CN102877001A - 一种低碳免回火全贝氏体组织塑料模具钢及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁技术领域，涉及一种低碳免回火全贝氏体组织塑料模具钢及制备方法。首先按照规定成分冶炼，浇铸成钢锭。然后锻造，锻造开始温度为1150-1200℃，分阶段加热，保温时间为3-6小时，随后进行反复锻造和拉拔工艺，当温度到达950℃时停止锻造。锻造后将模块在0.01-15℃/s冷却速率下冷却至表面300℃时，然后空冷至室温,厚度规格为500mm-800mm。在如此宽冷速范围内可以获得全贝氏体组织，硬度范围为HRC36-42。本发明实现了塑料模具钢的非调质处理，且不需要进行冷却后的高温回火处理，减少了工序，降低了成本，缩短生产周期。

Description

一种低碳免回火全贝氏体组织塑料模具钢及制备方法

 

技术领域

本发明属于钢铁技术领域，涉及一种低碳免回火全贝氏体组织塑料模具钢的制备方法。

背景技术

塑料已经跟钢铁、木材、水泥一样成为四大基础材料，而塑料制品的成形离不开模具，随着社会的发展，塑料模具也逐渐向大型化发展以满足各种不同的要求，这就为塑料模具钢的开发提出了巨大挑战，因此大截面塑料模具钢就成为钢铁材料领域一个研究的热点。传统的调质塑料模具钢由于要经过淬火和回火处理，内部会产生很大的内应力，而对于截面较大的塑料模具钢来说，这种内应力的影响是相当巨大的，而非调质塑料模具钢由于其相对较小的内应力，受到更为广泛的关注。

专利CN101096743A 公开了一种超厚非调质塑料模具钢的制造方法，化学成分为：0.20-0.32% C, 0.20-0,80% Si,1.80-2.50 Mn, 0.80-1.50% Cr, 0.20-0.60% Mo, 0.08-0.20% V, 0.0010-0.0030% B, 0.02-0.06 Ti 等元素，可以实现超过300mm厚塑料模具钢的非调质化。

发明内容

本发明是提供一种低碳免回火全贝氏体组织塑料模具钢及其制造方法，克服了预硬型塑料模具钢生产成本高，淬火内应力较大等缺点。保证在大截面内能够获得全粒状贝氏体组织，硬度范围为HRC36-42。采用锻后保温然后冷却的工艺。

为了达到上述目的，本发明技术方案是：低碳免回火全贝氏体组织塑料模具钢，成分质量分数百分比为：C：0.10-0.20%，Si：0.25-0.45%，Mn：1.20-1.70%，Ni：0.40-0.65%，Cr：1.8-2.2%，Mo：0.15-0.25%，Ti：0.02-0.035%，B：0.0020-0.0030%，Zr：0.01-0.03%，S：≤0.01%，P：≤0.01%，O：≤0.01%，N：≤0.005%。余量为Fe。

本发明的低碳免回火全贝氏体组织塑料模具钢的制造方法步骤包括：

（1）按照上述成分冶炼，浇铸成钢锭。

（2）锻造，锻造开始温度为1150-1200℃，分阶段加热，保温时间为3-6小时，随后进行反复锻造和拉拔工艺，当温度到达950℃时停止锻造。最好是在浇铸后能够立刻锻造，这样可以节约能源，且降低铸造后由于内部组织不均匀，存在枝晶而带来的开裂的风险。

（3）锻造后将模块在0.01-15℃/s冷却速率下冷却至表面300℃，然后空冷至室温。

本发明成分设计基于以下原理：

C：0.10-0.20%，C是提高钢的硬度和耐磨性的主要元素，固溶强化效果显著，是保证非调质状态下能够达到预硬型塑料模具钢所能达到硬度的必不可少的元素。C含量过高则提高钢的贝氏体转变的冷却速度，降低贝氏体转变性能。

Si：0.25-0.45%，Si具有较好的脱氧效果，在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，能够有效抑制碳化物的析出，但过高则降低钢的焊接性能和焊接性能。

Mn：1.20-1.70%：Mn可强烈推迟珠光体转变，有利于贝氏体形成，但过高可使得晶粒粗化，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。并且Mn含量增加，可提高马氏体淬透性，不利于钢的组织均匀性。

Ni：0.40-0.65%：高的强度、高的韧性和良好的淬透性，Ni可降低临界点并增加奥氏体的稳定性，所以其淬火温度可降低，淬透性好。当它同Cr、W或Cr、Mo结合时，淬透性更好。但Ni过多可降低钢的淬火层的硬度。

Cr：1.8-2.2%：Cr是强烈推迟珠光体和铁素体转变元素，有利于贝氏体形成并提高强度，，铬碳化物是最细小的一种，它可均匀地分布在钢体积中，所以具有高的强度、硬度、屈服点和高的耐磨性。Cr可降低脱碳作用。但同时降低塑性和韧性。Cr过高容易降低贝氏体转变温度。

Mo：0.15-0.25%：Mo可强烈抑制珠光体转变，可降低钢的过热倾向性，提高强度、硬度，细化晶粒，提高韧性，使锻造加工容易。 但过多可促进脱碳，Mo是铁素体形成元素，当Mo含量较多时就易出现铁素体δ相或其它脆性相而使韧性降低。

Ti：Ti主要作为固N元素加入，同时也起到脱氧的作用，以便提高有效硼的含量。

B：微量的B可明显提高钢的淬透性，强烈推迟铁素体转变，对中低碳钢最为有效，但B含量超过0.0035%时，其催淬透性的作用开始降低，且容易引起脆性。

Zr：微量Zr的加入可以明显抑制奥氏体晶粒长大，起到细化晶粒的作用。

本发明与专利CN101096743A不同之处是：以更低的碳含量0.10-0.20%，添加Ni和Zr元素，实现更厚规格500mm-800mm塑料模具钢的生产，无需回火热处理。适当降低碳含量，可以减少钢中的偏析，降低裂纹敏感性，为了弥补降碳后的硬度降低，增加了Ni和Zr元素。另外，本发明未添加V元素，这样可以降低含V所形成的化合物的不利影响。

本发明的特点是全贝氏体组织塑料模具钢，如何在截面上获得粒状贝氏体组织是一个关键问题。因此必须保证在860℃到300℃范围内实现0.01-15℃/s的冷却速度。对于如此宽的冷速要求，空冷即可轻易实现。

本发明的有益效果：

1.实现了塑料模具钢的非调质处理，且不需要进行冷却后的高温回火处理，减少了工序，降低了成本，缩短生产周期。

2.与专利CN101096743A的发明不同的是可以在更厚规格500mm-800mm范围内实现非调质塑料模具钢的生产。

附图说明

图1是500mm厚度规格模具钢表层的贝氏体组织照片。

图2是500mm厚度规格模具钢心部的贝氏体组织照片。

图3是800mm厚度规格模具钢表层的贝氏体组织照片。

图4是800mm厚度规格模具钢心部的贝氏体组织照片。

具体实施方式

本实施例的全贝氏体组织塑料模具钢按重量百分比计的设计成分为：C:0.15%，Si:0.28%,Mn:1.30%,Ni:0.43%,Cr:1.89%,Mo:0.18%,Ti:0.024%,B:0.0022%,Zr:0.014%,S:0.0035%,P:0.0080%,O:0.0036%,N:0.004%,其余为Fe和不可避免杂质。

按以上成分采用电炉冶炼，浇铸成20～25吨钢锭锻造，锻造开始温度为1180℃，分阶段加热，保温时间为5小时，随后进行反复锻造和拉拔工艺，当温度到达950℃时停止锻造,成品厚度为500mm。锻造后将模块冷却至表面300℃,其中表面冷却速度为10℃/s，心部冷却速度为0.05℃/s（表面和心部均采用热电偶测温），然后空冷至室温。最终模块硬度均匀，都在HRC38-41之间，显微组织为全贝氏体组织，见图1和图2所示。

具体实施方式2

本实施例的全贝氏体组织塑料模具钢按重量百分比计的设计成分为：C:0.19%，Si:0.42%,Mn:1.65%,Ni:0.61%,Cr:2.1%,Mo:0.23%,Ti:0.030%,B:0.0028%,Zr:0.022%,S:0.0037%,P:0.0085%,O:0.0039%,N:0.004%,其余为Fe和不可避免杂质。

按以上成分采用电炉冶炼，浇铸成20～25吨钢锭锻造，锻造温度为1180℃，分阶段加热，保温时间为5小时，随后进行反复锻造和拉拔工艺，当温度到达950℃时停止锻造,成品厚度为800mm。锻造后将模块冷却至表面300℃,其中表面冷却速度为10℃/s，心部冷却速度为0.01℃/s（表面和心部均采用热电偶测温），然后空冷至室温。最终模块硬度均匀，都在HRC36-41之间，显微组织为全贝氏体组织，见图3和图4所示。

Claims (2)

1.一种低碳免回火全贝氏体组织塑料模具钢，其特征在于：其成分质量百分比为：C：0.10-0.20%，Si：0.25-0.45%，Mn：1.20-1.70%，Ni：0.40-0.65%，Cr：1.8-2.2%，Mo：0.15-0.25%，Ti：0.02-0.035%，B：0.0020-0.0030%，Zr：0.01-0.03%，S：≤0.01%，P：≤0.01%，O：≤0.01%，N：≤0.005%,余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的低碳免回火全贝氏体组织塑料模具钢的制备方法，其特征在于：锻造后将模块在0.01-15℃/s冷却速率下冷却至表面300℃时，然后空冷至室温，不需要回火热处理，在如此宽冷速范围内即能获得全贝氏体组织。

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