CN104745783A - 一种降低预硬型塑料模具钢板芯部残余奥氏体的方法 - Google Patents

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刘小林
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赵和明
廖桑桑
王鹏
王琨铭
傅清霞
闫博
刘涛
潘津
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Abstract

本发明公开了一种有效降低预硬型塑料模具钢板芯部残余奥氏体的方法，钢板轧后通过ACC控制冷却，控制热轧钢板上冷床温度为880℃~920℃；控制钢板在冷床上的板间距1米以上，同时采用鼓风机鼓风来控制钢板在冷床上的冷速1～3℃/s；当钢板表层温度达到MS+20℃~50℃范围时，吊入缓冷箱内缓冷48小时以上；钢板出箱进行520℃～620℃高温回火；钢板出炉后空冷至室温，基体组织为下贝氏体组织和少量残余奥氏体组织。本发明不需要增加设备投资和制造成本，就能有效降低预硬型塑料模具钢板芯部残余奥氏体量，获得稳定的下贝氏体组织，提高产品质量、使用寿命和加工性能及精度。

Description

一种降低预硬型塑料模具钢板芯部残余奥氏体的方法
技术领域
本发明涉及塑料模具钢板制造技术领域，特别是一种有效降低预硬型塑料模具钢板芯部残余奥氏体的方法。
背景技术
随着社会对塑料制品需求的增大，塑料模具钢的需求也随之增长。为避免模具加工后进行热处理而导致变形、开裂、脱碳等缺陷发生，预硬型塑料模具钢脱颖而出，成为众多塑料模具钢中市场份额最大的种类。预硬型塑料模具钢含碳量一般在0.30%~0.50%范围内，添加有Cr、Mo、Mn、Ni、V等合金元素，预硬型塑料模具钢钢板厚度通常在20mm以上，热轧后，在冷床上空冷（冷速远远小于1℃/s）至室温，再由钢厂进行调质（淬火+回火）或单一回火等预硬化处理后出厂。模具加工是在预硬状态下进行，加工后无需再热处理。由于预硬型塑料模具钢碳含量较高，同时含有较多的Cr、Mn、Ni等奥氏体强稳定性元素，尤其是钢板芯部成分偏析区的C、Cr、Mn、Ni含量相对更高，该区域的过冷奥氏体稳定性也相对更强，使得轧后钢板芯部偏析区极易出现大量的残余奥氏体（见图1中白亮色部分）。钢中残余奥氏体的大量存在不仅影响了模具的硬度均匀性、耐磨性、接触疲劳寿命，也影响了其加工性和尺寸精度（见图2中锯切面芯部膨胀形态）。目前降低钢中残余奥氏体的方法一般采用深冷处理，即钢以5℃/min降温速度进行-160℃～-196℃深冷处理8～10小时；或采用淬火+多次回火来实现。这对钢厂提出了更多的生产设备（深冷处理系列设备）要求，不仅增加了投资和制造成本，生产流程也更长，无疑降低了产品的市场竞争力。因此，探索一种经济有效降低预硬型塑料模具钢芯部残余奥氏体的方法一直是材料工作者致力的方向。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种不增加设备投资和制造成本就能有效降低预硬型塑料模具钢板芯部残余奥氏体的经济型方法。
通过以下技术方案可实现本发明的目的：一种有效降低预硬型塑料模具钢板芯部残余奥氏体的方法，钢板采用高温再结晶控轧工艺轧制，开轧温度≥1050℃，终轧温度≥950℃，其特征在于：通过ACC控制冷却，控制热轧钢板上冷床温度为880℃~920℃；控制钢板在冷床上的板间距1米以上，同时采用鼓风机鼓风来控制钢板在冷床上的冷速1～3℃/s；当钢板表层温度达到MS+20℃～50℃范围时，吊入缓冷箱内缓冷48小时以上；钢板出箱进行520℃～620℃高温回火；钢板出炉后空冷至室温，基体组织为下贝氏体组织和少量残余奥氏体组织。
本发明技术方案的总体思路是：1）通过控制热轧钢板上冷床温度，保持一定间距，以便快速散热，并且钢板在冷床上以1～3℃/s冷速冷却，确保热轧钢板中过冷奥氏体在冷却过程中不发生高温相变（珠光体相变），全部进入低温相变区；2）通过控制热轧钢板下冷床温度（钢板表层温度MS+20℃~50℃），并在缓冷箱内缓冷48小时以上，确保钢板长时间位于下贝氏体相变温度区内(MS+20℃~50℃)，一方面，芯部的过冷奥氏体有充分的机会和时间进行贝氏体转变，另一方面，钢板长时间位于MS+20℃~50℃温度区内，能有效降低钢中因相变而产生的组织应力，阻止了芯部过冷奥氏体稳定性的进一步增加，使其过冷奥氏体能顺利发生相变，从而达到有效降低钢板芯部残余奥氏体目的。
本发明的优点在于：将降低钢板芯部残余奥氏体的工序前移到钢板热处理之前，钢板轧后采用ACC控制钢板上冷床温度，并且以1～3℃/s冷速冷却，在MS+20℃~50℃温度区内缓冷，可有效避免钢板芯部残余奥氏体大量存在，因此，不需要增加设备投资和制造成本，就能有效降低预硬型塑料模具钢板芯部残余奥氏体量，获得稳定的下贝氏体组织，提高产品质量、使用寿命和加工性能及精度。
附图说明
图1为91mm厚钢板预硬型P20塑料模具钢板芯部残余奥氏体形态金相组织(放大100倍，比较例)。
图2为91mm厚钢板预硬型P20塑料模具钢板实物锯切面芯部残余奥氏体大量存在致使芯部膨胀形态（比较例)。
图3为60mm厚钢板预硬型2311塑料模具钢板芯部金相组织(放大200倍，本发明例)。
图4为155mm厚钢板预硬型2311塑料模具钢板芯部金相组织(放大200倍，本发明例)。
图5为145mm厚钢板预硬型P20塑料模具钢板芯部金相组织(放大200倍，本发明例)。
图6为50mm厚钢板预硬型738塑料模具钢板芯部金相组织(放大200倍，本发明例)。
图7为95mm厚钢板预硬型738塑料模具钢板芯部金相组织(放大200倍，本发明例)。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。一种有效降低预硬型塑料模具钢板芯部残余奥氏体的方法，钢板采用高温再结晶控轧工艺轧制，开轧温度≥1050℃，终轧温度≥950℃，通过ACC控制冷却，控制热轧钢板上冷床温度为880℃~920℃；控制钢板在冷床上的板间距1米以上，同时采用鼓风机鼓风来控制钢板在冷床上的冷速1～3℃/s；当钢板表层温度达到MS+20℃~50℃范围时，吊入缓冷箱内缓冷48小时以上；钢板出箱进行520℃～620℃高温回火；钢板出炉后空冷至室温，基体组织为下贝氏体组织和少量残余奥氏体组织。
实施例1：本实施例生产德国的2311牌号预硬型塑料模具钢板，是由以下重量百分比的组分组成：C：0.40%，Si：0.33%，Mn：1.45%，Cr：1.91%，Mo：0.18%，Alt：0.023%，P ：0.016%，S ：0.006%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质。同期制造的钢板厚度20mm～60mm。
本实施例的制造工艺流程为：铁水→转炉→精炼→连铸→热送加热→轧制→缓冷→探伤→回火→精整入库。
钢板采用高温再结晶控轧工艺轧制，开轧温度1050℃，终轧温度950℃，通过ACC控制冷却，检测钢板上冷床温度为890℃；控制钢板在冷床上的板间距1米，以便快速散热，同时调整鼓风机的鼓风量，控制钢板在冷床上的冷速2～3℃/s；经过MS与成分关系的经验计算公式MS=539-423C-30.4Mn-20Si-12.1Cr-17.7Ni-7.5Mo，具体计算：MS=539-423×0.40-30.4×1.45-20×0.33-12.1×1.91-17.7×0-7.5×0.18，得出该成分MS温度为295℃，确定该钢板下冷床表层温度MS+50℃，即345℃时，吊入缓冷箱内缓冷48小时；钢板出箱进行620℃高温回火；钢板出炉后空冷至室温，在板宽1/2处取样进行板厚1/2处金相分析。钢板芯部组织照片见图3。
实施例2：本实施例生产的2311牌号预硬型塑料模具钢板，是由以下重量百分比的组分组成：C：0.41%，Si：0.35%，Mn：1.48%，Cr：1.93%，Mo：0.21%，Alt：0.026%，P ：0.014%，S ：0.008%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质。同期制造的钢板厚度120mm～155mm。
本实施例的制造工艺流程为：铁水→转炉→精炼→连铸→热送加热→轧制→缓冷→探伤→回火→精整入库。
钢板采用高温再结晶控轧工艺轧制，开轧温度1060℃，终轧温度960℃，通过ACC控制冷却，检测钢板上冷床温度为920℃；控制钢板在冷床上的板间距1.5米，以便快速散热，同时调整鼓风机的鼓风量，控制钢板在冷床上的冷速1～1.5℃/s；经过MS与成分关系的经验计算公式MS=539-423C-30.4Mn-20Si-12.1Cr-17.7Ni-7.5Mo，得出该成分MS温度为289℃，确定该钢板下冷床表层温度MS+30℃，即319℃时，进缓冷箱内缓冷50小时；钢板出箱进行560℃高温回火；钢板出炉后空冷至室温，在板宽1/2处取样进行板厚1/2处金相分析。钢板芯部组织照片见图4。
实施例3：本实施例是按美标ASTM A681生产的P20牌号预硬型塑料模具钢板，是由以下重量百分比的组分组成：C：0.38%，Si：0.62%，Mn：0.91%，Cr：1.95%，Mo：0.36%，Alt：0.026%，P ：0.014%，S ：0.005%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质。同期制造的钢板厚度120mm～155mm。
本实施例的制造工艺流程为：铁水→转炉→精炼→连铸→热送加热→轧制→缓冷→探伤→回火→精整入库。
钢板采用高温再结晶控轧工艺轧制，开轧温度1070℃，终轧温度970℃，通过ACC控制冷却，检测钢板上冷床温度为915℃；控制钢板在冷床上的板间距1.8米，以便快速散热，同时调整鼓风机的鼓风量，控制钢板在冷床上的冷速1～1.5℃/s；经过MS与成分关系的经验计算公式MS=539-423C-30.4Mn-20Si-12.1Cr-17.7Ni-7.5Mo，得出该成分MS温度为312℃，确定该钢板下冷床表层温度MS+20℃，即332℃时，进缓冷箱内缓冷55小时；钢板出箱进行575℃高温回火；钢板出炉后空冷至室温，在板宽1/2处取样进行板厚1/2处金相分析。钢板芯部组织照片见图5。
实施例4：本实施例生产德国的738牌号预硬型塑料模具钢板，是由以下重量百分比的组分组成：C：0.40%，Si：0.35%，Mn：1.53%，Cr：1.85%，Mo：0.25%，Ni：0.92%，Alt：0.022%，P：0.013%，S：0.005%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质。同期制造的钢板厚度40mm～85mm。
本实施例的制造工艺流程为：铁水→转炉→精炼→连铸→热送加热→轧制→缓冷→探伤→回火→精整入库。
钢板采用高温再结晶控轧工艺轧制，开轧温度1056℃，终轧温度958℃，通过ACC控制冷却，检测钢板上冷床温度为885℃；控制钢板在冷床上的板间距1.2米，以便快速散热，同时调整鼓风机的鼓风量，控制钢板在冷床上的冷速2.0～3.0℃/s；经过MS与成分关系的经验计算公式MS=539-423C-30.4Mn-20Si-12.1Cr-17.7Ni-7.5Mo，得出该成分MS温度为276℃，确定该钢板下冷床表层温度MS+45℃，即321℃时，进缓冷箱内缓冷48小时；钢板出箱进行600℃高温回火；钢板出炉后空冷至室温，在板宽1/2处取样进行板厚1/2处金相分析。钢板芯部组织照片见图6。
实施例5：本实施例生产738牌号预硬型塑料模具钢板，是由以下重量百分比的组分组成：C：0.41%，Si：0.31%，Mn：1.51%，Cr：1.85%，Mo：0.21%，Ni：0.95%，Alt：0.028%，P ：0.016%，S ：0.005%，其余量为铁Fe和不可避免的杂质。同期制造的钢板厚度80mm～125mm。
本实施例的制造工艺流程为：铁水→转炉→精炼→连铸→热送加热→轧制→缓冷→探伤→回火→精整入库。
钢板采用高温再结晶控轧工艺轧制，开轧温度1060℃，终轧温度956℃，通过ACC控制冷却，检测钢板上冷床温度为880℃；控制钢板在冷床上的板间距1.5米，以便快速散热，同时调整鼓风机的鼓风量，控制钢板在冷床上的冷速1.5～2.5℃/s；经过MS与成分关系的经验计算公式MS=539-423C-30.4Mn-20Si-12.1Cr-17.7Ni-7.5Mo，得出该成分MS温度为273℃，确定该钢板下冷床表层温度MS+35℃，即308℃时，进缓冷箱内缓冷52小时；钢板出箱进行520℃高温回火；钢板出炉后空冷至室温，在板宽1/2处取样进行板厚1/2处金相分析。钢板芯部组织照片见图7。
从图3～图7可以看出，采用本发明技术方案可以有效降低预硬型塑料模具钢板芯部残余奥氏体量，获得稳定的下贝氏体组织，即使显微镜下放大200倍也只可见芯部细小、弥散的少量残余奥氏体组织，改善了产品质量、使用性能和加工性能，保证了加工精度。

Claims (1)

1.一种有效降低预硬型塑料模具钢板芯部残余奥氏体的方法，钢板采用高温再结晶控轧工艺轧制，开轧温度≥1050℃，终轧温度≥950℃，其特征在于：通过ACC控制冷却，控制热轧钢板上冷床温度为880℃~920℃；控制钢板在冷床上的板间距1米以上，同时采用鼓风机鼓风来控制钢板在冷床上的冷速1～3℃/s；当钢板表层温度达到MS+20℃~50℃范围时，吊入缓冷箱内缓冷48小时以上；钢板出箱进行520℃～620℃高温回火；钢板出炉后空冷至室温，基体组织为下贝氏体组织和少量残余奥氏体组织。
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