CN110527922A - 一种自回火全贝氏体组织塑料模具钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自回火全贝氏体组织塑料模具钢及其制备方法，涉及钢铁技术领域，其成分质量百分比为：C：0.20‑0.35%，Si：0.25‑0.45%，Mn：0.50‑0.8%，Cr：1.4‑2.0%，Mo：0.15‑0.25%，Ti：0.020‑0.035%，B：0.0015‑0.0030%，Alt：0.02‑0.04%，S：≤0.003%，P：≤0.015%，H：≤0.0003%，N：≤0.005%，余量为Fe和不可避免杂质。本发明未添加Ni和Zr等贵重合金元素，通过优化成分设计，合理控制Si、Mn、Cr、Alt等合金元素的加入量，从而使各元素相互配合协同作用，最终得到了一种强度和韧性等力学性能优良的塑料模具钢，有效地降低了生产成本，具有很好的经济性。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁技术领域，尤其是一种自回火全贝氏体组织塑料模具钢及其制备方法。
背景技术
随着塑料制品在工业及日常生活中的推广应用，塑料模具工业对模具钢的需求也越来越大。在塑料成型加工中，模具的质量对产品质量的保证作用是不言而喻的。塑料模具已向精密化、大型化和多腔化的方向发展，对塑料模具钢的性能的要求越来越高。传统的调质塑料模具钢由于要经过淬火和回火处理，内部会产生很大的内应力，而对于截面较大的塑料模具钢来说，这种内应力的影响是相当巨大的，而非调质塑料模具钢由于其相对较小的内应力，受到更为广泛的关注。
申请号为201210419491.4的中国专利公开了一种低碳免回火全贝氏体组织塑料模具钢及其制备方法，其成分质量百分比为：C：0.10-0.20%，Si：0.25-0.45%，Mn：1.20-1.70%；Ni：0.40-0.65%，Cr：1.8-2.2%，Mo：0.15-0.25%，Ti：0.02-0.035%，B：0.0020-0.0030%，Zr：0.01-0.03%，S：≤0.01%，P：≤0.01%，O：≤0.01%，N≤0.005%，余量为Fe和不可避免杂质。该发明的有点在于：实现了塑料模具钢的非调质处理，且不需要进行冷却后的高温回火处理，较少了工序，降低了成本，缩短生产周期。
但是该方案存在如下不足：其一，该方案虽然不需要高温回火处理，但是添加了Ni和Zr等贵重合金元素，同时采用了低C成分设计，因此塑料模具钢的制造成本仍然较高；其二，该方案仅适用于单坯模铸生产厚度规格为500mm-800mm的钢板，生产效率低，而不适用于规模化的工业化连铸方式生产，存在一定的局限性。
发明内容
本发明提供一种自回火全贝氏体组织塑料模具钢及其制备方法，其主要目的在于解决上述问题。
本发明采用如下技术方案：
一种自回火全贝氏体组织塑料模具钢，其成分质量百分比为：C：0.20-0.35%，Si：0.25-0.45%，Mn：0.50-0.8%，Cr：1.4-2.0%，Mo：0.15-0.25%，Ti：0.020-0.035%，B：0.0015-0.0030%，Alt：0.02-0.04%，S：≤0.003%，P：≤0.015%，H：≤0.0003%，N：≤0.005%，余量为Fe。
一种如上述的自回火全贝氏体组织塑料模具钢的制备方法，包括如下步骤：
（1）按预定成分冶炼，连铸成钢坯；
（2）将钢坯经加热炉加热后，在轧机上进行热轧，开轧温度≥1080℃，采用热轧大压下模式，单道次压下量≥10%，终轧温度800-900℃。
（3）将热轧后的钢板空冷至表面350-500℃，并堆垛缓冷48小时，后续无需再进行回火热处理，即可获得全贝氏体组织的钢板。
进一步，上述钢板的厚度为20-60mm。
进一步，上述钢板的硬度范围为30-35HRC。
进一步，各钢板之间的硬度波动范围低于2HRC。
进一步，所述轧机为3000mm宽中厚板轧机。
本发明成分的设计理由如下：
C：C是提高钢的硬度和耐磨性的主要元素，固溶强化效果显著，是保证非调质状态下能够达到预硬型塑料模具钢所能达到硬度的必不可少的元素，但C含量过高则降低贝氏体转变温度，不利于贝氏体的形成。综合考虑，本发明C含量选择范围为0.20-0.35%。
Si：Si具有较好的脱氧效果，在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，能够有效抑制碳化物的析出，但过高则降低钢的焊接性能和焊接性能。综合考虑，本发明Si含量选择范围为0.25-0.45%%。
Mn：Mn可强烈推迟珠光体转变，有利于贝氏体形成，但含量过高可使得晶粒粗化，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。并且Mn含量增加虽然可提淬透性，但易偏析，不利于钢的组织均匀性。综合考虑，本发明Mn含量选择范围为0.50-0.8%。
Cr：Cr是强烈推迟珠光体和铁素体转变元素，有利于贝氏体形成并提高强度，铬碳化物是最细小的一种，它可均匀地分布在钢体积中，所以具有高的强度、硬度、屈服点和高的耐磨性。Cr可降低脱碳作用。但同时降低塑性和韧性，Cr含量过高也会容易降低贝氏体转变温度。综合考虑，本发明Cr含量选择范围为1.4-2.0%。
Mo： Mo可强烈抑制珠光体转变，可降低钢的过热倾向性，提高强度和硬度，并细化晶粒，提高韧性，使锻造加工容易。同时，Mo是铁素体形成元素，当Mo含量较多时就易出现铁素体δ相或其它脆性相而使韧性降低。综合考虑，本发明Mo含量选择范围为0.15-0.25%。
Ti：Ti主要作为固N元素加入，同时也起到脱氧的作用，以便提高有效硼的含量。综合考虑。本发明Ti含量选择范围为0.020-0.035%。
B：微量的B可明显提高钢的淬透性，强烈推迟铁素体转变，对中低碳钢最为有效，但B含量超过0.0035%时，其催淬透性的作用开始降低，且容易引起脆性。综合考虑，本发明B含量选择范围为0.0015-0.0030%。
Alt：钢中Al的加入则会形成酸溶铝（Als）和酸不溶铝，而Als包括固溶铝和AlN，弥散的AlN粒子能阻止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒。本发明Alt含量的选择范围为0.02-0.04%。
P、S：有助于切削加工性能的改善。如果含量过多会导致严重偏析，影响钢的均质性及纯净度，综合考虑，本发明中P≤0.015%，S≤0.003%。
H：适量的H元素可促进脱碳，但是H含量过高会导致钢材后续氢致延迟开裂现象，综合考虑，本发明中H≤0.0003%。
N：N可提高钢的表面硬度和耐磨性，但是N含量过高会与合金元素行程氮化物，从而降低合金元素的作用，综合考虑，本发明中N≤0.005%。
和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于：
1、本发明未添加Ni和Zr等贵重合金元素，通过优化成分设计，合理控制Si、Mn、Cr、Alt等合金元素的加入量，从而使各元素相互配合协同作用，最终得到了一种强度和韧性等力学性能优良的塑料模具钢，有效地降低了生产成本，具有很好的经济性。
2、本发明可实现塑料模具钢的非调质处理，且不需要进行冷却后的高温回火处理，减少了工序，降低了成本，缩短生产周期，并且制备方法简单，可操作性强，具有成本低、板形好和性能稳定等优点，可适用于大型工业的批量式生产。
附图说明
图1为实施例一中钢板表层的贝氏体组织照片。
图2为实施例一中钢板心部的贝氏体组织照片。
图3为实施例二中钢板表层的贝氏体组织照片。
图4为实施例二中钢板心部的贝氏体组织照片。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。为了全面理解本发明，下面描述到许多细节，但对于本领域技术人员来说，无需这些细节也可实现本发明。
实施例一：
本实施例的全贝氏体组织塑料模具钢按质量百分比计的设计成分为：C：0.27%，Si：0.43%，Mn：0.79%，Cr：1.62%，Mo：0.19%，Ti：0.025%，B：0.0017%，Alt：0.032%，S：0.0017%，P：0.0013%，H：0.00024%，N：0.004%，其余为Fe和不可避免杂质。
按以上成分采用转炉冶炼，连铸成220*1600mm钢坯，并在加热炉进行加热，加热温度1220℃；采用热轧工艺进行轧制，开轧温度1120℃，单道次压下量12%，钢板的厚度为31mm，终轧温度880℃；将热轧后的钢板空冷至表面350℃后，堆垛缓冷48小时以上，最终硬度范围32-34HRC的钢板，显微组织为全贝氏体组织，详见图1和图2所示。
实施例二：
本实施例的全贝氏体组织塑料模具钢按质量百分比计的设计成分为：C：0.29%，Si：0.44%，Mn：0.79%，Cr：1.64%，Mo：0.20%，Ti：0.020%，B：0.0017%，Alt：0.035%，S：0.001%，P：0.0015%，H：0.00021%，N：0.0032%，其余为Fe和不可避免杂质。
按以上成分采用转炉冶炼，连铸成220*1600mm钢坯，并在加热炉进行加热，加热温度1240℃；采用热轧工艺进行轧制，开轧温度1180℃，单道次压下量11%，钢板的厚度为46mm，终轧温度860℃；将热轧后的钢板空冷至表面温度为450℃后，堆垛缓冷48小时以上，最终硬度范围30-32HRC的钢板，显微组织为全贝氏体组织，详见图3和图4所示。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (6)
1.一种自回火全贝氏体组织塑料模具钢，其特征在于：其成分质量百分比为：C：0.20-0.35%，Si：0.25-0.45%，Mn：0.50-0.8%，Cr：1.4-2.0%，Mo：0.15-0.25%，Ti：0.020-0.035%，B：0.0015-0.0030%，Alt：0.02-0.04%，S：≤0.003%，P：≤0.015%，H：≤0.0003%，N：≤0.005%，余量为Fe和不可避免杂质。
2.一种如权利要求1所述的自回火全贝氏体组织塑料模具钢的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）按预定成分冶炼，连铸成钢坯；
（2）将钢坯经加热炉加热后，在轧机上进行热轧，开轧温度≥1080℃，采用热轧大压下模式，单道次压下量≥10%，终轧温度800-900℃。
（3）将热轧后的钢板空冷至表面350-500℃，并堆垛缓冷48小时，后续无需再进行回火热处理，即可获得全贝氏体组织的钢板。
3.如权利要求2所述的一种自回火全贝氏体组织塑料模具钢的制备方法，其特征在于：所述钢板的厚度为20-60mm。
4.如权利要求2所述的一种自回火全贝氏体组织塑料模具钢的制备方法，其特征在于：所述钢板的硬度范围为30-35HRC。
5.如权利要求2所述的一种自回火全贝氏体组织塑料模具钢的制备方法，其特征在于：各钢板之间的硬度波动范围低于2HRC。
6.如权利要求2所述的一种自回火全贝氏体组织塑料模具钢的制备方法，其特征在于：所述轧机为3000mm宽中厚板轧机。
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