CN114875334B - 一种预硬型镜面塑料模具钢及其冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种预硬型镜面塑料模具钢及其冶炼方法，所述模具钢是由下述质量百分比含量的元素组成：C：0.20‑0.25%、Si：0.50‑0.70%、Mn：1.80‑2.00%、S≤0.005、P≤0.015、Cr：3.0‑5.0%、Mo：0.30‑0.50%、Ni：0.01‑0.03%、Al≤0.01、N≤0.005、B：00008‑0.0015%，其余为Fe和不可避免杂质，同时上述化学成分还必须满足公式：（1）B=0.043%+0.625S‑0.128C‑0.0031Cr‑0.0036Mo；（2）Al=‑0.034%‑0.167C+5.69S+0.696Ti+9.87N；其冶炼方法包括KR脱硫—130t转炉—LF—RH—板坯连铸—铸坯缓冷；本发明制得的塑料模具特厚钢板的洛氏硬度HRC28‑34，最大截面硬度差≤3HRC，满足预硬化高镜面塑料模具制作要求。

Description

一种预硬型镜面塑料模具钢及其冶炼方法
技术领域
本发明涉及塑料模具钢技术领域，特别是一种预硬型镜面塑料模具钢及其冶炼方法。
背景技术
塑料成型加工是塑料工业的重要组成部分，只有通过成型才能使塑料变成具有使用价值的制品。随着塑料工业的发展，对透明塑件和外观光亮件需求的迅速增加，对注射模型腔表面粗糙度值的要求越来越高，镜面性能就成为评价塑料模具钢工艺性能的一项重要指标。模具制造过程分为模具设计、模具选材、材料铣削、模具粗加工、模具精加工、线切割、电火花等，最后一道加工工序——抛光。抛光加工可去除残余在模具零件表面的磨削痕、刀具痕、放电痕，以及放电加工表面白质层，改善表面粗糙度，达到模具表面镜面要求。高镜面模具除了增加工件的美观外，还能够改善模具型腔表面的耐腐蚀性、耐磨性，使塑胶制品易于脱模，减少注射成型周期，因而模具钢的高镜面性能是塑料模具用钢的一项具有重要意义的工艺性能指标。
相关研究发现，模具钢的良好镜面抛光性主要取决于钢的组织致密性、硬度均匀性、纯净度、夹杂物形态等因素，模具钢材内部不允许有DS类大颗粒夹杂物的存在。高品质模具就是在模具钢具有优良冶金质量的基础上，再结合各种先进的抛光工艺，制作成高镜面模具。因此，在镜面塑料模具用钢方面，除要求钢材截面方向硬度均匀性外，还要控制夹杂物类型及尺寸大小。也就是说，在保证模具钢使用性能的基础上，提升冶金质量显得尤为重要。钢质纯净度高，钢材内部的各种夹杂物和气孔少，能提高材料的抛光效果。
预硬化是指钢厂通过热处理达到模具使用时的硬度要求，这样，形状复杂、精密的大中型塑料模具在制作完成后不再需要热处理，避免模具在热处理过程中产生变形和开裂，从而保证模具的制造精度。
严格控制冶金工艺可提高钢质纯净度高，减少钢材内部的气体和夹杂物，能提高模具钢材的镜面性能。但各种冶金工艺都服从于最终的使用性能，满足最终使用要求的综合性能才具有实用意义，设计恰当的化学成分是综合解决预硬化镜面塑料模具钢源头。根据Ni含量的不同，我国预硬化镜面塑料模具钢可分为低Ni和高Ni两大系列，本案采用的方案为低Ni型。
预硬化镜面塑料模具钢是小众产品，现有技术中的相关报道比较少。
申请号200810060480.5的中国专利申请公开了一种淬硬型易切削镜面塑料模具钢，是一种兼具淬硬性、易切削性、镜面抛光和耐蚀性的新型塑料模具钢，采用的化学成分（重量百分比，%）C：0.30-0.70、Si≤1.0、Mn≤0.90、Cr：7.0-11.5、Cu≤1.0、Ni≤2.5、B：0.30-0.75、S≤0.10、P≤0.04，其余为Fe和不可避免杂质。采用的生产工艺为电炉—模铸—锻打开坯—退火—二次锻打—球化退火—调质热处理，典型金相组织为马氏体基体和少量共晶B化物，钢材的硬度为56-58HRC，铣削表面质量达到Ra≤0.20μm。该方案合金成本高，含Cr：7.0-11.5%、Ni≤2.5，工艺流程长，模铸、锻打开坯将带来成材率不高，多次热处理，既增加工艺成本，还导致烧损增加。
申请号201110175031.7的中国专利申请公开了一种镜面塑料模具钢的生产工艺，化学成分（重量百分比，%）为C：0.26-0.42、Si：0.30-0.50、Mn：1.40-2.10、Cr：1.40-2.10、Mo：0.20-0.50、Ni：0.80-1.30、S≤0.012、P≤0.015，其余为Fe和不可避免杂质。其生产工艺为电炉冶炼—VD精炼—电渣浇注后，钢锭加热温度不超过1240℃，始锻温度1050-1100℃，终锻温度≧920℃，锻后空冷至750-830℃，再砂冷72h，对钢板进行回火处理，处理温度为550-600℃，得到的塑料模具钢，组织性能均匀，截面硬度范围HB350-380，加工性能尤其是切割性能良好。该方案采用电渣浇注，对设备、操作人员技能要求高，锻造成形对装备技术要求高、砂冷72h工艺时间长，所得镜面塑料模具钢切割性能好，但没有介绍加工后的表面粗糙度的实绩。
申请号200810048359.0的中国专利申请公开了“一种耐腐蚀高镜面塑料挤压模具钢”，采用的化学成分为（重量百分比，%）C：0.18-0.26、Si：0.80-1.20、Mn：0.20-0.40、Cr：13.0-15.0、Mo：1.85-2.50、Ni≤0.60、Cu：0.80-1.20、V：0.07-0.15、N≤0.0070、S≤0.008、P≤0.015，其余为Fe和不可避免杂质。其生产工艺为：电炉-VD-电渣重熔-高温退火—锻造（轧制）成钢棒-QT或T处理。该发明属于中碳马氏体不锈钢，通过回火析出大量弥散碳化物产生高的二次硬度和高温强度，还具有较好的抗氧化性能、热强性和机械加工性能。只对化学成分提出了权利要求，对性能也没有做出介绍。
申请号CN201810833317.1 中国专利申请公开了一种耐腐蚀镜面模具钢及其制备方法，镜面模具钢的成分为（重量百分比，%）C：0.35-0.45、Si：0.35-0.55、Mn：0.40-0.70、Cr：12.0-15.0、Mo：0.08-0.20、Ni：0.10-0.30、W：0.08-0.30、V：0.10-0.30、Ti：0.01-0.05、S≤0.012、P≤0.020，其余为Fe和不可避免杂质。其生产工艺为电炉冶炼，氩气保护浇注VD炉精炼，再经电渣重熔，退火-锻造-退火，再进行调质热处理，淬火加热至1120-1200℃，加热时间12-20h，再于500-590℃回火，时间为5-20h；淬火后的冷却过程中，还采用了喷雾冷却、喷水冷却及吹风冷却的综合方式，所得模具钢的硬度范围为HRC45-50。该方案为解决已有技术需要添加稀土和大量合金元素而提出，但添加了Ni、Mo、W、V等贵重元素，增加了生产成本；采用电渣重熔、锻造等工艺路线，又大大增加了生产成本，且成材率低；淬火后交替采用雾冷、水冷及风冷，对冷却装备和操作水平要求高，生产周期长。
申请号201010501576.8的中国专利申请公开了一种镜面塑料模具钢的冶炼方法，冶炼的镜面塑料模具钢成分为（重量百分比，%）C：0.06-0.16、Si≤0.40、Mn：1.40-1.70、Cr≤0.30、Mo：0.20-0.40、Ni：2.90-3.40、Cu：0.80-1.00、Al：0.70-1.30、N≤0.0070、S≤0.030、P≤0.030，其余为Fe和不可避免杂质。其生产工艺采用EBT电炉-LF（脱氧、造渣-调成分-喂Al线）-VD，EBT电炉出钢后，在LF炉采用铝粉与铝丸脱氧、造渣，在LF炉优先调整Cu、C、Mn、Mo、Ni元素，采用大氩气搅拌操作，待这些元素均匀后，然后喂Al线调整Al含量，Al含量调整完毕后，减弱氩气搅拌；在VD炉进行真空处理，为避免Al分层问题，仍然采用小氩气搅拌，待温度达到要求后，开出VD工位浇钢。该方案只对冶炼方法提出了权利要求，详细介绍了技术方案，没有介绍加工后的模具表面粗糙度情况。
可见，上述镜面塑料模具钢都严格限定了S、P杂质含量，仅单个发明案例对[N]含量作出了限定。钢中气体和一些微量元素形成的化合物，如果发生聚集，或以高熔点化合物为核心形成微米级尺寸的复合夹杂物，就会对镜面塑料模具钢铣削后的表面质量产生影响。
因此，要控制钢中夹杂物的类型和尺寸大小，除设计出恰当的化学成分是外，合理的冶金技术，冶炼时的脱氧工艺，良好的去除夹杂环境，是必不可少的手段。
预硬化高镜面塑料模具钢，首先应截面硬度均匀，即使钢中化学元素C、Mn、Cr、Mo、Ni、B等设计合理，但钢中夹杂物及气体含量高，会严重影响模具钢材的镜面性能。其次，钢水在连铸凝固过程中，受到静压力影响，部分被熔断的树枝晶沉积到外弧侧，阻碍外弧侧柱状晶生长，导致外弧侧柱状晶短、等轴晶厚，而内弧侧的冷却水在连铸坯表面停留时间长，冷却强度大，促使柱状晶持续生长，导致内弧侧柱状晶长、等轴晶薄，连铸坯上下部分不均匀。且连铸二冷配水、动态轻压下设计不合理，会加剧连铸坯中心偏析，尤其是Mn含量高的钢种。最终导致连铸坯轧制后，钢板心部与表面硬度差过大，无法满足品质预硬化镜面塑料模具钢的使用需求，因此，在设计出恰当的化学成分后，如何进一步优化冶金工艺，也是生产出产品质量更优的预硬型模具钢非常关键的一环。
发明内容
本发明的目的就是提供一种预硬型镜面塑料模具钢及其冶炼方法，通过提供设计合理的化学成分，配合合理的脱氧工艺，将钢中夹杂物控制在较低水平；通过精细化的连铸冷却、动态轻压下工艺，将连铸坯的中心偏析控制在C1.0以内，内外弧铸态组织均匀，高效低成本生产预硬化镜面塑料模具钢。
本发明的一种预硬型镜面塑料模具钢，所述模具钢是由下述质量百分比含量的元素组成：C：0.20-0.25%、Si：0.50-0.70%、Mn：1.80-2.00%、S≤0.005、P≤0.015、Cr：3.0-5.0%、Mo：0.30-0.50%、Ni：0.01-0.03%、Al≤0.01、N≤0.005、B：00008-0.0015%，其余为Fe和不可避免杂质，同时上述化学成分还必须满足公式：
（1） B=0.043%+0.625S-0.128C-0.0031Cr-0.0036Mo；
（2） Al=-0.034%-0.167C+5.69S+0.696Ti+ 9.87N。
本发明的一种预硬型镜面塑料模具钢的冶炼方法，包括：KR脱硫—130t转炉—LF—RH—板坯连铸—铸坯缓冷，具体实施步骤如下：
（1）KR脱硫
铁水入站温度≥1350℃，扒除表面渣1/2后根据铁水原S情况加入适量脱硫剂搅拌脱硫，出站要求：铁水S≤0.010%，扒渣面积≥3/4，铁水温度≥1280℃；
（2）转炉冶炼
冶炼终点时控制C：0.10-0.15%，P≤0.008%，出钢温度：T=1560-1600℃，采用滑板挡渣；
（3）LF炉精炼
钢包到站后，喂铝线将Al含量控制在0.010%-0.020%，防止测温和取样时爆吹，造成二次氧化；采用石灰+复合脱氧剂快速造白渣，白渣保持时间≥10min，终渣成分CaO：50%-60%、SiO2＜10%、Al2O325%-30%、MgO＜8%、（MnO+FeO）＜1%，以保证高脱硫率和吸收Al2O3夹杂的能力；LF结束时将钢中控制Al含量≤0.010%，S含量≤0.003%，其他元素均按照目标成分进行控制；
所述复合脱氧剂含有下述质量百分含量的成分：Al：25.0-35.0%，Al2O3：30.0-45.0%，MgO：5.0-10.0%，CaO≤5.0，SiO2≤7.0，C≤5.0，H2O≤1.5；
（4）RH真空炉
RH炉不允许调整成分，真空度达到67Pa后，保持时间≥15min，确保钢水中N含量≤50ppm，O含量≤18ppm，H含量≤1.5ppm；
（5）连铸
采用强冷二冷配水模式，同时结合直弧形铸机的特点，从弯曲段到水平段的内外弧二冷水配比合理分配，保证冷却均匀性；直弧形铸机共计16个扇形段，1-6段为弧形段内外弧水比1:1.4，7-8段为弯曲段内外弧水比1:1.6，9-16段为水平段内外弧水比1:2；设定矫直温度为890℃；电磁搅拌电流为450A，频率为6Hz；控制中包钢水过热度10-25℃，选用碱性覆盖剂充分吸收中间包上浮的有害夹杂物。
直弧形铸机的扇形段7-8段为矫直段为裂纹产生的敏感段，设计轻压下区间时将压下起始位置定在8段末端，终止点定在10段末，对应两相区压下区间为35%-100%，压下总量6mm，既避开了矫直段，又保证了压下效果。
所述复合脱氧剂的粒度要求5-50mm，小于5mm 比例不超过10%、大于50mm 比例不超过5%。
本发明的化学成分设计原理分析如下：
C、N同为间隙元素和强奥氏体形成元素，对提高淬透性、高温奥氏体稳定性和强度有一定的作用；细小的碳化物、氮化物是钢中主要的析出强化相，可以提高预硬化镜面塑料模具钢的硬度，对提高镜面性能有利。但过多的M（CN）会导致预硬化镜面塑料模具钢的时效硬度不均匀，根据预硬化镜面塑料模具钢服役硬度的要求（HRC28-34），C、N不易过高，因此本发明的C含量应控制在0.20-0.25%，N≤0.0050%
Si：在炼钢过程中用硅作为脱氧剂的工艺成熟，成本低廉；Si在钢中以固溶形态存在，能显著提高钢的强度和硬度，Si含量下限是0.50%；高Si含量会带来铸坯和钢板出现裂纹的风险，给生产组织带来较大不便，所以Si含量上限是0.70%。
Mn：固溶于铁素体和奥氏体中，扩大奥氏体区，降低钢冷却过程的相变点，提高钢的淬透性，显著提高钢的强度和硬度；Mn还能与钢中的S形成较高熔点的MnS，避免在晶界上形成FeS薄膜，消除钢的热脆性，所以Mn含量下限为1.80%；但Mn含量过高时，会降低铸坯的流动性，导致产生缩孔、气泡等内部质量缺陷，所以Mn含量上限为2.00%。
P：P是钢中的有害元素，增加钢的冷脆性，降低塑性，还会因偏聚到晶界而导致钢板出现冷裂纹，但降低P含量会增加生产成本，因此要求钢中含磷量≤0.015%。
S：S也是钢中的有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延性和韧性，使钢材产生各向异性，铁水脱S技术成熟而对生产成本影响不大，所以S含量上限是0.005%。
Cr：强铁素体形成元素和缩小奥氏体区的元素，一定含量的Cr，能使钢材在空冷条件下就能形成马氏体，从而提高钢材的强度和硬度；Cr能提高钢的淬透性，还能保证模具钢具有一定的耐蚀性能，对于厚钢板而言需添加一定量的Cr提高淬透性以弥补厚度带来的强度和硬度损失；Cr也是中等强度碳化物形成元素，在钢中可以形成碳化物以提高钢材的强度和硬度，但太高的Cr和Mn同时加入钢中，在轧钢过程中易形成表面裂纹，因此Cr含量限定为3.0-5.0%。
Mo：Mo在钢中形成M6C型化合物，以此增加Cr的固溶度，提高耐磨性；还可在回火后引起弥散硬化，有利于提高硬度和热稳定性，提高回火脆性温度，避免发生回火脆性
Ni：在钢中具有极强的稳定奥氏体、扩大奥氏体的能力，能提高钢材的韧性，改善模具的热疲劳性能，也能提高钢的淬透性；但过多的Ni增加了生产成本，我国的镜面模具钢根据Ni含量的不同可分为低镍和高镍两大系列，本案采用的方案为低Ni型，Ni含量控制在1.00-1.50%。
Ti：是一种强烈的碳化物和氮化物形成元素，其形成的化合物在铸坯加热时能阻止奥氏体晶粒长大，在轧制过程中应变诱导析出的微合金碳氮化物阻止形变奥氏体再结晶或阻止再结晶晶粒长大，在未再结晶区控制轧制，能提高组织的均匀性，获得较好的综合性能，0.010-0.030% 的Ti即能起到较好的作用。另外，Ti 对S 的亲和力比Mn高，在钢中形成Ti 的硫化物，产生固硫的作用，Ti的硫化物呈球形，降低夹杂物的危害。
Al：最为经济有效的脱氧元素，现代检测技术的发展，可以在炉前快速准确地测定氧含量，从而确定合适的Al添加量；多余的Al在钢中可能以氧化物（B类夹杂物）、硅酸盐（C类夹杂物）形式存在，极不利于模具钢的镜面性能，因此，Al含量的上限为≤0.010%。
B：是强烈提高钢的淬透性的元素，尤其是预硬化镜面塑料模具钢板居多，0.0008%的添加量是必不可少的。B的原子半径小，极易偏聚到晶界，使近邻区域位错密度增高，作为氢陷阱，从而诱发此处发生晶界开裂，所以B含量上限限定为0.0015%。
还限定B=0.043+0.625S-0.128C-0.0031Cr-0.0036Mo；
Al=-0.034-0.167C+5.69S+0.696Ti+ 9.87N；
理由如下：
C、Cr、Mo、Mn都是提高钢的淬透性的元素，是截面硬度均匀性的保障元素。因为预硬化镜面塑料模具钢以特厚板（厚度≥50mm）居多，在没有淬透性或淬透性元素不足的情况下，钢材冷却过程中，表面冷却快而心部冷却慢，导致表层和心部组织不均匀，从而带来截面方向硬度的不均匀，甚至出现表面硬度达到技术标准要求，而心部硬度低于技术标准要求，达不到预硬化镜面塑料模具钢的交货技术要求而不能发货，更不用说影响预硬化镜面塑料模具钢的使用效果，因此，预硬化镜面塑料模具钢中应添加一定量的提高钢的淬透性的元素C、Cr、Mo、Mn。B是强烈提高钢的淬透性的元素，如果仅靠B提高钢的淬透性，就需要添加较多的B元素，而如前所述， B元素极易偏聚到晶界，过多的B元素易诱发晶界开裂，因此，需发挥C、Cr、Mo、Mn提高钢的淬透性的作用，在保证钢材淬透性的基础上，限定B元素的添加量。钢中的Mn与S存在交互作用，在本公式中以S的含量体现其作用。
Ti是能提高组织的均匀性、获得较好的综合性能的元素。Ti在钢中与合金元素氧、氮、硫、碳的亲和力大小依次递减，并依次生成Ti2O3 或TiO2、TiN、Ti4C2S2、Ti(C,N)和TiC。钛的氧化物一般在冶炼过程中形成，颗粒较大，在钢中以夹杂物形式存在；钛的氮、碳和硫化物的颗粒相对较小，可以起到细化晶粒和析出强化的作用；由于Ti 对S 的亲和性比Mn高，在钢中形成Ti 的硫化物，产生固硫的作用，且Ti的硫化物呈球形，为刚性颗粒，降低析出或夹杂的危害，而MnS为可变形夹杂，在变形过程中会在变形方向上严重拉长，不利于钢材的性能。通过对C、S、Ti、N协同加入的限定，实质上是限定了Al的 含量，使其既能发挥经济有效的脱氧作用，也能避免多余的Al在钢中可能以氧化物、硅酸盐形式存在。
以下详述本发明冶炼工艺的参数控制理由：
本发明之所以需要LF精炼炉加入专用复合脱氧剂，是为了快速造白渣，在设定的精炼周期内，提高脱氧效率，让脱氧产物有充分的时间上浮，提高钢水的纯净度。
本发明之所以要求RH炉不允许微调成分，是因为每次微调成分（加合金）都是一个破空→抽真空的过程，不仅影响脱气效果，且导致真空周期延长，影响连铸稳态浇铸，这就要求LF精炼炉必须精确控制钢水成分。
本发明之所以需要连铸各扇形段内外弧采用不同的水比，是为了保证内外弧柱状晶生长均匀，内外弧组织对称。通过精确设置动态轻压下区间及压下量，大幅降低连铸坯中心偏析。
最终在轧制热处理后得到截面硬度均匀的预硬化镜面塑料模具钢，洛氏硬度HRC28-34，最大截面硬度差≤3HRC，夹杂物级别低，加工成型面表面粗糙度值Ra≤0.20μm。
本发明相对现有技术，具有如下优点：
本发明的目的是提供一种预硬化镜面塑料模具钢的冶炼方法，通过LF炉高效脱氧、去夹杂物，RH真空炉极致脱气、均匀化钢水成分，连铸采用精细化二冷配水、合理的动态轻压下区间及压下量，大幅度降低了钢中夹杂物及气体含量，且连铸坯上下部分组织均匀对称，将如此高合金含量的钢种连铸坯中心偏析控制在C1.0以内。达到内在质量和截面硬度均匀的统一，获得高品质预硬化镜面塑料模具钢。本发明塑料模具特厚钢板的洛氏硬度HRC28-34，最大截面硬度差≤3HRC，满足预硬化高镜面塑料模具制作要求。
附图说明
图1是本发明实施例2制备的预硬化镜面塑料模具钢连铸坯低倍评级图；
图2是本发明实施例2制得的预硬化镜面塑料模具钢放大至100um时钢中的夹杂物图。
具体实施方式
为了更好地解释本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明，下述实施例仅仅是示例性的说明本发明的技术方案，并不以任何形式限制本发明。
下表1为本发明各实施例化学成分质量百分比含量取值列表（wt%）；
下表2为本发明各实施例的主要工艺参数的取值列表；
下表3为本发明LF炉精炼时添加的复合脱氧剂成分含量列表（wt%）；
下表4本发明LF炉精炼过程终渣成分含量列表（wt%）；
下表5为本发明各实施例的低倍分析结果列表；
下表6为本发明各实施例的截面方向硬度及铣削表面质量和抛光效果。
本发明各实施例的一种预硬型镜面塑料模具钢的冶炼方法，包括：KR脱硫—130t转炉—LF—RH—板坯连铸—铸坯缓冷，具体实施步骤如下：
（1）KR脱硫
铁水入站温度≥1350℃，扒除表面渣1/2后根据铁水原S情况加入适量脱硫剂搅拌脱硫，出站要求：铁水S≤0.010%，扒渣面积≥3/4，铁水温度≥1280℃；
（2）转炉冶炼
冶炼终点时控制C：0.10-0.15%，P≤0.008%，出钢温度：T=1560-1600℃，采用滑板挡渣；
（3）LF炉精炼
钢包到站后，喂铝线将Al含量控制在0.010%-0.020%，防止测温和取样时爆吹，造成二次氧化；采用石灰+复合脱氧剂快速造白渣，白渣保持时间≥10min，终渣成分CaO：50%-60%、SiO2＜10%、Al2O325%-30%、MgO＜8%、（MnO+FeO）＜1%，以保证高脱硫率和吸收Al2O3夹杂的能力；LF结束时将钢中控制Al含量≤0.010%，S含量≤0.003%，其他元素均按照目标成分进行控制；
所述复合脱氧剂含有下述质量百分含量的成分：Al：25.0-35.0%，Al2O3：30.0-45.0%，MgO：5.0-10.0%，CaO≤5.0，SiO2≤7.0，C≤5.0，H2O≤1.5；
（4）RH真空炉
RH炉不允许调整成分，真空度达到67Pa后，保持时间≥15min，确保钢水中N含量≤50ppm，O含量≤18ppm，H含量≤1.5ppm；
（5）连铸
采用强冷二冷配水模式，同时结合直弧形铸机的特点，从弯曲段到水平段的内外弧二冷水配比合理分配，保证冷却均匀性；直弧形铸机共计16个扇形段，1-6段为弧形段内外弧水比1:1.4，7-8段为弯曲段内外弧水比1:1.6，9-16段为水平段内外弧水比1:2；设定矫直温度为890℃；电磁搅拌电流为450A，频率为6Hz；控制中包钢水过热度10-25℃，选用碱性覆盖剂充分吸收中间包上浮的有害夹杂物。
直弧形铸机的扇形段7-8段为矫直段为裂纹产生的敏感段，设计轻压下区间时将压下起始位置定在8段末端，终止点定在10段末，对应两相区压下区间为35%-100%，压下总量6mm，既避开了矫直段，又保证了压下效果。
所述复合脱氧剂的粒度要求5-50mm，小于5mm 比例不超过10%、大于50mm 比例不超过5%。
表1 本发明各实施例模具钢的化学成分（wt%）取值列表
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表2 本发明各实施例的主要工艺参数的取值列表
Figure 210659DEST_PATH_IMAGE002
表3 本发明LF炉精炼时添加的复合脱氧剂成分含量列表（wt%）
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表4 本发明LF炉精炼过程终渣成分含量列表（wt%）
Figure 924537DEST_PATH_IMAGE004
表5 本发明各实施例的低倍分析结果列表
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表6 本发明各实施例的截面方向硬度及铣削表面质量和抛光效果
Figure 251745DEST_PATH_IMAGE006
从上表5可以看出，5个实施例中心偏析均在C1.0以内，中心疏松0.5，无中间裂纹、三角区裂纹等缺陷，等轴晶率均在30%以上，低倍质量较好。从表6可以看出，就5个实施例的表面硬度和心部硬度而言，按照硬度测试的试验标准测得的六个HRC值，彼此之间相差很小。实施例1的六个HRC值中，最大值与最小值之间的差值仅为1.2HRC，实施例4的六个HRC值中，最大值与最小值之间的差值为2.9HRC，加工成型面表面粗糙度值Ra≤0.20μm，适合制作高品质预硬化镜面塑料模具。
图1是本发明实施例2制备的预硬化镜面塑料模具钢连铸坯低倍评级图，从图中可以看出，连铸坯低倍偏析情况较好，内外弧（上下部分）组织均匀对称；图2是本发明实施例2制得的预硬化镜面塑料模具钢放大至100um时钢中的夹杂物图，从图中可以看出，钢质非常纯净，在光学显微镜下，夹杂物非常少，说明优异的冶金质量，为本发明预硬化塑料模具钢的高镜面性能奠定了基础。
上述实施例仅仅是为解释本发明而例举的具体实例，并不以任何形式限制本发明，任何人根据上述作内容和形式做出的不偏离本发明权利要求保护范围的非实质性的改变，均应认为落入本发明权利要求的保护范围。本发明不局限于上述具体的实施实例。

Claims (7)

1.一种预硬型镜面塑料模具钢，其特征在于所述模具钢是由下述质量百分比含量的元素组成：C：0.21%、Si：0.55%、Mn：1.95%、P：0.009%、S：0.005%、Cr：4.6%、Mo：0.47%、Ni：1.33%、Ti：0.023%、Al：0.006%、N：0.0031%、B：0011%，其余为Fe和不可避免杂质；
上述预硬型镜面塑料模具钢的冶炼方法，包括：KR脱硫—130t转炉—LF—RH—板坯连铸—铸坯缓冷，具体实施步骤如下：
（1）KR脱硫
铁水入站温度1380℃，扒除表面渣1/2后根据铁水原S情况加入适量脱硫剂搅拌脱硫，出站要求：铁水S：0.006%，扒渣面积3/4，铁水温度：1352℃；
（2）转炉冶炼
冶炼终点时控制C：0.12%，P：0.006%，出钢温度：T=1569℃，采用滑板挡渣；
（3）LF炉精炼
钢包到站后，喂铝线将Al含量控制在0.015%，防止测温和取样时爆吹，造成二次氧化；采用石灰+复合脱氧剂快速造白渣，白渣保持时间12min，终渣成分CaO：55%、SiO2：8.8%、Al2O3：26.3%、MgO：3.2%、（MnO+FeO）：0.5%，以保证高脱硫率和吸收Al2O3夹杂的能力；LF结束时将钢中控制Al含量：0.006%，S含量：0.003%，其他元素均按照目标成分进行控制；
所述复合脱氧剂含有下述质量百分含量的成分：Al：26.1%，Al2O3：38.6%，MgO：6.5%，CaO：2.3%，SiO2：5.3%，C：3.2%，H2O：0.5%；
（4）RH真空炉
RH炉不允许调整成分，真空度达到67Pa后，保持时间15min，确保钢水中N含量：45ppm，O含量：17ppm，H含量0.5ppm；
（5）连铸
采用强冷二冷配水模式，同时结合直弧形铸机的特点，从弯曲段到水平段的内外弧二冷水配比合理分配，保证冷却均匀性；直弧形铸机共计16个扇形段，1-6段为弧形段内外弧水比1:1.4，7-8段为弯曲段内外弧水比1:1.6，9-16段为水平段内外弧水比1:2；设定矫直温度为890℃；电磁搅拌电流为450A，频率为6Hz；控制中包钢水过热度10-25℃，选用碱性覆盖剂充分吸收中间包上浮的有害夹杂物。
2.一种预硬型镜面塑料模具钢，其特征在于所述模具钢是由下述质量百分比含量的元素组成：C：0.24%、Si：0.67%、Mn：1.89%、P：0.015%、S：0.004%、Cr：3.4%、Mo：0.30%、Ni：1.00%、Ti：0.010%、Al：0.005%、N：0.0050%、B：0015%，其余为Fe和不可避免杂质；
上述预硬型镜面塑料模具钢的冶炼方法，包括：KR脱硫—130t转炉—LF—RH—板坯连铸—铸坯缓冷，具体实施步骤如下：
（1）KR脱硫
铁水入站温度1385℃，扒除表面渣1/2后根据铁水原S情况加入适量脱硫剂搅拌脱硫，出站要求：铁水S：0.005%，扒渣面积3/4，铁水温度：1358℃；
（2）转炉冶炼
冶炼终点时控制C：0.12%，P：0.006%，出钢温度：T=1571℃，采用滑板挡渣；
（3）LF炉精炼
钢包到站后，喂铝线将Al含量控制在0.014%，防止测温和取样时爆吹，造成二次氧化；采用石灰+复合脱氧剂快速造白渣，白渣保持时间11min，终渣成分CaO：58%、SiO2：8.6%、Al2O3：25.9%、MgO：3.6%、（MnO+FeO）：0.5%，以保证高脱硫率和吸收Al2O3夹杂的能力；LF结束时将钢中控制Al含量：0.005%，S含量：0.002%，其他元素均按照目标成分进行控制；
所述复合脱氧剂含有下述质量百分含量的成分：Al：26.2%，Al2O3：36.6%，MgO：7.2%，CaO：2.2%，SiO2：4.6%，C：2.6%，H2O：0.6%；
（4）RH真空炉
RH炉不允许调整成分，真空度达到67Pa后，保持时间15min，确保钢水中N含量：42ppm，O含量：15ppm，H含量0.5ppm；
（5）连铸
采用强冷二冷配水模式，同时结合直弧形铸机的特点，从弯曲段到水平段的内外弧二冷水配比合理分配，保证冷却均匀性；直弧形铸机共计16个扇形段，1-6段为弧形段内外弧水比1:1.4，7-8段为弯曲段内外弧水比1:1.6，9-16段为水平段内外弧水比1:2；设定矫直温度为890℃；电磁搅拌电流为450A，频率为6Hz；控制中包钢水过热度10-25℃，选用碱性覆盖剂充分吸收中间包上浮的有害夹杂物。
3.一种预硬型镜面塑料模具钢，其特征在于所述模具钢是由下述质量百分比含量的元素组成：C：0.20%、Si：0.70%、Mn：2.00%、P：0.011%、S：0.004%、Cr：5.0%、Mo：0.41%、Ni：1.50%、Ti：0.026%、Al：0.010%、N：0.0037%、B：0013%，其余为Fe和不可避免杂质；
上述预硬型镜面塑料模具钢的冶炼方法，包括：KR脱硫—130t转炉—LF—RH—板坯连铸—铸坯缓冷，具体实施步骤如下：
（1）KR脱硫
铁水入站温度1382℃，扒除表面渣1/2后根据铁水原S情况加入适量脱硫剂搅拌脱硫，出站要求：铁水S：0.004%，扒渣面积3/4，铁水温度：1360℃；
（2）转炉冶炼
冶炼终点时控制C：0.14%，P：0.005%，出钢温度：T=1572℃，采用滑板挡渣；
（3）LF炉精炼
钢包到站后，喂铝线将Al含量控制在0.018%，防止测温和取样时爆吹，造成二次氧化；采用石灰+复合脱氧剂快速造白渣，白渣保持时间11min，终渣成分CaO：58%、SiO2：8.5%、Al2O3：27.5%、MgO：3.1%、（MnO+FeO）：0.6%，以保证高脱硫率和吸收Al2O3夹杂的能力；LF结束时将钢中控制Al含量：0.004%，S含量：0.002%，其他元素均按照目标成分进行控制；
所述复合脱氧剂含有下述质量百分含量的成分：Al：27.1%，Al2O3：38.5%，MgO：7.3%，CaO：1.5%，SiO2：5.6%，C：2.4%，H2O：0.4%；
（4）RH真空炉
RH炉不允许调整成分，真空度达到67Pa后，保持时间16min，确保钢水中N含量：43ppm，O含量：16ppm，H含量0.5ppm；
（5）连铸
采用强冷二冷配水模式，同时结合直弧形铸机的特点，从弯曲段到水平段的内外弧二冷水配比合理分配，保证冷却均匀性；直弧形铸机共计16个扇形段，1-6段为弧形段内外弧水比1:1.4，7-8段为弯曲段内外弧水比1:1.6，9-16段为水平段内外弧水比1:2；设定矫直温度为890℃；电磁搅拌电流为450A，频率为6Hz；控制中包钢水过热度10-25℃，选用碱性覆盖剂充分吸收中间包上浮的有害夹杂物。
4.一种预硬型镜面塑料模具钢，其特征在于所述模具钢是由下述质量百分比含量的元素组成：C：0.23%、Si：0.61%、Mn：1.83%、P：0.012%、S：0.003%、Cr：3.9%、Mo：0.35%、Ni：1.21%、Ti：0.030%、Al：0.008%、N：0.0043%、B：0010%，其余为Fe和不可避免杂质；
上述预硬型镜面塑料模具钢的冶炼方法，包括：KR脱硫—130t转炉—LF—RH—板坯连铸—铸坯缓冷，具体实施步骤如下：
（1）KR脱硫
铁水入站温度1379℃，扒除表面渣1/2后根据铁水原S情况加入适量脱硫剂搅拌脱硫，出站要求：铁水S：0.005%，扒渣面积3/4，铁水温度：1362℃；
（2）转炉冶炼
冶炼终点时控制C：0.13%，P：0.007%，出钢温度：T=1568℃，采用滑板挡渣；
（3）LF炉精炼
钢包到站后，喂铝线将Al含量控制在0.016%，防止测温和取样时爆吹，造成二次氧化；采用石灰+复合脱氧剂快速造白渣，白渣保持时间13min，终渣成分CaO：55%、SiO2：7.9%、Al2O3：27.6%、MgO：3.6%、（MnO+FeO）：0.4%，以保证高脱硫率和吸收Al2O3夹杂的能力；LF结束时将钢中控制Al含量：0.005%，S含量：0.003%，其他元素均按照目标成分进行控制；
所述复合脱氧剂含有下述质量百分含量的成分：Al：28.5%，Al2O3：39.9%，MgO：7.2%，CaO：1.5%，SiO2：3.2%，C：2.4%，H2O：0.5%；
（4）RH真空炉
RH炉不允许调整成分，真空度达到67Pa后，保持时间15min，确保钢水中N含量：42ppm，O含量：16ppm，H含量0.5ppm；
（5）连铸
采用强冷二冷配水模式，同时结合直弧形铸机的特点，从弯曲段到水平段的内外弧二冷水配比合理分配，保证冷却均匀性；直弧形铸机共计16个扇形段，1-6段为弧形段内外弧水比1:1.4，7-8段为弯曲段内外弧水比1:1.6，9-16段为水平段内外弧水比1:2；设定矫直温度为890℃；电磁搅拌电流为450A，频率为6Hz；控制中包钢水过热度10-25℃，选用碱性覆盖剂充分吸收中间包上浮的有害夹杂物。
5.一种预硬型镜面塑料模具钢，其特征在于所述模具钢是由下述质量百分比含量的元素组成：C：0.25%、Si：0.50%、Mn：1.80%、P：0.014%、S：0.005%、Cr：3.0%、Mo：0.50%、Ni：1.41%、Ti：0.017%、Al：0.005%、N：0.0041%、B：0008%，其余为Fe和不可避免杂质；
上述预硬型镜面塑料模具钢的冶炼方法，包括：KR脱硫—130t转炉—LF—RH—板坯连铸—铸坯缓冷，具体实施步骤如下：
（1）KR脱硫
铁水入站温度1382℃，扒除表面渣1/2后根据铁水原S情况加入适量脱硫剂搅拌脱硫，出站要求：铁水S：0.005%，扒渣面积3/4，铁水温度：1359℃；
（2）转炉冶炼
冶炼终点时控制C：0.15%，P：0.006%，出钢温度：T=1567℃，采用滑板挡渣；
（3）LF炉精炼
钢包到站后，喂铝线将Al含量控制在0.016%，防止测温和取样时爆吹，造成二次氧化；采用石灰+复合脱氧剂快速造白渣，白渣保持时间10min，终渣成分CaO：56%、SiO2：8.4%、Al2O3：28.3%、MgO：3.8%、（MnO+FeO）：0.5%，以保证高脱硫率和吸收Al2O3夹杂的能力；LF结束时将钢中控制Al含量：0.006%，S含量：0.002%，其他元素均按照目标成分进行控制；
所述复合脱氧剂含有下述质量百分含量的成分：Al：26.5%，Al2O3：37.7%，MgO：7.5%，CaO：1.6%，SiO2：3.9%，C：2.3%，H2O：0.5%；
（4）RH真空炉
RH炉不允许调整成分，真空度达到67Pa后，保持时间15min，确保钢水中N含量：47ppm，O含量：15ppm，H含量0.5ppm；
（5）连铸
采用强冷二冷配水模式，同时结合直弧形铸机的特点，从弯曲段到水平段的内外弧二冷水配比合理分配，保证冷却均匀性；直弧形铸机共计16个扇形段，1-6段为弧形段内外弧水比1:1.4，7-8段为弯曲段内外弧水比1:1.6，9-16段为水平段内外弧水比1:2；设定矫直温度为890℃；电磁搅拌电流为450A，频率为6Hz；控制中包钢水过热度10-25℃，选用碱性覆盖剂充分吸收中间包上浮的有害夹杂物。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种预硬型镜面塑料模具钢，其特征在于：直弧形铸机的扇形段7-8段为矫直段为裂纹产生的敏感段，设计轻压下区间时将压下起始位置定在8段末端，终止点定在10段末，对应两相区压下区间为35%-100%，压下总量6mm，既避开了矫直段，又保证了压下效果。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种预硬型镜面塑料模具钢，其特征在于：所述复合脱氧剂的粒度要求5-50mm，小于5mm 比例不超过10%、大于50mm 比例不超过5%。
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