CN109022710B - 含氮塑料模具扁钢的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种含氮塑料模具扁钢的热处理方法。针对现有缺乏一种专门针对耐腐蚀性能好的含氮塑料模具扁钢提升其性能的热处理方法的问题，本发明提供一种含氮塑料模具扁钢的热处理方法，步骤如下：a、球化退火：将含氮塑料模具扁钢升温至900～950℃，保温5～7h，冷却至720～740℃，保温4～7h，再冷却至≤500℃，空冷至室温；b、淬火：将扁钢转入淬火炉，升温至840～880℃，保温4～6h后，再升温至1020～1040℃，保温40～60min后，冷却至室温；c、回火：将扁钢转入回火炉，升温至430～460℃，保温2～4h，冷却，再升温至430～460℃，保温2～4h，得到热处理后的含氮塑料模具扁钢。本发明热处理后的钢硬度、冲击功和点蚀电位更高，性能更优良。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种含氮塑料模具扁钢的热处理方法。
背景技术
塑料模具钢是一种用于塑料制作的模具钢。随着塑料制品在国民生产、生活中的广泛应用,塑料模具的制造对塑料模具钢的需求也越来越大。在塑料制品中，模具的质量是保证塑料制品质量的基本条件。
目前，塑料模具已经走向大型化、精密化、多腔化的发展方向，对塑料模具钢的性能提出了更高的要求，其中对尺寸精度、组织均匀性、耐蚀性和可抛光性的要求更加苛刻。尤其是耐腐蚀性能对模具的使用寿命和表面质量影响最大。为了提高塑料模具钢的耐腐蚀性能，一般通过添加各种耐蚀元素来达到，但增加耐蚀元素会增加生产成本，并且耐腐蚀性能提高不明显。
专利“一种具有抗腐蚀性的塑料模具钢及其制造方法”提供了一种具有抗腐蚀性的塑料模具钢，该专利中加入了价格昂贵的镍和钼元素，其目的一方面这两种元素本身可提高钢的耐蚀性，另一方面是为了固定加入质量分数为0.1～0.15％的氮元素.尽管该方案能有效提高钢的耐蚀性能，但生产成本将会大幅度增加。再者，该专利并未详细叙述其冶炼工艺，而如此高的氮含量将会带来极大的冶炼难度。若炼钢工艺选择不当，将会造成严重的钢锭质量问题，并大幅度降低钢的耐蚀性能。该专利中未涉及到钢的热处理过程，无法为含氮塑料模具扁钢提供依据。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：现有缺乏一种专门针对耐腐蚀性能好的含氮塑料模具扁钢进一步提升其性能的热处理方法的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供一种含氮塑料模具扁钢的热处理方法。该方法包括以下步骤：
a、球化退火
将含氮塑料模具扁钢于≤400℃时装入退火炉，升温至900～950℃，保温5～7h，再冷却至720～740℃，保温4～7h，最后再冷却至≤500℃，出炉空冷至室温；所述含氮塑料模具扁钢的化学成分为：按重量百分比计，C 0.35～0.45％、Si 0.3～0.5％、Mn 0.3～0.6％、Cr 13.0～14.0％、N 0.06～0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质；
b、淬火
将步骤a处理后的扁钢转入淬火炉，升温至840～880℃，保温4～6h后，继续升温至1020～1040℃，保温40～60min后，冷却至室温；
c、回火
将步骤b处理后的扁钢转入回火炉，升温至430～460℃，保温2～4h，冷却至室温，再升温至430～460℃，保温2～4h，得到热处理后的含氮塑料模具扁钢。
其中，上述含氮塑料模具扁钢的热处理方法中，步骤a中所述的升温速度为70～100℃/h。
其中，上述含氮塑料模具扁钢的热处理方法中，步骤a中所述的冷却速度为30～50℃/h。
其中，上述含氮塑料模具扁钢的热处理方法中，步骤b中所述的升温速度为70～100℃/h。
其中，上述含氮塑料模具扁钢的热处理方法中，步骤c中所述的升温速度为70～100℃/h。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种特定组成成分的含氮塑料模具扁钢的热处理方法，该钢成分中氮含量高，为了充分发挥氮的合金化作用，得到优异的力学性能和耐腐蚀性能的组合，本发明根据该钢成分特别的制定了热处理方法，通过热处理各个参数的合理配合，共同使得热处理后的钢硬度为52～55HRC，冲击功为40～43J，在25℃下3.5wt％NaCl水溶液中点蚀电位为270～290mVSCE，性能优良。本发明的热处理方法专门针对特定成分的钢配套使用，具有重要的现实意义。
具体实施方式
本发明提供了一种含氮塑料模具扁钢的热处理方法，包括以下步骤：
a、球化退火
将含氮塑料模具扁钢于≤400℃时装入退火炉，升温至900～950℃，保温5～7h，再冷却至720～740℃，保温4～7h，最后再冷却至≤500℃，出炉空冷至室温；所述含氮塑料模具扁钢的化学成分为：按重量百分比计，C 0.35～0.45％、Si 0.3～0.5％、Mn 0.3～0.6％、Cr 13.0～14.0％、N 0.06～0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质；
b、淬火
将步骤a处理后的扁钢转入淬火炉，升温至840～880℃，保温4～6h后，继续升温至1020～1040℃，保温40～60min后，冷却至室温；
c、回火
将步骤b处理后的扁钢转入回火炉，升温至430～460℃，保温2～4h，冷却至室温，再升温至430～460℃，保温2～4h，得到热处理后的含氮塑料模具扁钢。
本发明是专门针对化学成分为按重量百分比计，C 0.35～0.45％、Si 0.3～0.5％、Mn 0.3～0.6％、Cr 13.0～14.0％、N 0.06～0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质的含氮塑料模具扁钢而设定的热处理方法。该钢中在常规塑料模具钢成分基础上添氮降碳，氮和碳同属于间隙固溶原子，氮的加入所引起的固溶强化效果是碳的数倍到数十倍，因此可降低塑料模具钢中碳元素的含量，在热处理过程中降低耐蚀元素铬的消耗，进而增加塑料模具钢的耐腐蚀性能。另外，本发明增加氮成分的含量，能提高奥氏体的稳定性，增加奥氏体温度区间，使淬火后工件变形小。
热处理工艺会影响钢的耐蚀和抛光性能(尤其是耐蚀性能)，本发明的含氮塑料模具扁钢要具有优异的性能，还需要采用专门的热处理工艺。
在本发明球化退火过程中，升温温度为900～950℃，高于950℃，温度过高，晶粒长大明显；低于900℃，温度过低，球化效果不理想。保温时间为5～7h，主要是因为析出物(碳化物)的回溶需要时间，保温时间过长影响产量，过短回溶不充分。
在本发明的淬火过程中，升温温度为840～880℃，淬火温度高于880℃，晶粒长大明显；低于880℃，球状碳化物回溶不彻底；另外，温度的高低对马氏体转变也有一定的影响。保温时间4～6h，保温时间决定了奥氏体成分的均匀程度。
在本发明的回火过程中，升温温度430～460℃，回火温度决定析出物类型、大小和分布，本发明要控制Cr的碳化物析出，进而降低基体Cr的消耗，增强耐蚀性能。保温时间2～4h，是因为析出物的析出和长大需要时间。
本发明的热处理工艺通过退火温度和时间、淬火温度和时间、回火温度和时间等参数互相配合，能够让氮化物可细小且弥散地从基体中析出，可显著提高塑料模具钢的强度和硬度，而韧性损失较小。细小弥散的析出物可显著提高塑料模具钢的抛光性能。
其中，上述含氮塑料模具扁钢的热处理方法中，为了防止因加热过快形成的热应力导致裂纹，步骤a中所述的升温速度为70～100℃/h。
其中，上述含氮塑料模具扁钢的热处理方法中，为了达到最优球化效果，步骤a中所述的冷却速度为30～50℃/h。
其中，上述含氮塑料模具扁钢的热处理方法中，为了防止因加热过快形成较大热应力，从而导致裂纹，步骤b中所述的升温速度为70～100℃/h。
其中，上述含氮塑料模具扁钢的热处理方法中，为了防止因加热过快形成较大热应力，从而导致裂纹，步骤c中所述的升温速度为70～100℃/h。
下面将通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明，但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。
实施例1用本发明方法对含氮塑料模具扁钢进行热处理
实施例1所用的含氮塑料模具扁钢的化学组成如下，按质量百分比计：C 0.37％、Si 0.32％、Mn 0.55％、Cr 13.3％、Ni 0.2％、Mo 0.06％、N 0.07％、P 0.022％、S0.004％，其余为Fe。
具体的热处理方法为：
(1)球化退火：将通过轧制得到的扁钢于400℃装入退火炉，以80±10℃/h的速度升温至930±10℃，保温7h，之后以40℃/h的冷却速度冷却到730±10℃，保温6.5h，最后，以40±10℃/h的冷却速度冷却至500℃，出炉空冷至室温。
(2)淬火：将通过球化退火的扁钢由室温装入淬火炉内，并以100℃/h的速度升温至860±10℃，保温5.5h后，继续按100℃/h的速度加热至1030±10℃，保温40min后，置于淬火油中冷却至室温。
(3)回火：将淬火后的扁钢置于回火炉中，按70℃/h的速度加热至440±10℃，保温3.5h，反复进行2次回火，最后获得塑料模具扁钢硬度为52HRC，冲击功为40J，在25℃下3.5wt％NaCl水溶液中点蚀电位为272mVSCE的含氮塑料模具扁钢。
实施例2用本发明方法对含氮塑料模具扁钢进行热处理
实施例2所用的含氮塑料模具扁钢的化学组成如下，按质量百分比计：C 0.42％、Si 0.41％、Mn 0.45％、Cr 13.9％、Ni 0.18％、Mo 0.08％、N 0.08％、P 0.020％、S0.003％，其余为Fe。
具体的热处理方法为：
(1)球化退火：将通过轧制得到的扁钢于350℃装入退火炉，以90±10℃/h的速度升温至930±10℃，保温7h，之后以35℃/h的冷却速度冷却到730±10℃，保温7h，最后，以40±10℃/h的冷却速度冷却至500℃，出炉空冷至室温。
(2)淬火：将通过球化退火的扁钢由室温装入淬火炉内，并以95℃/h的速度升温至860±10℃，保温5.5h后，继续按100℃/h的速度加热至1030±10℃，保温40min后，置于淬火油中冷却至室温。
(3)回火：将淬火后的扁钢置于回火炉中，按70℃/h的速度加热至440±10℃，保温3.5h，反复进行2次回火，最后获得塑料模具扁钢硬度为53HRC，冲击功为42J，在25℃下3.5wt％NaCl水溶液中点蚀电位为281mVSCE的含氮塑料模具扁钢。
对比例3不采用本发明方法对含氮塑料模具扁钢进行热处理
对比例3所用的含氮塑料模具扁钢的化学组成如下，按质量百分比计：C 0.41％、Si 0.39％、Mn 0.53％、Cr 14.0％、Ni 0.2％、Mo 0.07％、N 0.065％、P 0.021％、S0.004％，其余为Fe。
具体的热处理方法为：
(1)球化退火：将通过轧制得到的扁钢于350℃装入退火炉，以90±10℃/h的速度升温至880±10℃，保温3h，之后以60℃/h的冷却速度冷却到700±10℃，保温3h，最后，以60±10℃/h的冷却速度冷却至500℃，出炉空冷至室温。
(2)淬火：将通过球化退火的扁钢由室温装入淬火炉内，并以100℃/h的速度升温至820±10℃，保温3.5h后，继续按100℃/h的速度加热至1000±10℃，保温30min后，置于淬火油中冷却至室温。
(3)回火：将淬火后的扁钢置于回火炉中，按100℃/h的速度加热至400±10℃，保温1.8h，反复进行2次回火，最后获得塑料模具扁钢硬度为63HRC，冲击功为38J，在25℃下3.5wt％NaCl水溶液中点蚀电位为230mVSCE的含氮塑料模具扁钢。
对比例4不采用本发明方法对含氮塑料模具扁钢进行热处理
对比例3所用的含氮塑料模具扁钢的化学组成如下，按质量百分比计：C 0.41％、Si 0.39％、Mn 0.53％、Cr 14.0％、Ni 0.2％、Mo 0.07％、N 0.065％、P 0.021％、S0.004％，其余为Fe。
具体的热处理方法为：
(1)球化退火：将通过轧制得到的扁钢于350℃装入退火炉，以90±10℃/h的速度升温至960±10℃，保温8h，之后以60℃/h的冷却速度冷却到760±10℃，保温3.5h，最后，以60±10℃/h的冷却速度冷却至500℃，出炉空冷至室温。
(2)淬火：将通过球化退火的扁钢由室温装入淬火炉内，并以100℃/h的速度升温至890±10℃，保温3.5h后，继续按100℃/h的速度加热至1060±10℃，保温30min后，置于淬火油中冷却至室温。
(3)回火：将淬火后的扁钢置于回火炉中，按100℃/h的速度加热至480±10℃，保温1.8h，反复进行2次回火，最后获得塑料模具扁钢硬度为40HRC，冲击功为35J，在25℃下3.5wt％NaCl水溶液中点蚀电位为220mVSCE的含氮塑料模具扁钢。
由实施例和对比例可知，本发明提供了一种专门针对特定成分的含氮塑料模具扁钢的热处理方法，通过该热处理方法可以使得热处理后的钢硬度为52～55HRC，冲击功为40～43J，在25℃下3.5wt％NaCl水溶液中点蚀电位为270～290mVSCE，性能优良(实施例1、2)。本发明的热轧方法主要由退火温度和时间、淬火温度和时间、回火温度和时间等参数互相配合来提高钢的性能，当这些参数不能合理配合时，热处理后的钢性能差(对比例3、4)。
Claims (5)
1.含氮塑料模具扁钢的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、球化退火
将含氮塑料模具扁钢于≤400℃时装入退火炉，升温至920～950℃，保温5～7h，再冷却至720～740℃，保温4～7h，最后再冷却至≤500℃，出炉空冷至室温；所述含氮塑料模具扁钢的化学成分为：按重量百分比计，C 0.35～0.45％、Si 0.3～0.5％、Mn 0.3～0.6％、Cr13.0～14.0％、N 0.06～0.08％，其余为Fe和不可避免的杂质；
b、淬火
将步骤a处理后的扁钢转入淬火炉，升温至840～880℃，保温4～6h后，继续升温至1020～1040℃，保温40～60min后，冷却至室温；
c、回火
将步骤b处理后的扁钢转入回火炉，升温至430～460℃，保温2～4h，冷却至室温，再升温至430～460℃，保温2～4h，得到热处理后的含氮塑料模具扁钢。
2.根据权利要求1所述的含氮塑料模具扁钢的热处理方法，其特征在于：步骤a中所述的升温速度为70～100℃/h。
3.根据权利要求1所述的含氮塑料模具扁钢的热处理方法，其特征在于：步骤a中所述的冷却速度为30～50℃/h。
4.根据权利要求1所述的含氮塑料模具扁钢的热处理方法，其特征在于：步骤b中所述的升温速度为70～100℃/h。
5.根据权利要求1所述的含氮塑料模具扁钢的热处理方法，其特征在于：步骤c中所述的升温速度为70～100℃/h。
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