CN111549280B - 一种塑料模具钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种塑料模具钢及其制备方法，塑料模具钢包括C：0.32‑0.49％，Si：0.44‑0.83％，Cr：3.40‑4.25％，Nb：0.07‑0.14％，Mn：1.32‑2.42％，N：0.02‑0.05％，Ti：2.35‑3.86％，P：0.02‑0.06％，S≤0.015％，本发明制备的塑料模具钢具有较好的表面硬度和中心硬度，与市售2Cr13型钢相比，其中表心硬度差全部在1以下，其中，实性能最优的塑料模具钢，其表面硬度为47.0HRC，中心硬度为46.8HRC，表心硬度差仅为0.2，腐蚀速率为57.4g·m‑2·h‑1，由此可见，本发明制备的塑料模具钢具有良好的淬透性和耐腐蚀性，对于模具生产企业具有重大意义。

Description

一种塑料模具钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种模具钢材，特别是一种塑料模具钢及其制备技术领域。
背景技术
塑料模具钢选用原则是根据所成型塑料的种类、制品的形状、尺寸精度、制品的外观质量及使用要求、生产批量大小等，兼顾材料的切削、抛光、焊接、蚀纹、变形、耐磨等各项性能，同时考虑经济性以及模具的制造条件和加工方法，以选用不同类型的钢材。
对于成型透明塑料制品的模具，其型腔和型芯均需选用高镜面抛光性能的高档进口钢材；非透明件一般应选用硬度和强度较高的中档进口钢材，模具中的一般结构用件，如顶出定位圈、立柱、顶出限位块、限位拉杆、锁模块等，对硬度和耐磨性无特别要求，可选用国产SM45模具钢，正火状态，硬度160-200HB，不需再进行热处理。
而对于成型含氟、氯等有腐蚀性的塑料和各类添加阻燃剂塑料的模具，要求一般的可选用国产的耐蚀钢，若制品要求较高，可选用进口的耐蚀钢，但是进口的耐腐蚀钢价格昂贵，成本较高，长期依赖进口耐蚀钢，造成塑料模具钢的价格也随之不断攀升。
因此，必须在现有的塑料模具钢的基础上进行改进，提供国产的优质耐蚀钢，对于模具生产企业具有重大意义。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种塑料模具钢及其制备方法。
具体技术方案是：
一种塑料模具钢，以质量百分比计，具有如下组分：
C：0.32-0.49％，Si：0.44-0.83％，Cr：3.40-4.25％，Nb：0.07-0.14％，Mn：1.32-2.42％，N：0.02-0.05％，Ti：2.35-3.86％，P：0.02-0.06％，S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
优选的，C为0.40％，Si为0.64％，Cr为3.75％，Nb为0.09％，Mn为2.04％，N为0.03％，Ti为3.27％，P为0.04％，S≤0.015％。
进一步的，本发明提供一种塑料模具钢的制备方法，具体步骤如下：
(1)冶炼：按塑料模具钢所含组分的质量百分比进行配料，冶炼时采用真空感应冶炼的方式冶炼钢水，然后浇铸制成钢锭；
(2)锻造：锻造时加热的温度为1350-1500℃，然后随炉冷却至室温，获得锻后钢锭；
(3)正火处理：正火处理时的正火温度为800-900℃，时间1-3h，获得正火钢锭；
(4)淬火处理：将正火钢锭直接进行淬火处理，先加热至1000℃保温2-3h，然后水冷至室温，获得淬火钢锭；
(5)回火处理：将淬火钢锭进行回火处理，先在360-400℃保温3-5h，然后出炉空冷至室温，制成塑料模具钢。
优选的，锻造时加热的温度为1480℃。
优选的，正火处理时的正火温度为850℃，时间2.5h。
优选的，淬火处理时，先加热至1000℃保温2h。
优选的，回火处理时，先在395℃保温4h。
本发明获得的有益效果：
(1)本发明实施例一至实施例五制备的塑料模具钢具有较好的表面硬度和中心硬度，与市售2Cr13型钢相比，其中表心硬度差全部在1以下，远远低于市售2Cr13型钢的表心硬度差。
(2)本发明中，实施例三的提供的塑料模具钢，其表面硬度为47.0HRC，中心硬度为46.8HRC，表心硬度差仅为0.2，腐蚀速率为57.4g·m-2·h-1，该实施例制备的塑料模具钢具有良好的淬透性和耐腐蚀性。
(3)本发明在现有塑料模具钢的基础上进行改进，在配方中加入了2.35-3.86％的Ti和0.07-0.14％的Nb，就能使钢中的碳首先与钛或铌形成碳化物，而不与铬形成碳化物，从而保证晶界附近不致因贫铬而产生晶间腐蚀，进一步提高了塑料模具钢的耐腐蚀性。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例一：
一种塑料模具钢，以质量百分比计，具有如下组分：C：0.32％，Si：0.44％，Cr：3.40％，Nb：0.07％，Mn：1.32％，N：0.02％，Ti：2.35％，P：0.02％，S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
本实施例中，塑料模具钢制备方法，具体步骤如下：按塑料模具钢所含组分的质量百分比进行配料，冶炼时采用真空感应冶炼的方式冶炼钢水，然后浇铸制成钢锭；锻造时加热的温度为1350℃，然后随炉冷却至室温，获得锻后钢锭；正火处理时的正火温度为800℃，时间1h，获得正火钢锭；将正火钢锭直接进行淬火处理，先加热至1000℃保温2h，然后水冷至室温，获得淬火钢锭；将淬火钢锭进行回火处理，先在360℃保温3h，然后出炉空冷至室温，制成塑料模具钢。
实施例二：
一种塑料模具钢，以质量百分比计，具有如下组分：C：0.37％，Si：0.64％，Cr：3.86％，Nb：0.09％，Mn：1.44％，N：0.04％，Ti：2.77％，P：0.05％，S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
本实施例中，塑料模具钢制备方法，具体步骤如下：按塑料模具钢所含组分的质量百分比进行配料，冶炼时采用真空感应冶炼的方式冶炼钢水，然后浇铸制成钢锭；锻造时加热的温度为1400℃，然后随炉冷却至室温，获得锻后钢锭；正火处理时的正火温度为830℃，时间1.5h，获得正火钢锭；将正火钢锭直接进行淬火处理，先加热至1000℃保温2.5h，然后水冷至室温，获得淬火钢锭；将淬火钢锭进行回火处理，先在380℃保温4h，然后出炉空冷至室温，制成塑料模具钢。
实施例三：
一种塑料模具钢，以质量百分比计，具有如下组分：C为0.40％，Si为0.64％，Cr为3.75％，Nb为0.09％，Mn为2.04％，N为0.03％，Ti为3.27％，P为0.04％，S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
本实施例中，塑料模具钢制备方法，具体步骤如下：按塑料模具钢所含组分的质量百分比进行配料，冶炼时采用真空感应冶炼的方式冶炼钢水，然后浇铸制成钢锭；锻造时加热的温度为1480℃，然后随炉冷却至室温，获得锻后钢锭；正火处理时的正火温度为850℃，时间2.5h，获得正火钢锭；将正火钢锭直接进行淬火处理，先加热至1000℃保温2h，然后水冷至室温，获得淬火钢锭；将淬火钢锭进行回火处理，先在395℃保温4h，然后出炉空冷至室温，制成塑料模具钢。
实施例四：
一种塑料模具钢，以质量百分比计，具有如下组分：C：0.42％，Si：0.79％，Cr：4.12％，Nb：0.13％，Mn：2.05％，N：0.04％，Ti：3.47％，P：0.05％，S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
本实施例中，塑料模具钢制备方法，具体步骤如下：按塑料模具钢所含组分的质量百分比进行配料，冶炼时采用真空感应冶炼的方式冶炼钢水，然后浇铸制成钢锭；锻造时加热的温度为1470℃，然后随炉冷却至室温，获得锻后钢锭；正火处理时的正火温度为890℃，时间3h，获得正火钢锭；将正火钢锭直接进行淬火处理，先加热至1000℃保温3h，然后水冷至室温，获得淬火钢锭；将淬火钢锭进行回火处理，先在385℃保温4h，然后出炉空冷至室温，制成塑料模具钢。
实施例五：
一种塑料模具钢，以质量百分比计，具有如下组分：C：0.49％，Si：0.83％，Cr：4.25％，Nb：0.14％，Mn：2.42％，N：0.05％，Ti：3.86％，P：0.06％，S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
本实施例中，塑料模具钢制备方法，具体步骤如下：按塑料模具钢所含组分的质量百分比进行配料，冶炼时采用真空感应冶炼的方式冶炼钢水，然后浇铸制成钢锭；锻造时加热的温度为1500℃，然后随炉冷却至室温，获得锻后钢锭；正火处理时的正火温度为900℃，时间3h，获得正火钢锭；将正火钢锭直接进行淬火处理，先加热至1000℃保温3h，然后水冷至室温，获得淬火钢锭；将淬火钢锭进行回火处理，先在400℃保温5h，然后出炉空冷至室温，制成塑料模具钢。
实施例六：
将实施例制备的塑料模具钢与现有市场上的模具钢进行硬度测试和抗腐蚀性测试，结果参见表1。
硬度测试：用HRS-150型洛氏硬度计测量各模块的表面硬度和中心硬度，再通过表心硬度差来表征淬透性，差异越小，淬透性越好。
抗腐蚀性测试：将各个模具钢切割取小样，分别置于腐蚀液中(10％FeCl3+0.05mol/LHCl)，在35℃温度下浸泡24h后，测量其质量损失，再通过与腐蚀面积及时间的比值，计算腐蚀速率并判断本发明实施例和对比例的抗腐蚀性。
表1：各实施例塑料模具钢与市售2Cr13型钢测试结果
Figure BDA0002496451740000071
由表1可知，与市售2Cr13型钢相比，本发明实施例一至实施例五制备的塑料模具钢具有较好的表面硬度和中心硬度，其中表心硬度差全部在1以下，远远低于市售2Cr13型钢的表心硬度差。
本发明中，性能最优良的是实施例三的提供的塑料模具钢，其表面硬度为47.0HRC，中心硬度为46.8HRC，表心硬度差仅为0.2，腐蚀速率为57.4g·m-2·h-1，由此可见，该实施例制备的塑料模具钢具有良好的淬透性和耐腐蚀性。
本发明在现有塑料模具钢的基础上进行改进，在配方中加入了2.35-3.86％的Ti和0.07-0.14％的Nb，就能使钢中的碳首先与钛或铌形成碳化物，而不与铬形成碳化物，从而保证晶界附近不致因贫铬而产生晶间腐蚀，进一步提高了塑料模具钢的耐腐蚀性。

Claims (6)

1.一种塑料模具钢，其特征在于：以质量百分比计，具有如下组分，C为0.40％，Si为0.64％，Cr为3.75％，Nb为0.09％，Mn为2.04％，N为0.03％，Ti为3.27％，P为0.04％，S≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
2.一种如权利要求1所述的塑料模具钢的制备方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：
(1)冶炼：按塑料模具钢所含组分的质量百分比进行配料，冶炼时采用真空感应冶炼的方式冶炼钢水，然后浇铸制成钢锭；
(2)锻造：锻造时加热的温度为1350-1500℃，然后随炉冷却至室温，获得锻后钢锭；
(3)正火处理：正火处理时的正火温度为800-900℃，时间1-3h，获得正火钢锭；
(4)淬火处理：将正火钢锭直接进行淬火处理，先加热至1000℃保温2-3h，然后水冷至室温，获得淬火钢锭；
(5)回火处理：将淬火钢锭进行回火处理，先在360-400℃保温3-5h，然后出炉空冷至室温，制成塑料模具钢。
3.根据权利要求2所述的一种塑料模具钢的制备方法，其特征在于：所述锻造时加热的温度为1480℃。
4.根据权利要求2所述的一种塑料模具钢的制备方法，其特征在于：所述正火处理时的正火温度为850℃，时间2.5h。
5.根据权利要求2所述的一种塑料模具钢的制备方法，其特征在于：所述淬火处理时，先加热至1000℃保温2h。
6.根据权利要求2所述的一种塑料模具钢的制备方法，其特征在于：所述回火处理时，先在395℃保温4h。
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