CN107587075B

CN107587075B - 低成本塑料模具钢及其生产方法

Info

Publication number: CN107587075B
Application number: CN201710764360.2A
Authority: CN
Inventors: 范巍; 张开广; 陈颜堂; 童明伟; 郭斌
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2019-06-18
Anticipated expiration: 2037-08-30
Also published as: CN107587075A

Abstract

本发明公开了一种低成本塑料模具钢及其生产方法，该钢板中化学成分及其重量百分含量为：C：0.35～0.45％、Si：0.20～0.40％、Mn：1.65～1.85％、P≤0.010％、S≤0.008％、Als：0.025～0.040％、Cr：0.60～0.80％，其余为Fe和不可避免杂质。本发明的低成本塑料模具钢采用正火处理和回火处理工艺，使得同一钢板上硬度性能稳定均匀，HRC达到28～33，生产成本低。

Description

低成本塑料模具钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及钢板及其生产方法，具体地指一种低成本塑料模具钢及其生产方法。

背景技术

随着全球经济一体化的深入，模具工业在国民经济中所发挥的作用越来越明显，机械、电子、汽车、轻工、建材和国防工业等的发展，均要求模具工业的发展与之相适应。模具工业已成为国家新技术产业化的重要组成部分；模具技术水平的高低与产品的质量、效益和新品种的开发能力有着密切关系，是衡量一个国家工业水平高低的重要指标之一。模具钢是模具工业的重要技术和物质基础，其品种、规格、性能、质量对模具的性能、使用寿命、制造周期及工业产品向高级化、多样化、个性化、附加值化等有重要意义。

现有技术中有关于塑料模具钢有一些报道，公布号为CN103710625A的中国发明专利公开了一种高韧性塑料模具钢及其生产方法，该发明生产出钢板硬度达到28～32HRC，但是该钢中加入了贵重金属Mo元素，合金成本高。授权公告号为CN102899571B的中国发明专利公开了一种预硬型塑料模具钢及其生产方法，该发明采用热轧+回火工艺，生产钢板硬度水平在30～40HRC，但是该钢采用模具浇注生产，成材率低。授权公告号为CN103334062B的中国发明专利公开了一种析出硬化塑料模具钢及其加工工艺，该发明钢生产采用电渣冶炼，生产成本极高。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种低成本塑料模具钢及其生产方法，该生产方法所得钢板性价比高，而且具有良好的力学性能，满足塑料模具行业的特殊化需求。

为实现上述目的，本发明所提供的一种低成本塑料模具钢，该钢板中化学成分及其重量百分含量为：C：0.35～0.45％％、Si：0.20～0.40％、Mn：1.65～1.85％、P≤0.010％、S≤0.008％、Als：0.025～0.040％、Cr：0.60～0.80％，其余为Fe和不可避免杂质。

优选地，所述的低成本塑料模具钢，该钢板中化学成分及其重量百分含量为：C：0.41～0.45％、Si：0.2～0.29％、Mn：1.65～1.75％、P≤0.009％、S≤0.008％、Als：0.035～0.040％、Cr：0.73～0.80％，其余为Fe和不可避免杂质。

最佳地，所述的低成本塑料模具钢，该钢板中化学成分及其重量百分含量为：C：0.425～0.45％、Si：0.2～0.26％、Mn：1.65～1.72％、P≤0.009％、S≤0.008％、Als：0.037～0.040％、Cr：0.75～0.80％，其余为Fe和不可避免杂质。

进一步地，该钢板的化学成分中，C+Mn+Cr-Cr/C-C/Cr＝0.50～0.56％。

优选地，该钢板的化学成分中，C+Mn+Cr-Cr/C-C/Cr＝0.55～0.56％。

本发明还提供一种低成本塑料模具钢的生产方法，包括脱硫预处理、RH真空处理、连铸、铸坯加热、热轧、冷却、正火处理、回火处理的步骤，其特征在于：所述RH真空处理步骤中，RH循环处理时间为20～30min；所述铸坯加热步骤中，加热的温度为1230～1260℃。

进一步地，所述热轧步骤中，粗轧阶段的开轧温度≥1050℃；精轧阶段的终轧温度≥900℃。

再进一步地，所述正火处理步骤中，正火温度为840～860℃，正火保温时间T₁＝n×(1.2～1.5)，其中，T₁：正火保温时间，单位min；n：板厚，单位mm。

更进一步地，所述回火处理步骤中，回火温度为500～580℃，回火保温时间T₂＝n×(1.8～2.0)，其中，T₂：回火保温时间，单位min；n：板厚，单位mm。

本发明中各元素的作用：

C是提高钢材硬度和淬透性的重要元素，随着碳含量的增加，钢的硬度随之提高。当C含量低于0.35％时，硬度性能达不到要求，若C含量高于0.45％时，钢板硬度超标。因此，本发明C选择在0.35～0.45％％。

Si是炼钢脱氧的必要元素，以固溶强化形式提高钢的强度，当Si含量低于0.20％时，强度性能偏低，当Si含量高于0.40％时，钢的韧性下降。因此，本发明Si选择在0.20～0.4％。

Mn是重要的强韧化元素，能显著提高淬透性。Mn含量低于1.15％时，强度和硬度难以满足要求，当Mn含量高于1.65％时，钢中偏析会较明显。因此，本发明Mn选择在1.15～1.65％。

P、S是钢中难以避免的有害杂质元素。高P会导致偏析，影响钢组织均匀性，降低钢的塑性；S易形成硫化物夹杂对低温韧性不利，且会造成性能的各向异性，同时严重影响钢的应变时效。因此，应严格限制钢中的P、S含量，本发明P控制在≤0.01％，S控制在≤0.008％％。

Als通常作为钢中的脱氧剂。但Als含量低于0.025％时，脱氧不充分，当Als含量高于0.040％时，氧化铝夹杂物增加，降低钢的洁净度。Als还能起到细化晶粒作用，因此，本发明Als选择在0.025～0.04％。

Cr能高钢的强度，提高钢的淬透性。当Cr含量低于0.60％时，钢板强度和硬度性能均达不到要求，当Cr含量高于0.80％时，钢板强度和硬度超标。因此，本发明Cr选择在0.60～0.8％。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

其一，本发明的低成本塑料模具钢中减少了Cr的加入量同时不使用贵重金属Mo，减少了生产成本，而且生产钢板过程中采用正火+回火工艺使得HRC仍可以保持在28～33，硬度均匀稳定，可广泛应用于塑料模具生产。

其二，本发明的RH真空处理中RH循环时间不少于20min，这样有利于保证发明钢具有较好的冶金质量。

其三，本发明的铸坯加热处理中将铸坯加热到1230～1260℃，这样有益于Cr等合金更好地固溶。

其四，本发明的正火工艺中钢板正火温度为840～860℃，保温时间为板厚×(1.2～1.5)min/mm，这样能够保证钢板能够预硬化，且具有较好的均匀性。

其五，本发明的回火工艺中钢板回火温度为500～580℃，保温时间为板厚×(1.8～2.0)min/mm，这样能够使预硬化的钢板硬度下降，且保证钢板心部和表面硬度值差异化小。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：一种低成本塑料模具钢的生产方法，包括如下步骤：

1)脱硫预处理：采用铁水脱硫技术，转炉顶底吹炼，并控制[S]≤0.001％，渣层厚度≤50mm，避免炉渣带入转炉，且在氧化气氛下回硫。

2)RH真空处理：循环处理时间25min；

3)连铸：采用长水口保护浇铸且Ar封；

4)铸坯加热：加热温度为1235℃，加热速率8～11min/cm，进行高压除磷；

5)热轧：粗轧阶段控制其开轧温度≥1050℃；精轧阶段控制其终轧温度≥900℃；

6)冷却：自然冷却到室温；

7)正火处理：正火温度为855℃，正火保温时间T₁＝n×(1.2～1.5)，其中，T₁：正火保温时间，单位min；n：板厚，单位mm；

8)回火处理：回火温度为562℃，回火保温时间T₂＝n×(1.8～2.0)，其中，T₂：回火保温时间，单位min；n：板厚，单位mm。

通过上述生产方法，可得到化学成分满足：C：0.35％、Si：0.4％、Mn：1.85％、P：0.008％、S：0.007％、Als：0.025％、Cr：0.6％的合格钢坯，满足C+Mn+Cr-Cr/C-C/Cr＝0.5％。

实施例2～8和对比例1～2：

实施过程除以下不同外，其余均同实施例1，表1为本发明各实施例与比较例的化学成分，表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数，表3为本发明各实施例及对比例的硬度性能对比。

表1本发明各实施例与比较例的化学成分(wt％)

表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数

表3本发明各实施例及对比例的硬度性能对比

由表3的HRC硬度试验结果可知，与对比钢对比发现，本发明实施例1～8钢硬度值及硬度均匀性均优于对比例1和对比例2的钢。具体而言，对比例1和对比例2的HRC在23.4～27.9，且同一钢板头中尾三部分硬度最大相差分别为4.5HRC和3.2HRC，而本发明钢在0.6HRC以内。本发明钢采用正火+回火工艺，同一钢板上硬度性能稳定均匀，HRC在28～33，可广泛应用于塑料模具生产。

上述实施案例只为说明本发明的技术方案及特点，其目的在于更好的让熟悉该技术的人士予以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，均在本发明保护范围之内。

Claims

1.一种低成本塑料模具钢，其特征在于：该钢板中化学成分及其重量百分含量为：C：0.41～0.45％、Si：0.2～0.29％、Mn：1.65～1.75％、P≤0.009％、S≤0.008％、Als：0.035～0.040％、Cr：0.73～0.80％；该钢板的化学成分中，C+Mn+Cr-Cr/C-C/Cr＝0.50～0.56％。

2.根据权利要求1所述的低成本塑料模具钢，其特征在于：该钢板中化学成分及其重量百分含量为：C：0.425～0.45％、Si：0.2～0.26％、Mn：1.65～1.72％、P≤0.009％、S≤0.008％、Als：0.037～0.040％、Cr：0.75～0.80％，其余为Fe和不可避免杂质。

3.根据权利要求2所述的低成本塑料模具钢，其特征在于：该钢板的化学成分中，C+Mn+Cr-Cr/C-C/Cr＝0.55～0.56％。

4.一种权利要求1或2或3所述的低成本塑料模具钢的生产方法，包括脱硫预处理、RH真空处理、连铸、铸坯加热、热轧、冷却、正火处理、回火处理的步骤，其特征在于：所述RH真空处理步骤中，RH循环处理时间为20～30min；所述铸坯加热步骤中，加热的温度为1230～1260℃。

5.根据权利要求4所述的低成本塑料模具钢的生产方法，其特征在于：所述热轧步骤中，粗轧阶段的开轧温度≥1050℃；精轧阶段的终轧温度≥900℃。

6.根据权利要求5所述的低成本塑料模具钢的生产方法，其特征在于：所述正火处理步骤中，正火温度为840～860℃，正火保温时间T₁＝n×(1.2～1.5)，其中，T₁：正火保温时间，单位min；n：板厚，单位mm。

7.根据权利要求5所述的低成本塑料模具钢的生产方法，其特征在于：所述回火处理步骤中，回火温度为500～580℃，回火保温时间T₂＝n×(1.8～2.0)，其中，T₂：回火保温时间，单位min；n：板厚，单位mm。