铬铁进行熔炼，然后浇注钢锭。

(b) 电渣重熔：利用电流通过电渣层产生电阻热来熔化自耗电极的合金母材，液体金属以熔滴形式经渣层下落至水冷结晶器中的金属熔池内，钢锭由下而上逐步结晶。电渣重熔后可降低气体和夹杂物的含量，并获得成份均匀、组织致密、质量高的钢锭。重熔时合金得到进一步精炼，夹杂物去除是通过渣洗和在熔池中上浮。合金的持久性能和塑性都得到提高，消除或减轻了各种宏观和显微缺陷。

(c) 高温均匀化：再将上述钢锭加热至1200～1250℃，保温6~10小时，以改善材料的凝固组织与成分均匀性。

(e) 球化退火：将锻件在830~860℃保温3~5小时，接着以每小时30℃的冷却速度炉冷，当温度冷却到730℃，保温4~6小时，然后以每小时30℃的冷却速度炉冷，温度达到550℃后空冷。最后热处理工艺，在1020~1060℃油淬；回火温度400~600℃，回火时间2~6h。最终制的产品。

实施例二：化学成分及其重量百分比：C 0.4%，Si 0.63%，Mn 0.63%，Ni 0.16%，Cr 16.1%，Mo 1.15%，P 0.02%，S 0.005%， N 0.15%，Fe 余量。

本实施制备过程和步骤例二和实施例一完全相同的生产工艺。最终制得产品。

实施例三：化学成分及其重量百分比：C 0.4%，Si 0.68%，Mn 0.64%，Ni 0.18%，Cr 16.1%，Mo 1.13%，P 0.02%，S 0.005%， N 0.23%，Fe 余量。

性能测试

（1）4Cr16MoN-0.08、4Cr16MoN-0.15、4Cr16MoN-0.23和4Cr16Mo的淬火后回火工艺硬度测试曲线如其试验图1所示。

4Cr16MoN-0.08采用的工艺是在1050℃淬火，530℃回火4小时；4Cr16MoN-0.15和4Cr16MoN-0.23采用的工艺是在1040℃淬火，540℃回火4小时，4Cr16Mo采用的工艺是在1040℃淬火，500℃回火4h。四者回火后硬度在46～48HRC。4Cr16Mo钢的化学成分如表一所示：

表一 4Cr16Mo钢的化学成分

	C	Si	Mn	Ni	Cr	Mo	P	S	N
										4Cr16Mo	0.36	0.39	0.91	0.84	16.4	0.86	0.005	0.005	0.00

本实施例中，含氮耐蚀塑料模具钢的回火硬度，见下表二：

表二含N耐蚀塑料模具钢回火硬度

	回火硬度
		4Cr16Mo	48HRC
4Cr16MoN-0.08	47.5HRC
		4Cr16MoN-0.15	47.5HRC
4Cr16MoN-0.23	48HRC

(2)冲击韧性试验

4Cr16MoN-0.08、4Cr16MoN-0.15和4Cr16MoN-0.23回火后硬度为46~48HRC，按GB229-94开U 型缺口的室温冲击试样，其冲击韧性Ak值为14~18J；4Cr16Mo回火后硬度为46~48HRC，Ak值为10~14J。

本实例中，各含氮耐蚀塑料模具钢的冲击性能如下表三所示：

表三冲击性能

钢种	纵向冲击功（J）
		4Cr16MoN-0.08	16.1
4Cr16MoN-0.15	13.5
		4Cr16MoN-0.23	12.8
4Cr16Mo	10.5

本发明钢与对比4Cr16Mo钢当硬度在48HRC时的金相组织对比，可参见图2。

由图2、3、4、5分别是4Cr16MoN-0.08、4Cr16MoN-0.15、4Cr16MoN-0.23和4Cr16Mo回火4h后组织，组织为回火马氏体和碳化物组成， 4Cr16Mo钢中主要是链状碳化物，对钢的性能产生不利影响，而4Cr16MoN碳化物弥散分布在基体中，对钢的性能有一定的有利影响。

Claims

1.一种含氮耐蚀塑料模具钢，其特征在于该钢具有以下的化学成分及重量百分含量为：

C 0.2～0.4%，

Si 0.5～0.8%，

Mn 0.5～0.7%，

Cr 13.0～17.0%，

Mo 0.8～1.5%，

Ni 0.1 ~0.3%

P ＜0.02%，

S ＜0.005%，

N 0.08～0.30%，

Fe 余量。

2.一种制备根据权利要求1所述的含氮耐蚀塑料模具钢的方法，其特征在于该方法具有以下的过程和步骤：

(a) 熔炼：按照权利要求1所述成分及重量百分含量进行配料、熔炼；在钢液温度保持在1500℃～1700℃时，往钢液中添加氮化铬铁进行熔炼，然后浇注钢锭；

(c) 高温均匀化：再将上述钢锭加热至1200～1250℃，保温6~10小时，以改善材料的凝固组织与成分均匀性；

(d) 锻造：再将上述钢锭加热至1200～1250℃进行粗锻，终锻温度940℃，得到锻件；

(f) 热处理工艺：含氮耐蚀塑料模具钢淬火温度在1020~1060℃油淬；在400~600℃温度下回火，回火时间2~6小时。