CN114807747A - 一种塑料模具用9840合金钢板及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种塑料模具用9840合金钢板及其制造方法，所述模具钢板化学成分组成及其质量百分含量为C：0.3～0.43％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.70～0.90％，Cr：0.70～0.90％，Mo：0.20～0.30％，Ni：0.85～1.15％，P：≤0.015％，S≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质。所述制造方法如下：采用连铸板坯轧制钢板，钢板进行正火，正火出炉后采用水雾加速冷却，最后进行回火热处理。本发明生产的8‑40mm厚9840钢板硬度260‑310HBW，板型良好，易切割加工。而且本发明的生产工艺可代替钢板油/水淬+回火工艺，有效降低了生产成本，减少环境污染，是一种节能环保型制造方法。

Description

一种塑料模具用9840合金钢板及其生产方法
技术领域
本发明属于钢板制造技术领域，具体涉及一种塑料模具用9840合金结构钢板及其制造方法。
背景技术
为了应对模具制造和塑料工业的挑战，制造商对塑料模具用钢板要求越来越高，期望钢板表面平整、硬度高、抛光性好、蚀纹性好以及优良的淬透性。
当前国内最常用的塑料模具用合金钢板为AISI4140/42CrMo，该材料具有成本优势，但硬度偏低，淬透性一般，抛光性不能满足高端用户要求。专利公告号CN108165888一种退火态交货的4140塑料模具钢板及其生产方法，其发明的钢板硬度≤230HB，不适用于抛光性要求高的塑料模具。
对于提高4140钢板硬度方式，一般方法是采用调质交货，但该方法使用油淬，大型钢板生产厂不具备条件，而且该方法生产环境差，工件表面存在油污。如果使用水淬方法钢板又容易开裂。
发明申请公开号201811595815.3公开了一种新型塑料模具钢的制备方法，该钢种大幅提高贵重合金Mo、Ni含量，增加合金元素V，改善钢板硬度同时大幅提高了合金成本。
鉴于这种情况，开发淬透性好、硬度高、生产工艺经济环保的塑料模具用合金钢板将有广阔的市场前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种淬透性良好、硬度高，经济环保的8-40mm厚塑料模具用9840合金结构钢板，通过合理的钢板成分设计，采用正火后水雾冷却+回火热处理工艺实现。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种塑料模具用9840合金结构钢板，所述钢板的化学成分按重量百分比计为：C：0.30～0.43％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.70～0.90％，Cr：0.70～0.90％，Mo：0.20～0.30％，Ni：0.85～1.15％，P：≤0.015％，S≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明塑料模具用9840合金结构钢板中的化学成分作用及其含量选择理由具体说明如下:
C：碳是一种保证钢板硬度而且较经济的元素，但是适当的碳含量有助于提高钢的硬度，但是过高的含碳量则会降低钢板韧性，且连铸时易偏析，不利于材料的后续加工。本发明控制碳含量为0.30～0.40％，提高钢板的硬度，同时范围连铸时成分内部质量易于控制。
Mn：锰是固溶强化元素，延迟高温铁素体相变的发生，可以提高材料的淬透性。但是过高的锰易产生偏析，造成轧后难以消除的带状。本发明锰含量控制为0.70～0.90％。
Cr：铬是提高钢淬透性的元素，可以提高钢的强度和硬度。另外，适当的铬含量能够抑制珠光体和多边形铁素体的形成，促进贝氏体或马氏体的转变。本发明将其含量控制在0.70～0.90％。
Mo：钼可以显著提高钢的淬透性和强度，可以细化钢种晶粒。钼还可以增加钢材的回火抗力，与铬和锰元素复合使用，可以降低回火脆性，但Mo属于贵重合金，需控制钢板合金成本。本发明Mo含量控制在0.20～0.30％。
Ni：镍是钢中的强化元素，可以提高钢强度和淬透性，同时对钢韧性损害较小。但镍元素成本高，适量添加0.85～1.15％。
本发明成分设计的效果在于：通过Cr、Mo、Ni等合金元素提高钢板淬透性及钢板强度，提高钢板回火稳定性，扩大钢板热处理工艺窗口。
本发明同时提供了一种塑料模具用9840钢板制造方法，所述方法包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、真空脱气、板坯连铸、控制轧制、正火水雾冷却、回火热处理工序，所述正火水雾冷却工序钢板在连续式辊底式炉正火后，在出炉口进行水雾冷却，冷却速度控制在1-1.5℃/s，冷却至350-400℃，然后空冷至室温。
本发明所述炼钢冶炼工序，铁水必须经脱硫预处理，然后进入氧气转炉进行冶炼。经炉外精炼和真空脱气后，钢水氢含量＜1.0ppm，S含量＜0.005％。
本发明所述连铸工序全程采取无氧化保护浇注，连铸过热度不超过25℃，采用动态轻压下技术改善铸坯中心偏析和中心疏松，最终连铸成厚度150-370mm的连铸板坯。
本发明的8-40mm厚针塑料模具用9840合金结构钢板对连铸板坯提出要求，连铸坯低倍质量要求到达：中心偏析C类不大于1.0级，中心疏松不大于0.5级，无中心裂纹、角裂纹、三角区裂纹。
本发明所述控制轧制工序采用双机架轧制，将连铸坯加热到1150～1250℃，使合金元素充分扩散，改善钢板元素偏析。终轧温度控制在880-920℃，轧后在冷床上空冷至300-400℃下线堆缓冷。
本发明所述热处理工序包括正火+回火热处理，采用连续式辊底式炉将钢板加热至850℃，保温2-3.75min/mm，出炉后立即进行水雾冷却，冷却速度控制在1-1.5℃/s，冷却至350-400℃，然后空冷至室温。正火钢板进行高温回火，钢板加热至660-680℃，保温4-4.5min/mm，出炉空冷至室温。目的在于水雾冷却速度高于空冷低于淬火，在保证钢板硬度和强度的同时避免淬火裂纹。该工艺方法降低了水淬或油淬过程中的物介质消耗，减少了环境污染。
本发明所述9840合金钢板淬透性好、硬度高，合金成分适当；采用正火水雾冷却代替淬火，节能环保。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明通过添加适量的Cr、Mo、Ni等合金元素提高钢板淬透性及钢板强度，提高钢板回火稳定性，扩大钢板热处理工艺窗口。
2)本发明采用正火+水雾冷却钢板制造工艺，该工艺代替油/水淬法，降低了水淬或油淬过程中的物介质消耗，减少了环境污染。
具体实施方式
下面结合实例对本发明内容作进一步说明。
实施例1：
本实施例的化学成分按质量百分比计为：C：0.40％，Si：0.25％，Mn：0.80％，P：0.010％，S：0.001％，Cr：0.80％，Mo：0.25％，Ni：0.98％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。具体生产过程如下：
(1)高炉铁水经三脱预处理及氧气转炉冶炼后，采用专用的精炼渣进行炉外精炼，有效降低钢水中S等有害元素。然后进行25min真空处理，钢包软吹氩20min，将钢水中H的含量降低至0.8ppm，钢包上连铸台前表面覆盖碳化稻壳保温，防钢液裸露二次氧化。
(2)连铸过程中全程无氧化保护浇注，连铸过程中浇注过热度控制在10-25℃，采用动态轻压下技术改善铸坯中心偏析和中心疏松。最终连铸成厚150mm的连铸坯。连铸坯低倍中心偏析C0.5，中心疏松0.5，无其它缺陷。
(3)将连铸坯装入辊底式步进炉加热，均热段温度1200～1250℃，最高加热温度不能超过1250℃；总加热时间≥1*H min/mm，H为坯料厚度，单位mm，其中均热时间是控制在3～5小时；将符合加热工艺的坯料出炉。
(4)设定开轧温度为950～1050℃，终轧温度为880～920℃，轧制成10mm厚钢板，然后经矫直机矫直，在冷床上空冷至室温。
(5)钢板及时进行正火，加热至850℃，保温3.5min/mm，出炉后立即进行水雾冷却，冷却速度控制在1-1.5℃/s，冷却至350-400℃，然后空冷至室温。然后正火钢板进行高回火，加热至680℃，保温4.5min/mm，出炉空冷至室温。
实施例2：
本实施例的化学成分按质量百分比计为：C：0.39％，Si：0.25％，Mn：0.80％，P：0.010％，S：0.001％，Cr：0.80％，Mo：0.24％，Ni：0.99％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。具体生产过程如下：
(1)高炉铁水经三脱预处理及氧气转炉冶炼后，采用专用的精炼渣进行炉外精炼，有效降低钢水中S等有害元素。然后进行30min真空处理，将钢水中H的含量降低至0.8ppm，钢包上连铸台前表面覆盖碳化稻壳保温，防钢液裸露二次氧化。
(2)连铸过程中全程无氧化保护浇注，连铸过程中浇注过热度控制在10-25℃，采用动态轻压下技术改善铸坯中心偏析和中心疏松。最终连铸成厚370mm的连铸坯。连铸坯低倍中心偏析C0.5，中心疏松0.5，无其它缺陷。
(3)将连铸坯装入辊底式步进炉加热，均热段温度1200～1250℃，最高加热温度不能超过1250℃；总加热时间≥1*H min/mm，H为坯料厚度，单位mm，其中均热时间是控制在3～5小时；将符合加热工艺的坯料出炉。
(4)设定开轧温度为950～1050℃，终轧温度为880～920℃，轧制成38mm厚钢板，然后经矫直机矫直，在冷床上空冷至室温。
(5)钢板及时进行正火，加热至850℃，保温2min/mm，出炉后立即进行水雾冷却，冷却速度控制在1-1.5℃/s，冷却至350-400℃，然后空冷至室温。然后正火钢板进行高回火，加热至660℃，保温4min/mm，出炉空冷至室温。
本次对比例为相同成分9840钢板采用淬火+回火工艺生产，淬火后钢板端部发现裂纹，回火过程中开裂。
表1实施例与对比例检测结果
Figure BDA0003568234940000051
尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种塑料模具用9840合金结构钢板，其特征在于：所述钢板的化学成分按重量百分比计为：C：0.30～0.43％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.70～0.90％，Cr：0.70～0.90％，Mo：0.20～0.30％，Ni：0.85～1.15％，P：≤0.015％，S≤0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种塑料模具用9840合金结构钢板，其特征在于：所述钢板厚度8-40mm，硬度260-310HBW。
3.一种如权利要求1所述的塑料模具用9840合金结构钢板的生产方法，其特征在于：所述方法包括铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、真空脱气、板坯连铸、控制轧制、正火水雾冷却、回火热处理工序，所述正火水雾冷却工序钢板在连续式辊底式炉正火后，在出炉口进行水雾冷却，冷却速度控制在1-1.5℃/s，冷却至350-400℃，然后空冷至室温。
4.根据权利要求3所述的一种塑料模具用9840合金结构钢板的生产方法，其特征在于：在炼钢冶炼工序，铁水必须经脱硫预处理，然后进入氧气转炉进行冶炼。经炉外精炼和真空脱气后，钢水氢含量＜1.0ppm，S含量＜0.005％。
5.根据权利要求3所述的一种塑料模具用9840合金结构钢板的生产方法，其特征在于：板坯连铸工序全程采取无氧化保护浇注，连铸过热度不超过10-25℃，采用动态轻压下技术改善铸坯中心偏析和中心疏松，最终连铸成厚度150-370mm的连铸板坯。
6.根据权利要求5所述的一种塑料模具用9840合金结构钢板的生产方法，其特征在于：连铸坯低倍质量要求到达：中心偏析C类不大于1.0级，中心疏松不大于0.5级，无中心裂纹、角裂纹、三角区裂纹。
7.根据权利要求3所述的一种塑料模具用9840合金结构钢板的生产方法，其特征在于：所述控制轧制工序采用双机架轧制，将连铸坯加热到1150～1250℃，开轧温度为950～1050℃，终轧温度控制在880-920℃，轧后在冷床上空冷至300-400℃下线堆缓冷。
8.根据权利要求7所述的一种塑料模具用9840合金结构钢板的生产方法，其特征在于：将连铸坯装入辊底式步进炉加热，均热段温度1200～1250℃，最高加热温度不能超过1250℃；总加热时间≥1*H min/mm，H为坯料厚度，单位mm，其中均热时间是控制在3～5小时。
9.根据权利要求3所述的一种塑料模具用9840合金结构钢板的生产方法，其特征在于：所述热处理工序包括正火+回火热处理，采用连续式辊底式炉将钢板加热至850℃，保温2-3.75min/mm，出炉后立即进行水雾冷却，冷却速度控制在1-1.5℃/s，冷却至350-400℃，然后空冷至室温；正火钢板进行高温回火，钢板加热至660-680℃，保温4-4.5min/mm，出炉空冷至室温。
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