CN107058897A - 一种高锰预硬化塑料模具钢板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高锰预硬化塑料模具钢板及其生产方法，所述钢板化学成分及质量百分含量如下：C：0.32～0.40%，Mn：1.30～1.80%，Si：0.30～0.60%，S≤0.015%，P≤0.020%，Cr：1.40～2.00%，Mo：0.30～0.50%，Al：0.015～0.040%，其余为铁和不可避免的杂质。生产方法包括转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空精炼、连铸板坯、控轧控冷和回火工序。本发明通过高锰的化学成分设计，有效地降低了生产成本；采用控轧控冷和高温回火热处理工序，获得了硬度为28～38HRC预硬化塑料模具钢。本方法具有化学成分设计合理、产品性能优良、工艺简单的特点。
Description
技术领域
本发明属于塑料模具钢技术领域，具体涉及一种高锰预硬化塑料模具钢板及其生产方法。
背景技术
塑料模具钢作为制造塑料、橡胶制品的模具材料，广泛应用于电子通讯设备、家用电器、生活用具、汽车摩托车等各类行业。YB/T 107冶金部塑料模具钢板标准中给出了SM3Cr2Mo，SM3Cr2Ni1Mo两个常用牌号的化学成分，分别对应美国ASTM P20和瑞典718塑料模具钢。一般都以预硬化态交货，硬度控制在28～38HRC之间。
随着塑料制品尺寸的日趋大型化、复杂化，对模具钢材料的寿命、耐磨性、耐蚀性、高抛光性等要求越来越高。目前，我国仍需要从日本、瑞典、德国、奥地利等国家进口大量的塑料模具钢。显然，YB/T 107等行业标准的塑料模具钢牌号不能满足所有的市场要求，急需开发出一系列满足特殊要求的塑料模具钢。
专利CN102312168B提供了一种添加Ti、B元素微合金化的塑料模具钢，专利CN10398141B提供了一种无Mo型低成本塑料模具钢，也添加了B元素增加材料的淬透性。专利CN102899571B发明的塑料模具钢添加一定量的V进行微合金化，采用模铸钢锭再进行轧制的方法进行制造。上述工艺均添加了贵金属合金元素，均不同程度的提高了生产成本。
发明内容
本发明提供了一种高锰预硬化塑料模具钢，同时还提供了一种高锰预硬化塑料模具钢的生产方法。本发明钢板化学成分设计合理，不添加Ni、Nb、Ti、V等贵重元素，工艺简单，产品性能优良。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种高锰预硬化塑料模具钢板，所述钢板化学成分及质量百分含量如下：C：0.32～0.40%，Mn：1.30～1.80%，Si：0.30～0.60%，S≤0.015%，P≤0.020%，Cr：1.40～2.00%，Mo：0.30～0.50%，Al：0.015～0.040%，其余为铁和不可避免的杂质。
本发明所述钢板中，Mn/Cr比和Si/Mo比均控制在0.60～1.50，不添加Ni、Nb、Ti、V等贵重合金元素。
本发明所述钢板硬度为28～38HRC，同一块钢板硬度偏差≤3HRC。
本发明还提供了一种高锰预硬化塑料模具钢板的生产方法，其包括转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空精炼、连铸板坯、控轧控冷和高温回火热处理工序，所述钢板化学成分及质量百分含量如下：C：0.32～0.40%，Mn：1.30～1.80%，Si：0.30～0.60%，S≤0.015%，P≤0.020%，Cr：1.40～2.00%，Mo：0.30～0.50%，Al：0.015～0.040%，其余为铁和不可避免的杂质。
本发明所述转炉冶炼工序，入转炉铁水中S≤0.050%；转炉冶炼工序可采用电弧炉冶炼提供初炼钢水，用于转炉冶炼的铁水视S含量高低考虑采用铁水预处理。
本发明所述RH真空冶炼工序可采用VD真空处理或CAS-OB真空精炼进行脱气处理，目的是降低钢水中的气体含量，特别是H含量。
本发明所述连铸板坯工序，采用电磁搅拌和动态轻压下技术，电磁搅拌电流为200-350A，压下量为2～10mm，连铸坯厚度为220～320mm。
连铸板坯工序，采用电磁搅拌和动态轻压下技术，可以连续铸造出偏析小、无疏松的高质量板坯。如说明书附图1所示，1为连铸结晶器，钢水浇注到结晶器中，连续铸造，2为连铸的板坯，3、4、6、7为电磁搅拌辊，成对布置。5、8为动态轻压下辊。电磁搅拌安装在连铸结晶器下部的二次冷却区域，目的是搅拌混合钢水，降低凝固时连铸坯的偏析。动态轻压下安装在弧形段之后的矫直区，在连铸坯凝固末端位置，连铸辊施加一定的压下量，可以获得无疏松的连铸坯。
本发明所述控轧控冷工序，轧制前加热温度为1150～1260℃，高压水除鳞，终轧温度为820～900℃。
本发明所述控轧控冷工序，轧制后视钢板厚度采用空冷和水冷两种方式，对于厚度＜80mm的钢板采用空冷；厚度≥80mm的钢板采用水冷，冷却后钢板返红温度为650～800℃。
本发明所述高温回火热处理工序，采用连续式辊底炉进行高温回火热处理，热处理保温温度为520～620℃，保温时间为40～160min。
本发明高锰预硬化塑料模具钢板产品检测标准参考GB/T 231.1-2009。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明通过高锰的成分设计，Mn/Cr比和Si/Mo比均控制在0.60～1.50之间，确保淬透性，不添加Ni、Nb、Ti、V等贵重合金元素，有效地降低了生产成本。2、采用控轧控冷和高温回火热处理工序，获得了硬度均匀的预硬化塑料模具钢，硬度范围在28～38HRC之间，同一块钢板硬度偏差≤3HRC，同时获得高寿命和较好抛光性能的塑料模具钢板，符合预硬化塑料模具钢的使用要求。3、本发明采用塑料模具钢常用的Cr、Mo、Mn等合金元素，无需添加Ti、Nb、V、B等元素进行微合金化，即生产出合格的预硬化塑料模具钢，有效地降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明电磁搅拌以及连铸结晶器位置结构图。
图中，1为连铸结晶器，2为连铸的板坯，3、4、6、7为电磁搅拌辊，5、8为动态轻压下辊。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
厚度规格为21mm的高锰预硬化塑料模具钢板成分及生产方法。
本高锰预硬化塑料模具钢板成分及质量百分含量：C：0.38%，Mn：1.36%，S：0.006%，P：0.018%，Si：0.34%，Al：0.022%，Cr：1.65%，Mo：0.38%，其余为铁和不可避免的杂质。
本高锰预硬化塑料模具钢板生产方法包括转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空精炼、连铸板坯、控轧控冷和高温回火热处理工序，具体步骤如下：
1）转炉冶炼工序：入转炉的铁水中，硫含量为0.050%。
2）LF炉精炼：经过LF炉精炼、RH真空精炼得合格钢水，Mn/Cr比为0.824，Si/Mo比为0.89，S：0.006%。
3）连铸板坯工序：采用电磁搅拌和动态轻压下技术，电磁搅拌电流为350A，压下量为5mm，连铸坯厚度为250mm，连续铸造板坯规格为250×1800×3000mm。
4）控轧控冷工序，轧制前加热温度为1200℃，高压水除鳞，轧至21mm厚度，终轧温度为840℃。钢板轧制后采用空冷，冷却后钢板返红温度为680℃。
5）高温回火热处理工序，采用连续式辊底炉进行高温回火热处理，热处理保温温度为600℃，保温时间为40min。回火热处理后在空气中冷却，检验钢板硬度为32～34HRC，符合预硬化塑料模具钢的要求。
实施例2
厚度规格为41mm的高锰预硬化塑料模具钢板成分及生产方法。
本高锰预硬化塑料模具钢板成分及质量百分含量：C：0.38%，Mn：1.35%，S：0.006%，P：0.018%，Si：0.34%，Al：0.018%，Cr：1.68%，Mo：0.38%，其余为铁和不可避免的杂质。
本高锰预硬化塑料模具钢板生产方法包括转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空精炼、连铸板坯、控轧控冷和高温回火热处理工序，具体步骤如下：
1）转炉冶炼工序：入转炉的铁水中，硫含量为0.040%。
2）LF炉精炼：经过LF炉精炼、RH真空精炼得合格钢水，Mn/Cr比为0.80，Si/Mo比为0.89，S：0.006%。
3）连铸板坯工序：采用电磁搅拌和动态轻压下技术，电磁搅拌电流为350A，压下量为5mm，连铸坯厚度为280mm，连续铸造板坯规格为280×1800×3000mm。
4）控轧控冷工序，轧制前加热温度为1200℃，高压水除鳞，轧至41mm厚度，终轧温度为830℃。钢板轧制后采用空冷，冷却后钢板返红温度为740℃。
5）高温回火热处理工序，采用连续式辊底炉进行高温回火热处理，热处理保温温度为580℃，保温时间为80min。回火热处理后在空气中冷却，检验钢板硬度为30～33HRC，符合预硬化塑料模具钢的要求。
实施例3
厚度规格为81mm的高锰预硬化塑料模具钢板成分及生产方法。
本高锰预硬化塑料模具钢板成分及质量百分含量：C：0.39%，Mn：1.45%，S：0.006%，P：0.018%，Si：0.34%，Al：0.020%，Cr：1.70%，Mo：0.39%，其余为铁和不可避免的杂质。
本高锰预硬化塑料模具钢板生产方法包括转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空精炼、连铸板坯、控轧控冷和高温回火热处理工序，具体步骤如下：
1）转炉冶炼工序：入转炉的铁水中，硫含量为0.050%。
2）LF炉精炼：经过LF炉精炼、RH真空精炼得合格钢水，Mn/Cr比为0.853，Si/Mo比为0.872，S：0.006%。
3）连铸板坯工序：采用电磁搅拌和动态轻压下技术，电磁搅拌电流为350A，压下量为5mm，连铸坯厚度为280mm，连续铸造板坯规格为280×1800×3000mm。
4）控轧控冷工序，轧制前加热温度为1200℃，高压水除鳞，轧至81mm厚度，终轧温度为830℃。钢板轧制后采用喷水水冷，冷却后钢板返红温度为700℃。
5）高温回火热处理工序，采用连续式辊底炉进行高温回火热处理，热处理保温温度为600℃，保温时间为160min。回火热处理后在空气中冷却，检验钢板硬度为33～35HRC，符合预硬化塑料模具钢的要求。
实施例4
厚度规格为20mm的高锰预硬化塑料模具钢板成分及生产方法。
本高锰预硬化塑料模具钢板成分及质量百分含量：C：0.32%，Mn：1.30%，S：0.015%，P：0.020%，Si：0.30%，Al：0.015%，Cr：1.40%，Mo：0.30%，其余为铁和不可避免的杂质。
本高锰预硬化塑料模具钢板生产方法包括转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空精炼、连铸板坯、控轧控冷和高温回火热处理工序，具体步骤如下：
1）转炉冶炼工序：入转炉的铁水中，S：0.050%。
2）LF炉精炼：经过LF炉精炼、CAS-OB真空精炼得合格钢水，Mn/Cr比为0.93，Si/Mo比为1.00，S：0.015%。
3）连铸板坯工序：采用电磁搅拌和动态轻压下技术，电磁搅拌电流为200A，压下量为2mm，连铸坯厚度为220mm，连续铸造板坯规格为220×1800×3000mm。
4）控轧控冷工序，轧制前加热温度为1150℃，高压水除鳞，轧至20mm厚度，终轧温度为820℃。钢板轧制后采用空冷，冷却后钢板返红温度为800℃。
5）高温回火热处理工序，采用连续式辊底炉进行高温回火热处理，热处理保温温度为520℃，保温时间为100min。回火热处理后在空气中冷却，检验钢板硬度为28～30HRC，符合预硬化塑料模具钢的要求。
实施例5
厚度规格为120mm的高锰预硬化塑料模具钢板成分及生产方法。
本高锰预硬化塑料模具钢板成分及质量百分含量：C：0.40%，Mn：1.80%，S：0.009%，P：0.010%，Si：0.60%，Al：0.040%，Cr：2.00%，Mo：0.50%，其余为铁和不可避免的杂质。
本高锰预硬化塑料模具钢板生产方法包括电弧炉冶炼、LF炉精炼、RH真空精炼、连铸板坯、控轧控冷和高温回火热处理工序，具体步骤如下：
1）电弧炉冶炼工序：入转炉的铁水中硫含量为0.015%。
2）LF炉精炼：经过LF炉精炼、VD真空处理精炼得合格钢水，Mn/Cr比为0.90，Si/Mo比为1.20，S：0.009%。
3）连铸板坯工序：采用电磁搅拌和动态轻压下技术，电磁搅拌电流为300A，压下量为10mm，连铸坯厚度为320mm，连续铸造板坯规格为320×1800×3000mm。
4）控轧控冷工序，轧制前加热温度为1260℃，高压水除鳞，轧至120mm厚度，终轧温度为900℃。钢板轧制后采用喷水水冷，冷却后钢板返红温度为650℃。
5）高温回火热处理工序，采用连续式辊底炉进行高温回火热处理，热处理保温温度为620℃，保温时间为160min。回火热处理后在空气中冷却，检验钢板硬度为37～38HRC，符合预硬化塑料模具钢的要求。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种高锰预硬化塑料模具钢板，其特征在于，所述钢板化学成分及质量百分含量如下：C：0.32～0.40%，Mn：1.30～1.80%，Si：0.30～0.60%，S≤0.015%，P≤0.020%，Cr：1.40～2.00%，Mo：0.30～0.50%，Al：0.015～0.040%，其余为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高锰预硬化塑料模具钢板，其特征在于，所述钢板中，Mn/Cr比和Si/Mo比均控制在0.60～1.50。
3.根据权利要求1所述的一种高锰预硬化塑料模具钢板，其特征在于，所述钢板硬度为28～38HRC，同一块钢板硬度偏差≤3HRC。
4.基于权利要求1-3任意一项所述的一种高锰预硬化塑料模具钢板的生产方法，其包括转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空精炼、连铸板坯、控轧控冷和高温回火热处理工序，其特征在于，所述钢板化学成分及质量百分含量如下：C：0.32～0.40%，Mn：1.30～1.80%，Si：0.30～0.60%，S≤0.015%，P≤0.020%，Cr：1.40～2.00%，Mo：0.30～0.50%，Al：0.015～0.040%，其余为铁和不可避免的杂质。
5.根据权利要求4所述的一种高锰预硬化塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述转炉冶炼工序，入转炉铁水中S≤0.050%；转炉冶炼工序可采用电弧炉冶炼提供初炼钢水。
6.根据权利要求4所述的一种高锰预硬化塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述RH真空冶炼工序可采用VD真空处理或CAS-OB真空精炼进行脱气处理。
7.根据权利要求4所述的一种高锰预硬化塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述连铸板坯工序，采用电磁搅拌和动态轻压下技术，电磁搅拌电流为200-350A，压下量为2～10mm，连铸坯厚度为220～320mm。
8.根据权利要求4-7任意一项所述的一种高锰预硬化塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述控轧控冷工序，轧制前加热温度为1150～1260℃，终轧温度为820～900℃。
9.根据权利要求4-7任意一项所述的一种高锰预硬化塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述控轧控冷工序，轧制后视钢板厚度采用空冷和水冷两种方式，对于厚度＜80mm的钢板采用空冷，厚度≥80mm的钢板采用水冷；冷却后钢板返红温度为650～800℃。
10.根据权利要求4-7任意一项所述的一种高锰预硬化塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述高温回火热处理工序，采用连续式辊底炉进行高温回火热处理，热处理保温温度为520～620℃，保温时间为40～160min。
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