CN109881087B - 一种Nb强化的低成本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Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板及其生产方法，预硬化塑料模具钢板化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.36～0.46%，Mn：1.10～1.90%，Si：0.18～0.48%，S≤0.025%，P≤0.015%，Cr：0.42～1.00%，Nb：0.02～0.04%，B：0.0005～0.0025%，Al：0.005～0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质；生产方法包括转炉冶炼、精炼、连铸、加热、轧制、在线淬火和离线回火工序。本发明成分设计，采用Nb强化，不添加Mo、V、Ni等元素，成本明显下降；采用在线淬火+离线回火工艺，缩短了生产流程，提高了生产效率，且产品性能优良。
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Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板及其生产方法。
背景技术
目前，许多发达国家塑料模具的产值已居模具产值的第一位，而塑料模具钢也迅速发展并成为一个专用钢种系列。用于预硬型塑料模具钢的P20钢最初由美国提出，国际标准化组织（ISO4957-1997）和欧洲标准（EN-ISO4957-1999）的钢号均为35CrMo7，德国标准（DIN 17350）和法国标准（NF A35-590）的钢号分别为40CrMnMo7和35CrMo8，属于中碳Cr-Mn-Mo系低合金钢，其碳含量在0.30～0.45%，加入Cr、Mn、Mo等合金元素可提高淬透性。为满足大截面尺寸塑料的使用需要，国外预硬型塑料模具钢化学成分设计的发展趋势为在原来P20钢的基础上降低含碳量，提高Ni、Mn、Mo的含量，从而提高非调质预硬型塑料模具钢的淬透性。20世纪80年代，我国90%左右的塑料模具均采用碳素结构钢制造，模具的使用寿命短、质量差，因此压制的塑料制品质量不高。为了填补空白，我国引入了通用性好的美国塑料模具钢 P20钢，并将其正式纳入国家标准（GB 1299-85），钢号为3Cr2Mo。之后又在GB/T 1299-2000 中加入了P20改进型钢种相当于瑞典718钢，钢号为3Cr2MnNiMo。但是目前国内外中高端塑料模具钢普遍采用高Cr、Mo成分体系设计，并且为了提高塑料模具钢硬度，加入V、Ni等价格昂贵元素，合金材料成本比较高。同时目前国内外生产预硬化塑料模具钢板的普遍制造方法依次包括：转炉、精炼、铸造、加热、轧制、冷却、缓冷和离线回火步骤。
因此，针对上述不足，探索在成分设计中，不添加Mo、V、Ni等价格昂贵元素，采用Nb强化，合金成本将明显下降；同时采用在线淬火工艺使钢板迅速冷却，形成致密均匀的贝氏体组织，省去下线缓冷工序，缩短生产流程，提高生产效率，产品满足预硬化塑料模具钢板技术要求，提供一种Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板及其生产方法将具有重要的社会效益和经济效益。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板及其生产方法。该发明化学成分设计合理，采用在线淬火工艺使钢板迅速冷却，形成致密均匀的贝氏体组织，满足预硬化塑料模具钢板硬度要求，省去了下线缓冷工序，缩短了生产流程，降低了合金成本，提高了生产效率，且产品性能优良。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板，所述Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.36～0.46%，Mn：1.10～1.90%，Si：0.18～0.48%，S≤0.025%，P≤0.015%，Cr：0.42～1.00%，Nb：0.02～0.04%，B：0.0005～0.0025%，Al：0.005～0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板厚度为15～130mm，硬度28～33HRC，整板硬度差≤3HR。
本发明还提供了一种Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的生产方法，所述生产方法包括转炉冶炼、精炼、连铸、加热、轧制、在线淬火和离线回火工序；所述加热工序，加热温度1180～1230℃；所述轧制工序，开轧温度950～1100℃，轧后在线淬火；所述在线淬火工序，轧制后钢板直接采用UFC冷却设备在线淬火，淬火开冷温度820～950℃，终冷温度≤150℃，冷却速率≥20℃/s；所述回火工序，回火温度350～650℃。
本发明所述加热工序，加热温度优选1190～1200℃，以防晶粒间失去塑性，形成过烧。
本发明所述轧制工序，开轧温度优选960～1000℃，适当的低温开轧有利于提高产品的表面质量，细化晶粒，改善产品性能。
本发明其特征在于，所述在线淬火工序，淬火开冷温度优选870～890℃，终冷温度≤140℃，冷却速率≥26℃/s，提高冷却速率有利于形成致密均匀的贝氏体组织，缩短生产流程。
本发明所述回火工序，回火温度优选360～550℃。
本发明Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板产品标准参考YB/T 107-2013；产品性能检测方法标准参考GB/T231.1。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明预硬化塑料模具钢板采用低合金成分体系设计，采用Nb强化，不添加Mo、V、Ni等价格昂贵元素，成本明显下降。2、本发明预硬化塑料模具钢板采用在线淬火+离线回火工艺，使钢板迅速冷却，形成致密均匀的贝氏体组织，省去了下线缓冷工序，缩短了生产流程，提高了生产效率，产品满足预硬化塑料模具钢板硬度要求，性能优良。
附图说明
图1为实施例1低成本预硬化塑料模具钢板金相组织图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的厚度为20mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的生产方法包括转炉冶炼、精炼、连铸、加热、轧制、在线淬火和离线回火工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：化学成分经转炉冶炼、精炼后浇铸成连铸坯；连铸坯加热温度为1190℃；
（2）轧制工序：开轧温度980℃，轧后在线淬火；
（3）在线淬火工序：轧制后钢板直接采用UFC冷却设备在线淬火，淬火开冷温度882℃，终冷温度80℃，冷却速率30℃/s；
（4）离线回火工序：回火温度450℃。
热处理后Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板硬度28.7～30.9HRC，平均硬度30.2HRC，整板硬度差≤2.2HRC，满足预硬化塑料模具钢技术要求；预硬化塑料模具钢板金相组织见图1，由图1可见其组织为贝氏体组织。（实施例2-8预硬化塑料模具钢板金相组织图与图1类似，故省略。）
实施例2
本实施例Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的的厚度为65mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的生产方法包括转炉冶炼、精炼、连铸、加热、轧制、在线淬火和离线回火工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：化学成分经转炉冶炼、精炼后浇铸成连铸坯；连铸坯加热温度为1197℃；
（2）轧制工序：开轧温度1000℃，轧后在线淬火；
（3）在线淬火工序：轧制后钢板直接采用UFC冷却设备在线淬火，淬火开冷温度890℃，终冷温度116℃，冷却速率28℃/s；
（4）离线回火工序：回火温度360℃。
热处理后Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板硬度31～33HRC，平均硬度32.3HRC，整板硬度差≤2.0HRC，满足预硬化塑料模具钢技术要求。
实施例3
本实施例Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的的厚度为30mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的生产方法包括转炉冶炼、精炼、连铸、加热、轧制、在线淬火和离线回火工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：化学成分经转炉冶炼、精炼后浇铸成连铸坯；连铸坯加热温度为1200℃；
（2）轧制工序：开轧温度1000℃，轧后在线淬火；
（3）在线淬火工序：轧制后钢板直接采用UFC冷却设备在线淬火，淬火开冷温度887℃，终冷温度123℃，冷却速率26℃/s；
（4）离线回火工序：回火温度510℃。
热处理后Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板硬度30.3～32.9HRC，平均硬度31.6HRC，整板硬度差≤2.6HRC，满足预硬化塑料模具钢技术要求。
实施例4
本实施例Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的厚度为50mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的生产方法包括转炉冶炼、精炼、连铸、加热、轧制、在线淬火和离线回火工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：化学成分经转炉冶炼、精炼后浇铸成连铸坯；连铸坯加热温度为1193℃；
（2）轧制工序：开轧温度994℃，轧后在线淬火；
（3）在线淬火工序：轧制后钢板直接采用UFC冷却设备在线淬火，淬火开冷温度876℃，终冷温度138℃，冷却速率28℃/s；
（4）离线回火工序：回火温度380℃。
热处理后Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板硬度29.2～31.1HRC，平均硬度29.7HRC，整板硬度差≤1.9HRC，满足预硬化塑料模具钢技术要求。
实施例5
本实施例Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的厚度为80mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的生产方法包括转炉冶炼、精炼、连铸、加热、轧制、在线淬火和离线回火工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：化学成分经转炉冶炼、精炼后浇铸成连铸坯；连铸坯加热温度为1198℃；
（2）轧制工序：开轧温度969℃，轧后在线淬火；
（3）在线淬火工序：轧制后钢板直接采用UFC冷却设备在线淬火，淬火开冷温度880℃，终冷温度72℃，冷却速率31℃/s；
（4）离线回火工序：回火温度420℃。
热处理后Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板硬度31.5～33HRC，平均硬度32.6HRC，整板硬度差≤1.5HRC，满足预硬化塑料模具钢技术要求。
实施例6
本实施例Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的厚度为100mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的生产方法包括转炉冶炼、精炼、连铸、加热、轧制、在线淬火和离线回火工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：化学成分经转炉冶炼、精炼后浇铸成连铸坯；连铸坯加热温度为1195℃；
（2）轧制工序：开轧温度960℃，轧后在线淬火；
（3）在线淬火工序：轧制后钢板直接采用UFC冷却设备在线淬火，淬火开冷温度870℃，终冷温度140℃，冷却速率27℃/s；
（4）离线回火工序：回火温度550℃。
热处理后Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板硬度30.9～32.5HRC，平均硬度31.8HRC，整板硬度差≤1.6HRC，满足预硬化塑料模具钢技术要求。
实施例7
本实施例Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的厚度为15mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的生产方法包括转炉冶炼、精炼、连铸、加热、轧制、在线淬火和离线回火工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：化学成分经转炉冶炼、精炼后浇铸成连铸坯；连铸坯加热温度为1180℃；
（2）轧制工序：开轧温度950℃，轧后在线淬火；
（3）在线淬火工序：轧制后钢板直接采用UFC冷却设备在线淬火，淬火开冷温度820℃，终冷温度100℃，冷却速率30℃/s；
（4）离线回火工序：回火温度350℃。
热处理后Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板硬度28～30.9HRC，平均硬度29HRC，整板硬度差≤2.9HRC，满足预硬化塑料模具钢技术要求。
实施例8
本实施例Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的厚度为130mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。
Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的生产方法包括转炉冶炼、精炼、连铸、加热、轧制、在线淬火和离线回火工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）加热工序：化学成分经转炉冶炼、精炼后浇铸成连铸坯；连铸坯加热温度为1230℃；
（2）轧制工序：开轧温度1100℃，轧后在线淬火；
（3）在线淬火工序：轧制后钢板直接采用UFC冷却设备在线淬火，淬火开冷温度950℃，终冷温度150℃，冷却速率20℃/s；
（4）离线回火工序：回火温度650℃。
热处理后Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板硬度30～33HRC，平均硬度31.1HRC，整板硬度差≤3.0HRC，满足预硬化塑料模具钢技术要求。
实施例1-8中Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的化学成分组成
及其质量百分含量（%）
表1中成分余量为Fe和不可避免的杂质。
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 (6)
1.一种Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板，其特征在于，所述Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.36～0.45%，Mn：1.10～1.90%，Si：0.20～0.48%，S≤0.025%，P≤0.015%，Cr：0.42～0.85%，Nb：0.02～0.04%，B：0.0008～0.0025%，Al：0.005～0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述钢板由下述方法生产：包括转炉冶炼、精炼、连铸、加热、轧制、在线淬火和离线回火工序；所述加热工序，加热温度1180～1230℃；所述轧制工序，开轧温度950～1100℃，轧后在线淬火；所述在线淬火工序，轧制后钢板直接采用UFC冷却设备在线淬火，淬火开冷温度820～950℃，终冷温度≤150℃，冷却速率≥20℃/s；所述回火工序，回火温度350～650℃，所述Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板厚度为15～130mm，硬度28～33HRC，整板硬度差≤3HR。
2.基于权利要求1所述的一种Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括转炉冶炼、精炼、连铸、加热、轧制、在线淬火和离线回火工序；所述加热工序，加热温度1180～1230℃；所述轧制工序，开轧温度950～1100℃，轧后在线淬火；所述在线淬火工序，轧制后钢板直接采用UFC冷却设备在线淬火，淬火开冷温度820～950℃，终冷温度≤150℃，冷却速率≥20℃/s；所述回火工序，回火温度350～650℃。
3.根据权利要求2所述的一种Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述加热工序，加热温度1190～1200℃。
4.根据权利要求3所述的一种Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述轧制工序，开轧温度960～1000℃。
5.根据权利要求4所述的一种Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述在线淬火工序，淬火开冷温度870～890℃，终冷温度≤140℃，冷却速率≥26℃/s。
6.根据权利要求5所述的一种Nb强化的低成本预硬化塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述回火工序，回火温度360～550℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Denomination of invention: A low-cost pre hardening plastic mold steel plate reinforced with Nb and its production method Granted publication date: 20201103 Pledgee: Bank of Cangzhou Limited by Share Ltd. Yutian branch Pledgor: TANGSHAN HEAVY PLATE CO.,LTD.|TANGSHAN IRON&STEEL GROUP Co.,Ltd.|HBIS COMPANY LIMITED TANGSHAN BRANCH Registration number: Y2024980001649 |