CN112375987A - 一种加氮耐腐蚀塑料模具钢及其制造方法 - Google Patents

一种加氮耐腐蚀塑料模具钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种加氮耐腐蚀塑料模具钢，其化学成分质量百分比含量为：C：0.26‑0.35%，Si：0.25‑0.40%，Mn：0.70‑1.20%，Ni：0.40‑0.60%，Cr：15.5～17.00%，Mo:0.80‑1.20%，P≤0.020%，S≤0.010%，N：0.05‑0.15%,余量为Fe,其制造方法为电炉冶炼、真空精炼、吹氮气、铸锭，钢锭脱模后热送加热或切冒口后电渣；加热至1200±10℃保温10～15小时后剁掉冒口，镦粗至H,镦粗比控制在2.0‑2.3；整体镦拔至H1=(0.6～0.7)D；整体镦拔至H2=(0.6～0.7)L；且H2最终锻造为模块的厚度尺寸,预留20‑25%变形量，保温1.5小时后一火次锻造至所需尺寸；锻后先风冷至400～450℃，升温至850～880℃，保温20～30小时后出炉风冷至200～250℃并在此温度进行过冷保温，再升温至750～780℃进行球化处理，生产出具有高耐腐蚀性能和高抛光性能的模具钢材料。

Description

一种加氮耐腐蚀塑料模具钢及其制造方法
技术领域
本发明属于塑料模具钢技术领域，尤其涉及一种具有高耐腐蚀性能和高抛光性能的加氮耐腐蚀塑料模具钢及其制造方法。
背景技术
塑料模具是塑料成型加工工业的重要装备材料，需求量大，且品种规格多，在模具钢中占较大比例。塑料模具钢一般要求具有一定的强度、硬度、耐磨性和耐蚀性，同时也要求具有良好的切削加工性能、抛光性能、蚀刻加工性能等。如汽车零部件车灯罩、仪表盘、光学仪器镜头、家用电器外壳、PVC日用塑料等塑料制品，其材质为阻燃性ABS、聚氯乙烯、氟塑料等，会分解出氯化氢、氟化氢、二氧化硫等腐蚀性气体，对模具有一定的腐蚀性，因此要求此类产品的模具材料应具有耐腐蚀性能。常规4Cr16Mo的化学成分为C：0.33-0.43%，Mn：0.30-1.00%，Si：0.30-1.00%，S≤0.030%，P≤0.030%，Cr：15.00-17.00%，Ni：0.10-1.00%，Mo：1.00-1.30%。该成分材料易形成高温铁素体，降低材料的耐腐蚀性能和抛光性能；同时由于C、Cr含量较高，易形成碳化物液析，影响抛光性，必须通过高温扩散进行消除。而长时间的高温扩散又会导致高温铁素体的形成，所以生产控制难度大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种消除或降低高温铁素体及碳化物液析对材料耐腐蚀性能和抛光性能的影响，可以通过加入气体N和降低C来实现的耐腐蚀塑料模具钢及其制造方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种加氮耐腐蚀塑料模具钢，该模具钢包括的化学成分质量百分比为C：0.26-0.35%，Si：0.25-0.40%，Mn：0.70-1.20%，Ni：0.40-0.60%，Cr：15.5～17.00%，Mo:0.80-1.20%，P≤0.020%，S≤0.010%，N：0.05-0.15%,余量为Fe。
一种加氮耐腐蚀塑料模具钢的制备方法，该方法按照以下步骤进行：
步骤1）、冶炼：采用电炉冶炼、真空精炼、吹氮气、铸锭，钢锭脱模后热送加热或切冒口后电渣；
步骤2）、锻造：将钢锭或电渣锭在450～500℃预热，以≤50℃/h的加热速度加热到850±10℃，保温4小时，快速升温至的1200±10℃，保温10～15小时后先剁掉冒口，先将钢锭或电渣锭进行镦粗至高度为H,镦粗后钢锭或电渣锭直径为D，镦粗比控制在2.0～2.3；然后进行整体镦拔至H1=(0.6～0.7) D，再进行整体镦拔至H2=(0.6～0.7)L，L为镦拔至H1时尺寸D展宽后尺寸；且H2最终锻造为模块的厚度尺寸，厚度尺寸在成品尺寸的基础上预留20-25%的变形量，保温1.5小时后，一次拔长至所需要的尺寸，终锻温度控制在850℃以上；
步骤3）、锻后热处理：锻后风冷至400～450℃，然后升温至850～880℃，保温20～30小时后出炉风冷至200～250℃，并在此温度进行过冷保温，然后再升温至750～780℃进行球化处理，然后再以≤30℃/h的冷却速度冷却至500℃后出炉空冷到室温。
本发明的技术方案产生的积极效果如下：本发明是常规4Cr16Mo的化学成分在基础上，降低C含量至0.26-0.35%，同时增加气体N至N：0.05-0.15%，实现了该材料对高温铁素体及碳化物液析的析出控制，同时合理的变形方式和锻后热处理制度，保证了材料的致密程度和良好组织，使本发明能够提供一种具有高耐腐蚀性能和高抛光性能的模具钢材料。如果原材料经过电渣重熔后再锻造至所需要的模具钢，则材料的耐腐蚀性和抛光性能更佳。
附图说明
图1为本发明的锻造过程中的镦粗比控制在2.0-2.3的镦粗变形图。
图2为本发明的锻造过程中镦粗后第一次平板整体镦拔变形图。
图3为本发明的锻造过程中镦粗后第二次平板整体镦拔变形图。
图4没有加氮降碳时锻后球化组织金相图，有高温铁素体及碳化物液析析出；左图白块为高温铁素体，右图白色点状或条状的为碳化物液析。
图5为本发明加氮降碳时锻后球化组织金相图，无高温铁素及碳化物液析体析出。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步阐述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1：一种加氮耐腐蚀塑料模具钢，其化学成分质量百分为：C：0.27%，Si：0.35%，Mn：0.90%，Ni：0.52%，Cr：16.50%，Mo：1.00%，P：0.017%，S：0.002%，N：0.09%,余量为Fe及其它不可避免的杂质。
按照上述化学成分配比，该加氮耐腐蚀塑料模具钢的制备方法如下：采用电炉冶炼、真空精炼、吹氮气、铸锭，9吨钢锭脱模后热送加热炉加热。将钢锭在450～500℃预热待料，然后以≤50℃/h的加热速度加热到850±10℃，保温4小时，然后再快速升温至的1200±10℃，保温12小时后先剁掉冒口，然后按图1镦粗至H=850mm，D=1250mm；按图2整体镦拔至H1=800mm，L=1558mm；再按图3整体镦拔至H2=950mm,且H2最终锻造为模块的厚度尺寸。厚度尺寸在成品尺寸的基础上预留20-25%的变形量，保温1.5小时后，一次拔长至所需要的尺寸265×1010mm（厚×宽）。终锻温度控制在875℃；
锻后风冷至440℃，然后升温至850～880℃保温24小时后出炉风冷至235℃并在200～250℃进行过冷保温，然后再升温至750～780℃进行球化处理，然后再以≤30℃/h的冷却速度冷却至500℃后出炉空冷到室温。
锻后理化检测，无高温铁素体及碳化物液析析出，超声波探伤满足SEP1921标准中E/e级要求。
实施例2：一种加氮耐腐蚀塑料模具钢，其化学成分质量百分为：C：0.28%，Si：0.33%，Mn：0.88%，Ni：0.55%，Cr：16.12%，Mo：0.94%，P：0.015%，S：0.003%，N：0.08%,余量为Fe及其它不可避免的杂质。
按照上述化学成分配比，该加氮耐腐蚀塑料模具钢的制备方法如下：采用电炉冶炼、真空精炼、吹氮气、铸锭，7吨钢锭脱模后热送加热炉加热。将钢锭在450～500℃预热待料，然后以≤50℃/h的加热速度加热到850±10℃保温4小时，然后再快速升温至的1200±10℃，保温10小时后先剁掉冒口，然后按图1镦粗至H=800mm，D=1200mm；按图2整体镦拔至H1=800mm，L=1484mm；再按图3整体镦拔至H2=950mm,且H2最终锻造为模块的厚度尺寸。厚度尺寸在成品尺寸的基础上预留20-25%的变形量，保温1.5小时后，一次拔长至所需要的尺寸205×1010mm（厚×宽）。终锻温度控制在868℃；
锻后风冷至435℃，然后升温至850～880℃保温20小时后出炉风冷至242℃并在200～250℃进行过冷保温，然后再升温至750～780℃进行球化处理，然后再以≤30℃/h的冷却速度冷却至500℃后出炉空冷到室温。
锻后理化检测，无高温铁素体及碳化物液析析出，超声波探伤满足SEP1921标准中E/e级要求。
实施例3：一种加氮耐腐蚀塑料模具钢，其化学成分质量百分为：C：0.28%，Si：0.33%，Mn：0.88%，Ni：0.55%，Cr：16.12%，Mo：0.94%，P：0.015%，S：0.003%，N：0.08%,余量为Fe及其它不可避免的杂质。
按照上述化学成分配比，该加氮耐腐蚀塑料模具钢的制备方法如下：采用电炉冶炼、真空精炼、吹氮气、铸锭，12吨钢锭脱模后热送加热炉加热。将钢锭在450～500℃预热待料，然后以≤50℃/h的加热速度加热到850±10℃保温4小时，然后再快速升温至的1200±10℃，保温12小时后先剁掉冒口，然后按图1镦粗至H=850mm，D=1400mm；按图2整体镦拔至H1=850mm，L=1733mm；再按图3整体镦拔至H2=1100mm,且H2最终锻造为模块的厚度尺寸。厚度尺寸在成品尺寸的基础上预留20-25%的变形量，保温1.5小时后，一次拔长至所需要的尺寸305×1010mm（厚×宽）。终锻温度控制在868℃；
锻后风冷至445℃，然后升温至850～880℃保温28小时后出炉风冷至237℃并在200～250℃进行过冷保温，然后再升温至750～780℃进行球化处理，然后再以≤30℃/h的冷却速度冷却至500℃后出炉空冷到室温。
锻后理化检测，无高温铁素体及碳化物液析析出，超声波探伤满足SEP1921标准中E/e级要求。

Claims (2)

1.一种加氮耐腐蚀塑料模具钢，其特征在于：该模具钢包括的化学成分质量百分比为C：0.26-0.35%，Si：0.25-0.40%，Mn：0.70-1.20%，Ni：0.40-0.60%，Cr：15.5～17.00%，Mo:0.80-1.20%，P≤0.020%，S≤0.010%，N：0.05-0.15%,余量为Fe。
2.一种如权利要求1所述的一种加氮耐腐蚀塑料模具钢的制备方法，其特征在于：该方法按照以下步骤进行：
步骤1）、冶炼：采用电炉冶炼、真空精炼、吹氮气、铸锭，钢锭脱模后热送加热或切冒口后电渣；
步骤2）、锻造：将钢锭或电渣锭在450～500℃预热，以≤50℃/h的加热速度加热到850±10℃，保温4小时，快速升温至的1200±10℃，保温10～15小时后先剁掉冒口，先将钢锭或电渣锭进行镦粗至高度为H,镦粗后钢锭或电渣锭直径为D，镦粗比控制在2.0～2.3；然后进行整体镦拔至H1=(0.6～0.7) D，再进行整体镦拔至H2=(0.6～0.7)L，L为镦拔至H1时尺寸D展宽后尺寸；且H2最终锻造为模块的厚度尺寸，厚度尺寸在成品尺寸的基础上预留20-25%的变形量，保温1.5小时后，一次拔长至所需要的尺寸，终锻温度控制在850℃以上；
步骤3）、锻后热处理：锻后风冷至400～450℃，然后升温至850～880℃，保温20～30小时后出炉风冷至200～250℃，并在此温度进行过冷保温，然后再升温至750～780℃进行球化处理，然后再以≤30℃/h的冷却速度冷却至500℃后出炉空冷到室温。
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