CN103866197B - 一种具有抗腐蚀性的塑料模具钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有抗腐蚀性的塑料模具钢，所述的塑料模具钢中个组分的重量百分比为：C：0.20-0.32％，Si：0.12-0.15％，Mn：0.05-0.15％，P：0.06-0.08％，S：0.01-0.015％，N：0.1-0.15％，Ni：3.5-4.0％，Cr：8.5-10.5％，Cu：0.25-0.45％，Mo：0.45-0.5％，Cr+Ni=12-14.5％，余量为Fe和炼制过程中带进的其他杂质；将原料经过下料、锻造钢锭→保温回火→粗加工、热轧→高温回火→精加工、锻造→回火→冷却后得到塑料模具钢产品；本发明通过控制塑料模具钢中铜、铬和镍混合元素的量，在保证了塑料模具钢原有的强度、延伸率、耐磨性和切削性能的前提下，大大提高了塑料模具钢的耐腐蚀性能，提高了其应用范围。

Description

一种具有抗腐蚀性的塑料模具钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及塑料模具钢的生产工艺领域，尤其涉及一种抗腐蚀性能高，适用范围广的塑料模具钢。

背景技术

随着塑料制品在工业及日常生活中的应用越来越广泛,塑料模具工业对模具钢的需求也越来越大。在塑料成型加工中,模具的质量对产品质量的保证作用是不言而喻的。塑料模具已向精密化、大型化和多腔化的方向发展,对塑料模具钢的性能的要求越来越高,塑模钢的性能应根据塑料种类、制品用途、生产批量、尺寸精度和表面质量的要求而定。但是模具在长期运转和保持过程中，容易生锈受蚀，而且随着塑料成型中添加各种成分，模具更容易受蚀。

同时市面上有很多种类具有抗腐蚀性能的塑料模具钢，但是这些抗腐蚀的塑料模具钢的应用范围较小，仅仅能适用于大气腐蚀或者水体腐蚀，在更换了其应用范围时，需要选择不同的配方进行生产，同时许多抗腐蚀性能的塑料模具钢因为配料中添加的抗腐蚀的元素，因此其钢本身的耐磨性、耐冲击性和抛光后的表面粗糙度低于同类的塑料模具钢，不符合企业的实际生产需求。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供一种抗腐蚀性能高，适用范围较广的塑料模具钢、

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种具有抗腐蚀性的塑料模具钢，所述的塑料模具钢中各组分的重量百分比为：C：0.20-0.32％，Si：0.12-0.15％，Mn：0.05-0.15％，P：0.06-0.08％，S：0.01-0.015％，N：0.1-0.15％，Ni：3.5-4.0％，Cr：8.5-10.5％，Cu：0.25-0.45％，Mo：0.45-0.5％，Cr+Ni=12-14.5％，余量为Fe和炼制过程中带进的其他杂质。

本发明的成分设计基于以下原理：

碳是提高钢的硬度和强度最为有效的元素，固溶强化作用显著，是保证模具钢硬度必不可少的元素。C是形成铬碳化物等各种碳化物的不可缺少的基本元素，C含量过高会造成钢中碳化物数量的增多及偏聚，降低韧性及耐腐蚀性能；C含量过低不能满足模具钢的高硬度要求；本发明所述的塑料模具钢中碳元素的比例为C：0.20-0.24%或C：0.25-0.32%。

钢中含有少量的硅有较好的脱氧作用，但Si含量过高则降低钢的焊接和切削加工性能，本发明优选的Si的比例为：0.12-0.15％。

钢中锰含量过高，有导致晶粒粗化的现象，同时增加钢的回火脆性，因此本发明将Mn含量控制在较低的含量范围，本发明优选的Mn的比例为：0.05-0.15％。

磷是易切削元素。磷溶解在铁素体中，能提高铁素体硬度，改进零件的表面光洁度和切削性能，但钢中磷太高会增加冷脆，本发明优选的P比例为：0.06-0.08％。

硫元素在钢中以硫化物的形式存在，降低钢的横向延展及韧性性能；本发明优选的S的含量为：0.01-0.015％。

氮能增加钢中铁素体，在钢中能改善切削加工性，本发明优选的N的含量为：0.1-0.15％。

铬是保证钢具有良好的耐蚀性的元素，与碳结合形成弥散的碳化物，从而使钢具有良好的耐磨性，而镍元素可以提高钢材的淬透性和耐腐蚀性，一般镍与铜和铬的配合效果尤为明显，其中当在m(Ni)＝3．5％左右时，钢材的耐腐蚀性最好，而当M(Ni)低于1％时，尤其当钢中含合铜时，改善耐蚀的效果并不明显；本发明所述的塑料模具钢中镍元素和铬元素的比例为Ni：3.5-4.0％，Cr：8.5-10.5％，两种元素的混合比例为Cr+Ni=12.0-12.5％或Cr+Ni=12.8-14.5％。

铜元素可在钢的腐蚀层与铜的富积层之间形成紧密的薄氧化铜中间层，形成双层结构的锈层，紧贴钢基体的内层，非常致密、完整，附着性强，可减缓腐蚀介质腐蚀钢板内部；本发明优选的Cu比例为：0.3-0.38%。

钼能有效提高钢抗大气腐蚀能力，在大气环境下尤其工业大气可使钢腐蚀速度降低1/2以上，本发明优选的Mo的比例为：0.45-0.5％。

本发明所述的一种具有抗腐蚀性的塑料模具钢的制造方法，所述的塑料模具钢的制造方法包括以下几个步骤：下料、锻造钢锭→保温回火→粗加工、热轧→高温回火→精加工、锻造→回火→冷却，具体包括以下几个步骤：

1）下料、锻造钢锭：根据配比将原料加入到冶炼钢水中，将满足成分的钢水浇注成钢锭；

2）保温回火：将上述钢锭放置在锻造加热炉中进行加热，加热温度为1200℃～1280℃，保温4～6小时；

3）粗加工、热轧：降温冷却到1150℃～1180℃，在此温度条件下将钢锭进行初步加工成锻坯；

4）高温回火：锻坯重新送回锻造加热炉中继续加热回火，回火温度1200℃～1280℃，保温1～2小时；

5）精加工：锻坯进行精加工，开锻温度1180℃，停锻温度1100℃，精加工后得到锻件；

6）回火：将锻件退火处理过程中，回火温度为700℃～750℃，保温4-6小时；

7）冷却：在自然温度下将锻件冷却至室温。

本发明所述的保温回火过程中，加热炉的升温效率为120℃/小时～150℃/小时；为了保证锻坯中各各组分之间混合效率，加热炉的升温效率不易太高也不易太低，过高的升温效率导致各个熔点不同的组分在同一时间进入到熔融状态，不方便操作人员的操作和监控，混合效果变差；过低的升温效率导致企业的整体生产时间变长，加热过程中热量的损失率较大，大大提高了企业的生产成本。

本发明所述的粗加工、热轧过程中，保持锻造炉的工作温度，保证粗加工前后的反应炉体温差不超过1～5℃，初步加工过程中，由于不同温度下锻坯的体积会发生一定的变化，为了保证锻坯前后的一致性，需要保证在同一温度下进行粗加工和热轧，保证大量生产过程中各个产品大小和质量的均一性，提高企业流水化作业的工作效率。

本发明所述的精加工过程中，在逐步降温的条件下进行锻坯的精加工，当温度到达1100℃时，保持该温度，在该温度下完成锻坯的精加工操作；稳定的降温效率保证各个金属元素在冷却和锻坯在加工过程中之间连接的稳定性，防止锻坯表面开裂，提高了钢材表面的流平性，同时在温度低于1100℃的时候，温度过低，锻坯的各各组分之间连接紧密，精加工操作难度变大，不方便实际的生产操作。

本发明所述的回火步骤过程中，缓慢降低锻件的温度，锻件的温度下降速率保持在60～80℃/小时；回火过程中，为了进一步提高锻件中各各组分连接的稳定性，保证锻件各个位置上均匀的回火冷却效果，防止锻件表面开裂，需要缓慢降低回火温度。

本发明所述的冷却步骤过程中，当锻件的稳定高于250℃时，需要在氮气保护的条件下进行冷却；当锻件的温度低于250℃时，将锻件在自然条件下进行冷却，整体冷却时间为36h。，回火操作完成后，为了防止锻件在冷却的过程中与空气中的氧发生反应，保证锻件表面的整体性能，需要在氮气保护的调节下进行冷却；当锻件温度较低时，为了节省企业的生产成本，在自然条件下进行冷却，较长的冷却时间为了保证锻件的充分冷却，方便企业对产品的性能检测。

本发明通过控制塑料模具钢中铜、铬和镍混合元素的量，在保证了塑料模具钢原有的强度、延伸率、耐磨性和切削性能的前提下，大大提高了塑料模具钢的耐腐蚀性能，通过铬和镍的混合比例保证了塑料模具钢原有的耐磨性和淬透性，方便适用于各个领域的塑料模具钢的需求，同时钼用来提高塑料模具钢在大气环境下的耐腐蚀性能，通过铜元素在钢的腐蚀层与铜的富积层之间形成紧密的薄氧化铜中间层，提高了塑料模具钢在潮湿或者水体中的耐腐蚀性，整体工艺操作简单，控制精准，均匀的稳定控制防止高温铁素体相析出的作用，塑料模具钢整体稳定性和抛光性能高。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。

实施例1：企业在单组生产线上配置塑料模具钢中各组分的重量百分比为：C：0.20％，Si：0.12％，Mn：0.05％，P：0.06％，S：0.01％，N：0.1％，Ni：3.5％，Cr：8.5％，Ni+Cr=12％，Cu：0.3％，Mo：0.45％，余量为Fe和炼制过程中带进的其他杂质。

将上述原料经过下料、锻造钢锭→保温回火→粗加工、热轧→高温回火→精加工、锻造→回火→冷却步骤后，得到塑料模具钢产品A。

实施例2：企业在单组生产线上配置塑料模具钢中各组分的重量百分比为：C：0.24％，Si：13％，Mn：0.08％，P：0.07％，S：0.008％，N：0.12％，Ni：3.5％，Cr：9％，Ni+Cr=12.5％，Cu：0.33％，Mo：0.46％，余量为Fe和炼制过程中带进的其他杂质。

将上述原料经过下料、锻造钢锭→保温回火→粗加工、热轧→高温回火→精加工、锻造→回火→冷却步骤后，得到塑料模具钢产品B。

实施例3：企业在单组生产线上配置塑料模具钢中各组分的重量百分比为：C：0.25％，Si：14％，Mn：0.12％，P：0.06％，S：0.012％，N：0.14％，Ni：3.8％，Cr：9％，Ni+Cr=12.8％，Cu：0.35％，Mo：0.48％，余量为Fe和炼制过程中带进的其他杂质。

将上述原料经过下料、锻造钢锭→保温回火→粗加工、热轧→高温回火→精加工、锻造→回火→冷却步骤后，得到塑料模具钢产品C。

实施例4：企业在单组生产线上配置塑料模具钢中各组分的重量百分比为：C：0.32％，Si：0.15％，Mn：0.15％，P：0.08％，S：0.015％，N：0.15％，Ni：4.0％，Cr：10.5％，Ni+Cr=14.5％，Cu：0.38％，Mo：0.5％，余量为Fe和炼制过程中带进的其他杂质。

将上述原料经过下料、锻造钢锭→保温回火→粗加工、热轧→高温回火→精加工、锻造→回火→冷却步骤后，得到塑料模具钢产品D。

实施例5：对实施例1-4所得的产品A、B、C、D和市面上常用的普通的塑料模具钢型号4Cr13S和常用的耐腐蚀的塑料模具钢4Cr13Cu进行对比。

盐雾试验：试样选用50±5g/L的NaCl水溶液进行喷雾72小时测定腐蚀速率，试样大小为：40mm×20mm×2mm。

抛光度和硬度试验：试样用粒度符合GB2477-81规定的砂布或砂纸按顺序进行研磨，研磨后的试样在自动抛光机上进行抛光，抛光参数为：时间为：2分钟：压力为：180N；转速为：300N／min。

拉伸试验：试样在室温条件下采用SANS万能试验机进行拉伸试验，夹头移动速度为0．3rnm／min，采用计算机记录仪记录了试验结果。

冲击试验：试样在室温下，采用JB30B型冲击试验机，按照GB2106-80标准进行的，试样的厚度均为10mm。

根据上诉试验所得的结果如下表所示：

由上表可以看出：本发明在保证了塑料模具钢原有的强度、延伸率、耐磨性和切削性能的前提下，大大提高了塑料模具钢的耐腐蚀性能，同时其抛光后的粗糙度低于市面上的产品，根据产品中添加的金属铜和金属钼，通过控制其用量，在保证塑料模具钢原因的性能调节下，将塑料模具钢应用到不同领域，拓宽了塑料模具钢的应用范围。

需要说明的是，上述仅仅是本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述实施例的基础上所作出的等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种具有抗腐蚀性的塑料模具钢的制造方法，其特征在于，所述的塑料模具钢中各组分的重量百分比为：C：0.20-0.32％，Si：0.12-0.15％，Mn：0.05-0.15％，P：0.06-0.08％，S：0.01-0.015％，N：0.1-0.15％，Ni：3.5-4.0％，Cr：8.5-10.5％，Cu：0.25-0.45％，Mo：0.45-0.5％，Cr+Ni=12-14.5％，余量为Fe和炼制过程中带进的其他杂质；其制造方法包括以下几个步骤：下料、锻造钢锭→保温回火→粗加工、热轧→高温回火→精加工、锻造→回火→冷却，具体包括以下几个步骤：

下料、锻造钢锭：根据配比将原料加入到冶炼钢水中，将满足成分的钢水浇注成钢锭；

保温回火：将上述钢锭放置在锻造加热炉中进行加热，加热温度为1200℃～1280℃，保温4～6小时；

粗加工、热轧：降温冷却到1150℃～1180℃，在此温度条件下将钢锭进行初步加工成锻坯；

高温回火：锻坯重新送回锻造加热炉中继续加热回火，回火温度1200℃～1280℃，保温1～2小时；

精加工：锻坯进行精加工，开锻温度1180℃，停锻温度1100℃，精加工后得到锻件；

回火：将锻件退火处理过程中，回火温度为700℃～750℃，保温4-6小时；

冷却：在自然温度下将锻件冷却至室温。

2.根据权利要求1所述的塑料模具钢的制造方法，其特征在于，所述的塑料模具钢中碳元素的比例为C：0.20-0.24%或C：0.25-0.32%。

3.根据权利要求1或2所述的塑料模具钢的制造方法，其特征在于，所述的塑料模具钢中镍元素和铬元素的混合比例为Cr+Ni=12.0-12.5%或Cr+Ni=12.8-14.5%。

4.根据权利要求1或2所述的塑料模具钢的制造方法，其特征在于，所述的塑料模具钢中铜元素的比例为Cu：0.3-0.38%。

5.根据权利要求1所述的一种具有抗腐蚀性的塑料模具钢的制造方法，其特征在于，所述的保温回火过程中，加热炉的升温效率为120℃/小时～150℃/小时。

6.根据权利要求1所述的一种具有抗腐蚀性的塑料模具钢的制造方法，其特征在于，所述的粗加工、热轧过程中，保持锻造炉的工作温度，保证粗加工前后的反应炉体温差不超过1～8℃。

7.根据权利要求1所述的一种具有抗腐蚀性的塑料模具钢的制造方法，其特征在于，所述的精加工过程中，在逐步降温的条件下进行锻坯的精加工，当温度到达1100℃时，保持该温度，在该温度下完成锻坯的精加工操作。

8.根据权利要求5所述的一种具有抗腐蚀性的塑料模具钢的制造方法，其特征在于，所述的回火步骤过程中，缓慢降低锻件的温度，锻件的温度下降速率保持在60～80℃/小时。

9.根据权利要求1所述的一种具有抗腐蚀性的塑料模具钢的制造方法，其特征在于，所述的冷却步骤过程中，当锻件的稳定高于250℃时，需要在氮气保护的条件下进行冷却；当锻件的温度低于250℃时，将锻件在自然条件下进行冷却，整体冷却时间为36h。