CN102899571B - 一种预硬型塑料模具钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及预硬化塑料模具钢，其重量百分比化学成分为：C：0.35-0.45％，Si：0.25-0.35％，Mn：1.30-1.80％，Cr：1.5-2.0％，Mo：0.1-0.3％，V：0.04-0.12％，P≤0.02％，S≤0.008％，其余为Fe和不可避免的杂质。所述预硬化塑料模具钢的制造方法，包括：按上述成分冶炼，及LF+RH精炼，并采用模铸浇注；浇注后的钢锭均热温度为1150-1250℃，进行热轧，其终轧温度控制在860-950℃；轧制之后直接进行空冷冷却，冷却到200℃以下；冷却的钢在550-650℃进行回火，获得硬度水平30-40HRC的贝氏体模块。本发明预硬化塑料模具钢在达到与现有预硬型塑料模具钢等同性能水平的情况下，改进了生产工艺，省掉了调质热处理工序，从而可缩短生产周期，降低成本，有利于扩大产能。

Description

一种预硬型塑料模具钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及模具钢，特别是涉及预硬型塑料模具钢及其制造方法。

背景技术

预硬型塑料模具钢是由钢厂预先经过淬火和/或高温回火处理后(硬度为28-40HRC)交货的模具钢，用户在得到材料后，可直接加工成模具。这类钢可避免在模具加工以后再进行淬火、回火热处理操作所造成的变形、开裂、脱碳等缺陷，同时具有良好的强韧性，切削性能和抛光性能等优点，适宜制造形状复杂、精密的塑料模具，在塑料模具钢市场中占有较大的比例。现在广泛采用的预硬型塑料模具钢其成分一般是在美国P20钢(我国3Cr2Mo)的基础上发展起来的，各国模具钢生产厂家基于本国的标准不断改进，形成企业自己的牌号。为了改善这类钢的淬透性，适应大截面模具热处理的要求，在P20钢的基础上添加Ni或提高Mn、Mo的含量，如瑞典UDDEHOLM公司的718，德国SAARSTAH I公司的2311和2738，大同特殊钢公司的PDS3，我国的3Cr2MnNiMo等。代表性的钢种为P20和718，通过锻造和调质处理P20的厚度可达到400mm，718的厚度可达到800mm，但是由于锻造和调质以及Ni等合金元素的加入，其材料成本明显提高。

CN101805820A涉及一种塑料模具钢的预硬化处理方法，对P20进行预硬化热处理，得到硬度为300-380HB的预硬态中厚板。该项专利主要是针对塑料模具钢P20的预硬化方法。

CN101760701A涉及一种合金塑料模具钢板及其生产方法，由以下重量百分含量的化学成分组成：C：0.30-0.50％，Si：0.20-0.50％，Mn：0.80-1.80％，P≤0.02％，S≤0.01％，Mo：0.10-0.50％，B：0.001-0.003％，Cr：1.40-2.00％，Ti：0.015-0.04％，V：0.01-0.04％，余量为Fe及不可避免的杂质。该专利采用Cr-Mo-V-Ti-B系微合金复合强化，硬度区间为280-340HB。通过添加B提高钢的淬透性，同时由于Ti等合金元素的加入，容易形成析出相，增加了冶炼难度。

现有技术的预硬化塑料模具钢普遍具有制造成本高，淬火裂纹敏感性高的缺点。

当前我国模具制造业日益向通用化、高效率、短制造周期发展，同时节能减排及绿色钢铁也是行业发展的趋势，为适应这些发展的需要，预硬型塑料模具钢的生产周期，生产成本，钢材均匀性也日益受到关注。

因此，需要开发一种具有良好机械加工性能，缩短生产周期，降低钢制造成本，克服淬火裂纹敏感性高的缺点的新型预硬化塑料模具钢。

发明内容

本发明的目的是提供一种预硬化塑料模具钢。

本发明利用V的微合金析出强化作用，替代了贵金属Ni合金，降低了材料的合金成本，并利用控轧控冷和回火处理，保证了预硬化(或预硬型)塑料模具钢所要求达到的硬度30-40HRC，且获得均匀的贝氏体组织，具有良好机械加工性能。避免了调质热处理工艺，缩短了生产周期，克服预硬化塑料模具钢制造成本高，淬火裂纹敏感性高的缺点。

为实现上述目的，本发明的预硬化塑料模具钢，其化学成分如下(重量％)：C：0.35-0.45％，Si：0.25-0.35％，Mn：1.30-1.80％，Cr：1.5-2.0％，Mo：0.1-0.3％，V：0.04-0.12％，P≤0.02％，S≤0.008％，其余为Fe和不可避免的杂质。

除非另有指明，本发明中元素成分的含量均为重量百分数。

本发明的另一个目的是提供上述预硬型塑料模具钢的制造方法。

本发明的预硬型塑料模具钢的制造方法，包括如下步骤：按上述成分冶炼，及LF+RH精炼(LF钢包精炼，目的是调成分，调温度，脱硫，造渣；RH精炼全称RH真空循环脱气精炼)模具钢，采用模铸浇注。本发明中采用LF脱硫、合金化，RH去除夹杂和有害气体，模铸是为了获得大截面的板坯。浇注后的热加工要求控制钢锭均热温度为1150-1250℃，终轧温度控制在860-950℃。轧制之后直接进行空冷冷却，冷却到200℃以下再进行550-650℃回火，获得硬度水平30-40HRC的贝氏体模块。

有益效果

本发明采用微量钒合金化替代价格昂贵的镍合金，并利用钒的析出强化功能和适当的生产工艺相配合，得到了性能优良的贝氏体塑料模具钢。在达到与现有预硬型塑料模具钢等同性能水平的情况下，改进了生产工艺，省掉了调质热处理工序，从而可缩短生产周期，降低成本，有利于扩大产能。

附图说明

图1是本发明钢与比较钢的淬透性试验结果得到的曲线。其中横坐标表示距离端淬面的距离，纵坐标表示HRC硬度值。

图2是本发明钢与比较钢在相同工艺下正火后的硬度分布。

图3是本发明钢与比较钢在相同工艺下回火后的硬度分布。

图4是本发明的3#钢与比较钢6#的硬度与回火温度的关系。

图5是本发明的3#钢的金相组织。

具体实施方式

以下对本发明进行较为详细的说明。

为了实现本发明的目的，本发明的预硬型塑料模具钢中各元素成分的控制理由如下：

C：0.35-0.45％，碳在本发明中是保证硬度和淬透性的重要元素，碳含量太低则不能保证大截面的硬度均匀性，碳含量太高，则容易造成偏析和应力开裂。因此，本发明中控制碳含量为0.35-0.45％。

Si：0.25-0.35％，本发明中适当的Si含量可以帮助脱氧，并有助于改善加工性能，但含量太高的硅会造成组织偏析，降低韧性和切削加工性能。因此，本发明中控制Si含量为0.25-0.35％。

Mn：1.3-1.75％，锰在本发明中能显著提高淬透性，Mn含量太低时，难以保证强度和硬度；而Mn含量太高时，则会导致板坯心部偏析，造成组织不均，影响加工性能。因此，本发明中控制Mn含量为1.3-1.75％。

Cr：1.5-2.0％，铬在本发明中能提高钢的淬透性，同时铬含量≥1.5％还能够改善钢的耐蚀性能。因此，本发明控制Cr含量为1.5-2.0％。

Mo：0.1-0.3％，Mo在本发明中能提高回火稳定性，并有助于提高大截面的组织和硬度均匀性，但含量Mo太高，则增加成本。本发明中适合的Mo含量为0.1-0.3％。

V：0.04-0.12％，本发明中钒具有较高的析出强化作用，在轧制和回火的过程中，从铁素体中析出碳氮化物，能够提高强度和硬度，从而降低其他合金元素的添加量。但含量过高，将严重影响钢的塑性和韧性。因此，本发明中控制V为0.04-0.12％。

P≤0.02％，S≤0.008％，磷和硫为杂质元素，应尽量降低其含量，以减少偏析。本发明中，控制P≤0.02％，S≤0.008％。

本发明的上述预硬型塑料模具钢可按照如下方法制造：

按上述成分冶炼，及LF+RH精炼模具钢，采用模铸浇注。

本发明中采用LF脱硫、合金化，RH去除夹杂和有害气体，模铸是为了获得大截面的板坯。

浇注后的钢锭进行热加工，控制均热温度为1150-1250℃，终轧温度控制在860-950℃。轧制之后直接进行空冷冷却，冷却到200℃以下再进行550-650℃回火，获得硬度水平30-40HRC的贝氏体模块。

实施例

根据本发明的上述合金成分，冶炼了6炉钢，其化学成分如表1所示，为了与CN101760701A和718进行比较，设计了5#和6#钢的成分作为对照钢。表1中的钢经过冶炼铸造后，在1200℃下加热，终轧温度控制在900℃，轧制成100mm厚板。

表1本冶炼钢及718的化学成分(wt％)

注：5#为CN101760701A钢，6#为在发明钢的基础上添加Ni作为对照，7#为718钢。

试验例1：端淬试验

对六种成分的钢进行了端淬试验(端淬标准为GB/T225-2006，钢淬透性的末端淬火试验方法)，其结果如图1所示。

从图中可以看出，本发明钢与加Ni钢(6#钢)均有着较好的淬透性，距端淬面50mm的硬度达到54-57HRC。由于碳及合金含量不同，其淬硬性有所差别。

试验例2：相同正火及回火条件下的硬度分布

图2为本发明钢和7#(718)钢在相同正火条件下的硬度分布。

由图2可以看出，在相同条件下，本发明钢与718达到了同一硬度水平。

图3为本发明钢和7#(718)钢在相同回火条件下的硬度分布。

由图3可以看出，在相同条件下，本发明钢与718达到了同一硬度水平。

试验例3：硬度与回火温度的关系

图4为3#、6#和7#(718)的硬度与回火温度的关系曲线。

由该图中曲线可以看出本发明钢和对照钢在550-650℃之间回火的硬度为HRC30-41。同时从曲线上还可以看出V在回火过程中的析出强化作用。在同一硬度水平下回火，随着回火温度的升高，添加元素V的钢，其硬度降低比其他钢种要慢，即V在高温回火的时候发生了钒的化合物的析出，提高了硬度和强度。

试验例4：金相组织

图5为本发明的3#钢回火后的金相组织。

从金相照片上可以看出，回火后为全贝氏体组织，晶粒较细，组织均匀。

本发明的其他实施例钢也均能得到类似3#钢

的金相组织，而且都是全贝氏体组织，晶粒较细，组织均匀。

从以上结合实施例的说明可以看出，本发明采用微量钒合金化替代价格昂贵的镍合金或钛硼合金，并利用钒的析出强化功能和适当的生产工艺相配合，得到了性能优良的贝氏体塑料模具钢。在达到与现有预硬型塑料模具钢等同性能水平的情况下，改进了生产工艺，省掉了调质热处理工序，从而可缩短生产周期，降低成本，有利于扩大产能。

Claims (6)

1.塑料模具钢，其重量百分比化学成分为：C：0.36-0.45％，Si：0.25-0.35％，Mn：1.30-1.80％，Cr：1.5-2.0％，Mo：0.1-0.25％，V：0.04-0.12％，P≤0.02％，S≤0.008％，其余为Fe和不可避免的杂质；

所述塑料模具钢通过包含如下步骤的方法制造：

冶炼和LF+RH精炼，并采用模铸浇注；

浇注后的钢锭均热温度为1150-1250℃，进行热轧，其终轧温度控制在860-950℃；

轧制之后直接进行空冷冷却，冷却到200℃以下；

冷却的钢在550-650℃进行回火，获得硬度水平HRC30-40的贝氏体模块。

2.如权利要求1所述的塑料模具钢，其特征在于，Mn：1.30-1.75％。

3.如权利要求1所述的塑料模具钢，其特征在于，P≤0.015％。

4.如权利要求1所述的塑料模具钢，其特征在于，S≤0.006％。

5.如权利要求1所述的预硬化塑料模具钢，其特征在于，Cr：1.54-2.0％。

6.如权利要求1所述的塑料模具钢，其特征在于，Mo：0.15-0.25％。