CN109023104A - 4Cr13塑料模具钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及4Cr13塑料模具钢及其制备方法，属于塑料模具钢技术领域。本发明所要解决的是现有4Cr13塑料模具钢预硬化前硬度较高，导致后续切削加工难度大的问题，技术方案是提供了4Cr13塑料模具钢，其含有质量分数为0.01％～0.10％的Mo，且Cr含量/C含量≥33.5。本发明通过Mo微合金化+Cr/C控制生产的预硬化塑料模具钢内部质量良好，且明显改善了退火态的切削加工性能。硬度检测结果表明，本发明塑料模具钢退火态的硬度≤200HBW，较现有4Cr13钢退火态的硬度显著降低，预硬化后的硬度为30～36HRC，与现有4Cr13钢预硬化后的硬度差异不大。
Description
技术领域
本发明涉及4Cr13塑料模具钢及其制备方法，属于塑料模具钢技术领域。
背景技术
塑料模具根据其主要失效形式(磨损、断裂和变形)和工作条件，对性能的主要要求可归纳为：必要的耐磨性；易切削；抛光性和刻蚀性好；导热好和热膨胀小；耐腐蚀等。塑料模具用钢锻轧成扁材后，一般经过退火工艺可以降低钢的硬度，以改善后续切削加工性能。
4Cr13塑料模具钢属于预硬化塑料模具钢中的中碳高铬型耐蚀钢，GB/T 1299—2014工模具钢标准对其化学成分做了规定：碳0.36％～0.45％、硅≤0.60％、锰≤0.80％、铬12.00％～14.00％、镍≤0.60％。由于钢中铬含量高，硬度高，即使经过球化退火工艺，后续切削加工难度也很大，对后续加工刀具耗损大，且容易造成塑料模具表面裂纹。因此，降低4Cr13塑料模具钢切削加工前的硬度，同时又要保证其预硬化后的硬度，显得非常重要。
目前，通过优化合金成分设计，特别是控制钢中Cr含量/C含量来降低4Cr13塑料模具钢预硬化前的硬度，提高后续切削加工性能的方法还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供4Cr13塑料模具钢及其制备方法，以解决现有4Cr13塑料模具钢预硬化前硬度较高，导致后续切削加工难度大的问题。
本发明提供了4Cr13塑料模具钢，其含有质量分数为0.01％～0.10％的Mo，且Cr含量/C含量≥33.5。
进一步地，所述的4Cr13塑料模具钢的化学成分按质量百分数计为：C：0.36％～0.40％、Si：0.20％～0.40％、Mn：0.20％～0.50％、Cr：12.10％～13.20％、Mo：0.01％～0.10％、Ni≤0.50％、P≤0.030％、S≤0.030％，Al：0.010％～0.040％，余量为铁。
进一步地，所述塑料模具钢的厚度为80mm～200mm，宽度≥500mm。
本发明提供了所述4Cr13塑料模具钢的制备方法，包括如下步骤：冶炼得到所述化学成分的钢水，铸造，锻造，退火热处理，预硬化处理，即得。
进一步地，于850℃～1200℃锻造。
进一步地，所述退火热处理的工艺条件为：首先于780℃～820℃保温8～12小时，然后以≤30℃/h的速度降温至400℃以下，冷却至室温，即可。
优选地，首先于800℃保温10～12小时，然后以25℃/h的速度降温至350℃。
优选地，出炉自然冷却至室温。
进一步地，所述预硬化处理的工艺条件为：首先于840～880℃保温5～10小时，然后冷却至350～450℃，再加热至700～740℃回火处理20～25小时，然后以≤40℃/h的冷却速度冷却至400℃以下，冷却至室温，即可。
优选地，首先于850℃保温8～10小时，然后冷却至400℃，再加热至720℃回火处理22～24小时，然后以25℃/h的冷却速度冷却至400℃。
优选地，出炉然冷却至室温。
进一步地，所述冶炼依次包括电弧炉冶炼和VD真空脱气步骤，或者，依次包括电弧炉冶炼和电渣重熔步骤。
本发明提供了4Cr13塑料模具钢，通过Mo微合金化+Cr/C控制生产的预硬化塑料模具钢内部质量良好，其退火态金相组织中不存在硬度过高的长条状碳化物，不仅使得钢在热加工过程中不会因M7C3而产生局部应力集中，造成内部缺陷，同时也可以明显改善退火态的切削加工性能。硬度检测结果表明，本发明塑料模具钢退火态的硬度≤200HBW，较现有4Cr13钢退火态的硬度显著降低，预硬化后的硬度为30～36HRC，与现有4Cr13钢预硬化后的硬度差异不大。
附图说明
图1为实施例1中的塑料模具钢退火态金相组织图；
图2为实施例2中的塑料模具钢退火态金相组织图；
图3为对比例中的塑料模具钢退火态金相组织图。
具体实施方式
本发明具体实施方式中使用的原料、设备均为已知产品，通过购买市售产品获得。
本发明提供了4Cr13塑料模具钢，其含有质量分数为0.01％～0.10％的Mo，且Cr含量/C含量≥33.5。
本发明针对GB/T 1299—2014工模具钢标准中牌号为4Cr13的塑料模具钢进行了化学成分的优化设计，主要采用Mo微合金化+Cr/C控制的方法提高了塑料模具钢的可切削性。一方面，通过添加微量Mo元素降低了硬度过高的条带状M7C3型碳化物的稳定性，细化M23C6型碳化物，在提高塑料模具钢的可切削加工性的同时，也不会降低塑料模具钢的硬度。另一方面，控制Cr含量/C含量≥33.5，能够使塑料模具钢的金相组织中不析出硬度过高的条带状M7C3型碳化物，改善其热锻性及后续制模过程中的可切削加工性。
进一步地，本发明还提供了所述4Cr13塑料模具钢的制备方法，包括如下步骤：冶炼得到所述化学成分的钢水，铸造，锻造，退火热处理，预硬化处理，即得。
所述退火热处理步骤优选的工艺条件为：首先于780℃～820℃保温8～12小时，然后以≤30℃/h的冷速冷却至400℃以下。
于780℃～820℃保温8～12小时，能够使碳化物充分球化或颗粒化。经考察表明，温度过低或保温时间过短会导致碳化物球化不充分，温度过高或保温时间过长会导致碳化物聚集长大。
以≤30℃/h的冷速冷却至400℃以下，能够避免存在残余奥氏体而降低强度和韧性。
所述预硬化处理步骤优选的工艺条件为：首先于840～880℃保温5～10小时，然后冷却至350～450℃，再加热至700～740℃回火处理20～25小时，然后以≤40℃/h的冷却速度冷却至400℃以下。
首先于840～880℃保温5～10小时，在此温度区间内奥氏体均匀程度充分，温度过高或过低会导致奥氏体晶粒长大或不能充分均匀。
再加热至700～740℃回火处理20～25小时，在此温度范围内可以使奥氏体充分转变为回火索氏体，提高模具钢强度和韧性。温度过高会造成晶界强化和位错强化作用下降，导致硬度和强度下降；温度过低会导致不能得到完全的回火索氏体组织。
然后以≤40℃/h的冷却速度冷却至400℃以下，使回火索氏体组织充分保留下来。
实施例1本发明4Cr13塑料模具钢的制备
采用LF电弧炉冶炼+电渣重熔成Φ880mm电渣锭，其化学成分如表1所示，经850℃～1200℃锻造成厚度100mm，宽度610mm的塑料模具钢板材，再进行退火热处理+预硬化热处理。
其中，退火热处理工艺为：首先在800℃保温10小时；然后以25℃/h的冷速炉冷至350℃出炉，然后自然冷却至室温。
预硬化处理工艺为：首先在850℃保温8小时，然后冷却至400℃；再加热至720℃回火处理22小时，然后以25℃/h的冷却速度冷却至400℃，最后出炉空冷。
采用该方法生产的4Cr13塑料模具钢，退火后的金相组织均为马氏体+小尺寸球状或颗粒状碳化物，未发现长条状碳化物，如图1所示。
采用该方法生产的4Cr13塑料模具钢退火态及预硬化后的硬度如表2所示。可以看出，采用实施例1方法生产的4Cr13塑料模具钢退火态硬度明显较对比例生产的4Cr13塑料模具钢硬度低，且实施例1生产的4Cr13塑料模具钢预硬化后硬度与对比例生产的4Cr13塑料模具钢硬度差异不大。
实施例2本发明4Cr13塑料模具钢的制备
采用LF电弧炉冶炼+VD真空脱气，然后浇注成3.2吨扁锭，其化学成分如表1所示，经850℃～1200℃锻造成厚度150mm，宽度610mm的塑料模具钢板材，再进行退火热处理+预硬化热处理。
其中，退火热处理工艺为：首先在800℃保温12小时；然后以25℃/h的冷速炉冷至350℃出炉，然后自然冷却至室温。
预硬化处理工艺为：首先在850℃保温10小时，然后冷却至400℃；再加热至720℃回火处理24小时，然后以25℃/h的冷却速度冷却至400℃，最后出炉空冷。
采用该方法生产的4Cr13塑料模具钢，退火后的金相组织均为马氏体+小尺寸球状或颗粒状碳化物，未发现长条状碳化物，如图2所示。
采用该方法生产的4Cr13塑料模具钢退火态及预硬化后的硬度如表2所示。可以看出，采用实施例2方法生产的4Cr13塑料模具钢退火态硬度明显较对比例生产的4Cr13塑料模具钢硬度低，且实施例2生产的4Cr13塑料模具钢预硬化后硬度与对比例生产的4Cr13塑料模具钢硬度差异不大。
对比例
采用LF电弧炉冶炼+电渣重熔成Φ880mm电渣锭，其化学成分如表1所示，经850℃～1200℃锻造成厚度100mm，宽度610mm的板材，再进行退火热处理+预硬化热处理。
其中，退火热处理工艺为：首先在800℃保温10小时；然后以25℃/h的冷速炉冷至350℃出炉，然后自然冷却至室温。
预硬化处理工艺为：首先在850℃保温8小时，然后冷却至400℃；再加热至720℃回火处理22小时，然后以25℃/h的冷却速度冷却至400℃，最后出炉空冷。
采用该方法生产的4Cr13塑料模具钢，退火后的金相组织均为马氏体+小尺寸球状或颗粒状碳化物，及少量长条状碳化物，如图3所示。
采用该方法生产的4Cr13塑料模具钢退火态及预硬化后的硬度如表2所示。
表1实施例1、2及对比例中塑料模具钢的化学成分(重量百分比％)
表2实施例1、2及对比例中塑料模具钢退火态及预硬化后的硬度
。
Claims (8)
1.4Cr13塑料模具钢，其特征是：含有质量分数为0.01％～0.10％的Mo，且Cr含量/C含量≥33.5。
2.如权利要求1所述的4Cr13塑料模具钢，其特征是：化学成分按质量百分数计为：C：0.36％～0.40％、Si：0.20％～0.40％、Mn：0.20％～0.50％、Cr：12.10％～13.20％、Mo：0.01％～0.10％、Ni≤0.50％、P≤0.030％、S≤0.030％，Al：0.010％～0.040％，余量为铁。
3.如权利要求1或2所述的4Cr13塑料模具钢，其特征是：所述塑料模具钢的厚度为80mm～200mm，宽度≥500mm。
4.权利要求1～3任意一项所述4Cr13塑料模具钢的制备方法，其特征是：包括如下步骤：冶炼得到所述化学成分的钢水，铸造，锻造，退火热处理，预硬化处理，即得。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征是：于850℃～1200℃锻造。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征是：所述退火热处理的工艺条件为：首先于780℃～820℃保温8～12小时，然后以≤30℃/h的速度降温至400℃以下，冷却至室温，即可；优选地，首先于800℃保温10～12小时，然后以25℃/h的速度降温至350℃；优选地，出炉自然冷却至室温。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征是：所述预硬化处理的工艺条件为：首先于840～880℃保温5～10小时，然后冷却至350～450℃，再加热至700～740℃回火处理20～25小时，然后以≤40℃/h的冷却速度冷却至400℃以下，冷却至室温，即可；优选地，首先于850℃保温8～10小时，然后冷却至400℃，再加热至720℃回火处理22～24小时，然后以25℃/h的冷却速度冷却至400℃；优选地，出炉然冷却至室温。
8.如权利要求4所述的制备方法，其特征是：所述冶炼依次包括电弧炉冶炼和VD真空脱气步骤，或者，依次包括电弧炉冶炼和电渣重熔步骤。
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