CN105112794A - 一种低成本塑料模具钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低成本塑料模具钢及其生产方法，其化学成分的质量百分含量为：C？0.45～0.55%、Si？0.40～0.80%、Mn？0.80～1.60%、V？0.10～0.25%、Cr？0.15～0.40%、N？0.007～0.015%、Al？0.005～0.050%、S≤0.035%、P≤0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质。本模具钢的化学成分配比合理，不添加Mo、Nb、Ni等贵重合金，通过提高C、Mn、V、N等合金元素含量，产生细晶强化及析出沉淀强化效果，使空冷条件下珠光体+铁素体组织的钢材达到塑料模具钢的硬度要求，合金成本明显下降；具有易生产、成本低的特点。本方法采用“转炉+连铸+连轧”的工艺，省去了预硬化塑料模具钢通常采用的热处理装备，节约了制造成本，缩短了生产周期；具有成本低、工艺简单、产品性能稳定的特点。

Description

一种低成本塑料模具钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种模具钢及其生产方法，尤其是一种低成本塑料模具钢及其生产方法。

背景技术

随着塑料制品被广泛应用与汽车、灯具、机械、玩具、日用品、家电等领域，需求量逐渐增大，塑料模具工业迅速发展，塑料模具钢需求量急速增加。目前国内塑料模具钢主要采用渗碳钢、预硬化钢、淬硬钢以及时效硬化钢等，其贵重合金含量高、生产及热处理工艺复杂、生产周期长、能耗高、污染重，不符合现今环保节能要求。

中国专利ZL201010202166.3公开了一种塑料模具钢及其制造方法，其添加Mo、Cr、Nb等，使钢材在热锻＋空冷状态下达到塑料模具钢的硬度要求，但由于其添加较多的合金，尤其是Mo、Nb导致其合金成本较高；同时其采用电炉＋模铸＋锻造方式进行生产，效率低，工艺成本较高。

中国专利申请201210419491.4公开了一种低碳免回火全贝氏体组织塑料模具钢及其制备方法，其通过添加较多的Mo、Cr、Ni、B等，提高钢材淬透性，使钢材在空冷状态下产生硬度较高的贝氏体组织；同时添加Zr进行细晶强化，使钢材在热锻＋空冷状态下达到塑料模具钢的硬度要求；但由于其添加较多的合金，尤其是Mo、Nb、Ni、Zr导致其合金成本较高；同时其采用模铸＋锻造方式进行生产，效率低，工艺成本较高。

中国专利申请201310713051.4公开了一种高韧性塑料模具钢及其生产方法，其通过添加较多的Mo、Cr，提高钢材淬透性，通过控制轧制工艺和正火＋回火热处理，达到塑料模具钢的硬度要求，但由于其添加较多Mo合金，同时需要进行后续的正火＋回火热处理，增加了合金及工艺设备成本。

中国专利申请201310443930.X公开了一种非调质钢及其生产工艺，其采用低终轧温度及轧后三段穿水冷却的严格控轧控冷的方式提高钢材硬度，达到塑料模具钢的要求。但其对设备要求较高，能源消耗大，工艺成本较高，同时其对控冷条件要求严格，工业化生产时质量易波动。

由上述可知，现有的塑料模具钢均存在合金成本高或工艺复杂等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种质量稳定的低成本塑料模具钢；本发明还提供了一种工艺简单的低成本塑料模具钢的生产方法。

为解决上述技术问题，本发明化学成分的质量百分含量为：C0.45～0.55%、Si0.40～0.80%、Mn0.80～1.60%、V0.10～0.25%、Cr0.15～0.40%、N0.007～0.015%、Al0.005～0.050%、S≤0.035%、P≤0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明化学成份的质量百分含量为：C0.47～0.53%、Si0.45～0.60%、Mn1.20～1.55%、V0.12～0.20%、Cr0.25～0.35%、N0.010～0.015%、Al0.015～0.030%、S≤0.025%、P≤0.020%，余量为铁。

本发明所述钢的轧态硬度为30～35HRC，截面硬度差≤2.5HRC。

本发明各化学成分在钢中的作用机理为：

C是提高钢材硬度和强度的主要元素，C含量过低，钢材在轧态硬度过低，无法满足塑料模具钢所需硬度要求；C含量过高容易降低钢材塑、韧性及切削加工性能。

Si是显著强化铁素体，是保证强度的必须元素，过低强度不够；过高引起铁素体基体变脆，韧性下降。

Mn为珠光体形成元素，可降低相变温度，对强度和韧性均有良好作用；但Mn含量过高则容易生产贝氏体，降低钢材组织及硬度均匀性。

V是非调质钢中主要添加的微合金元素，它可以在加热和均热阶段保持溶解状态，在冷却时弥散沉淀析出增加钢的强度、硬度，同时细化晶粒来提高韧性。

Cr是降低珠光体转变温度的合金元素，本发明中Cr、Mn同时加入，可有效降低珠光体片层间距，提高钢材强度和韧性；但Cr含量过高则容易生产贝氏体，降低钢材组织及硬度均匀性

N是最经济有效的合金化元素，可以通过与Al、V等结合形成AlN、V(C、N)加强非调质中微合金元素的沉淀强化及细化晶粒效果，提高V的有效作用；但是N含量过高容易生产较多的AlN增大连铸坯裂纹敏感性，同时增加钢种TiN夹杂的含量及尺寸，损害钢材韧性。

Al与N结合细化晶粒，利于提高强韧性；但Al含量过高容易引起连铸时流动性变差，连铸坯容易产生裂纹，增大钢的冶炼难度。

S元素控制过高降低钢材洁净度，恶化钢材的性能。

P增加钢的脆性，降低冲击性能，将P元素含量控制在不超过0.025%，可以防止降低钢的综合性能。

本发明方法采用上述质量百分含量化学成分的钢坯；所述钢坯经加热、轧制后，空冷至300～450℃后，入坑缓冷至室温。

本发明方法所述加热过程中，钢坯加热至1150～1250℃，保温0.5～1.5小时。

本发明方法所述轧制过程中，开轧温度1050～1100℃，终轧温度900～1000℃。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：（1）本发明的钢材化学成分配比合理，不添加Mo、Nb、Ni等贵重合金，通过提高C、Mn、V、N等合金元素含量，产生细晶强化及析出沉淀强化效果，使空冷条件下珠光体+铁素体组织的钢材达到塑料模具钢的硬度要求，合金成本成本明显下降；具有易生产、成本低的特点。

（2）本发明方法采用“转炉+连铸+连轧”的工艺，无需热处理工序进行预硬化，通过轧后空冷+缓冷的方式可以使Ф20～180mm非调质圆钢达到塑料模具钢的硬度要求，截面硬度值为30～35HRC，且截面硬度差≤2.5HRC，省去了预硬化塑料模具钢通常采用的热处理装备，节约了制造成本，缩短了生产周期。因此，本发明方法具有成本低、工艺简单、产品性能稳定的特点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明塑料模具钢的金相图片。

具体实施方式

实施例和对比例：

（1）实施例1－8中的塑料模具钢采用表1所示的化学成分配比，对比例1－4中的塑料模具钢采用表2所示的化学成分配比。

表1：实施例1－8的化学成分配比（wt%）

表1中，余量为Fe和不可避免的杂质。

表2：对比例1－4的化学成分配比（wt%）

表2中，余量为Fe和不可避免的杂质。

（2）实施例1－8中塑料模具钢按照表1所示的化学成分配比，经过转炉冶炼、炉外精炼、VD真空处理，连铸为钢坯；钢坯经加热、轧制、空冷后，入坑缓冷至室温；具体的工艺参数见表3。对比例1－4中的生产工艺见表4。

表3：各实施例的工艺参数

表4：对比例1－4中的生产工艺

表4中各工艺步骤均采用常规的工艺参数。

（3）经检测，实施例1－8与对比例1－4所得塑料模具钢的产品性能和金相组织见表5。

表5：实施例和对比例的检测结果

由表5可知，本方法所得产品的硬度满足塑料模具钢的要求，且产品性能稳定。图1为实施例1所得塑料模具钢放大100倍的金相图片，由图1可见，其金相组织为珠光体＋铁素体。

Claims (6)

1.一种低成本塑料模具钢，其特征在于，其化学成分的质量百分含量为：C0.45～0.55%、Si0.40～0.80%、Mn0.80～1.60%、V0.10～0.25%、Cr0.15～0.40%、N0.007～0.015%、Al0.005～0.050%、S≤0.035%、P≤0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的低成本模具钢，其特征在于，其化学成分的质量百分含量为：C0.47～0.53%、Si0.45～0.60%、Mn1.20～1.55%、V0.12～0.20%、Cr0.25～0.35%、N0.010～0.015%、Al0.015～0.030%、S≤0.025%、P≤0.020%，余量为铁。

3.根据权利要求1或2所述的一种低成本塑料模具钢，其特征在于：所述钢的轧态硬度为30～35HRC，截面硬度差≤2.5HRC。

4.一种低成本塑料模具钢的生产方法，其特征在于，采用下述质量百分含量化学成分的钢坯：C0.45～0.55%、Si0.40～0.80%、Mn0.80～1.60%、V0.10～0.25%、Cr0.15～0.40%、N0.007～0.015%、Al0.005～0.050%、S≤0.035%、P≤0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质；

所述钢坯经加热、轧制后，空冷至300～450℃后，入坑缓冷至室温。

5.根据权利要求4所述的一种低成本塑料模具钢的生产方法，其特征在于：所述加热过程中，钢坯加热至1150～1250℃，保温0.5～1.5小时。

6.根据权利要求4或5所述的一种低成本塑料模具钢的生产方法，其特征在于：所述轧制过程中，开轧温度1050～1100℃，终轧温度900～1000℃。