CN116904865B - 一种大规格3Cr17塑料模具钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于塑料模具钢生产领域，特别涉及一种大规格3Cr17塑料模具钢及其生产方法，大规格3Cr17塑料模具钢包含下述质量分数的化学成分：C：0.30%‑0.35%、Si：0.3%‑0.6%、Mn：0.6%‑0.8%、P：≤0.03%、S：≤0.003%、Cr：16.3%‑17.0%、Ni：0.050%‑0.1%、N：0.03%‑0.05%、O：≤25ppm、H：≤25ppm，余量为Fe。本发明解决了厚规格塑料模具模块的铁素体问题，实现了3Cr17大模块的低成本预硬处理，明显提高了抛光性和耐蚀性，具有一定的经济效益。本专利在3Cr17成分基础上，充分利用化学元素Ni和N的协同作用，消除了淬火温度区间的铁素体组织。
Description
技术领域
本发明属于塑料模具钢生产领域，特别涉及一种大规格3Cr17塑料模具钢及其生产方法。
背景技术
3Cr17塑料模具钢属于中碳、高铬性马氏体不锈钢，经过淬火+回火热处理后，具有优良的耐腐蚀性、优良的耐磨性及韧性、良好的抗热疲劳性能、常用于生产热塑性腐蚀塑料，尤其是含大量的合成树脂及填料、填塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂，在熔融状态下会析出含氯、氟等元素的腐蚀性气体，具有较好的腐蚀能力。但是，因显微组织中存在铁素体，对硬度均匀性造成了一定影响，进而影响抛光性能。
中国科学技术大学在《厚大断面预硬型718H塑料模具钢组织调控及力学性能研究》中，公开了718H钢锻后规格为505mm厚、1500mm宽、3000mm长的厚模块最佳淬火工艺参数，即860℃空冷400s至A1点，“水淬（100~200）s＋空冷（100~300）s”循环，直至表面最终温度低于Ｍs点，且心部冷速高于珠光体相变临界冷速0.05℃/s。该工艺可缩小模块表层和心部的温差，减小热应力和组织应力，降低模块开裂的可能性。718H与3Cr17钢种特性存在明显差异，若3Cr17采用“水淬（100~200）s＋空冷（100~300）s”循环的方法，会导致心部的铁素体组织无法完全消除，进而造成硬度不足。
赵亮，马党参，刘建华，陈再枝，雍岐龙，戴永年2006年发表在《特殊钢》中的《淬回火工艺对马氏体不锈钢 3Cr17Mo 组织和力学性能的影响》一文，公开了一种3Cr17 Mo钢化学成分为： 碳 C （0.39%），硅 Si （0.48%），锰 Mn （0.72%），硫 S （0.004%），磷 P（0.021%），铬 Cr（16.73%），钼Mo（1.07%），镍Ni（0.70%），钨W（0.01%），钒V（0.25%），铜Cu（0.09%），通过多次淬火+回火工艺，解决碳化物偏析问题，但组织中铁素体仍然存在。
从上述相近报道来看，通过成分优化，且实现了大模块的预硬热处理，抛光、耐蚀性能优异，但未解决铁素体组织的问题。对于大规格模块而言，冷却的不均匀性和化学元素偏析的综合作用，易导致大规格模块淬火后硬度不足而报废，也会造成较大的成本损失。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种大规格3Cr17塑料模具钢，大规格3Cr17塑料模具钢包含下述质量分数的化学成分：C：0.30%-0.35%、Si：0.3%-0.6%、Mn：0.6%-0.8%、P：≤0.03%、S：≤0.003%、Cr：16.3%-17.0%、Ni：0.050%-0.1%、N：0.03%-0.05%、O：≤25ppm、H：≤25ppm，余量为Fe。
其进一步的优选技术方案为：大规格3Cr17塑料模具钢尺寸规格为：厚度为200-250mm、宽度为500-550mm，长度为3000-4000mm。
其进一步的优选技术方案为：生产方法如下：
将电渣锭加热到1150℃后，出炉经镦粗、多次拔长至规格尺寸，得到预处理模块；
热处理预处理模块，得到热处理模块；
将热处理模块循环浸水，得到水冷模块；
使水冷模块保持空冷，得到中间模块；
将中间模块送入回火炉进行回火；
完成回火后，使模块冷却至室温，得到大规格3Cr17塑料模具钢。
其进一步的优选技术方案为：热处理为，将经过锻造所得的模块送入热处理加热炉，热处理加热炉的温度为1040-1060℃。
其进一步的优选技术方案为：热处理时间为5-7小时，得到热处理模块。
其进一步的优选技术方案为：循环浸水为，将热处理模块浸入装有循环装置的水槽中，水槽水温为25-50℃。
其进一步的优选技术方案为：空冷的时间为1-1.5小时。
其进一步的优选技术方案为：在空冷后，模块表面温度低于140℃。
其进一步的优选技术方案为：回火中，回火炉温度为560-570℃。
其进一步的优选技术方案为：回火的时间为17-18小时。
本发明的有益效果：解决了厚规格塑料模具模块的铁素体问题，首次
实现了3Cr17大模块的低成本预硬处理，明显提高了抛光性和耐蚀性，具有一定的经济效益。
本专利在3Cr17成分基础上，充分利用化学元素Ni和N的协同作用，消除了淬火温度区间的铁素体组织，并设计了规格为：（200~250mm）厚、（500~550mm）宽、（3000~4000mm）长的大模块的热处理工艺，解决了大规格模块冷却不均匀所导致显微组织转变不彻底而造成的抛光型差和耐蚀性下降的现场难题。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明实施例1的心部组织图；
图2示出了根据本发明实施例2的边部组织图；
图3示出了对比例的边部组织图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
（1）根据所设计的化学成分，采用电炉+LF+VD模铸电极棒+电渣重熔+锻造模块工艺，冶炼原料采用3Cr17、1Cr17返回料进行电炉冶炼。电渣重熔制备电渣锭尺寸为Φ680×1700，采用镦粗和拔长完成规格模块锻造，具体如下：
镦粗后尺寸为Φ960×850mm
第一趟拔长后尺寸为：700×980×1140mm；
第二趟拔长后尺寸为：500×1000×1560mm；
第三趟拔长后尺寸为：550×700×2030mm；
第四趟拔长后尺寸为：300×750×3480mm；
第五趟拔长后尺寸为：340×600×3840mm；
第六趟拔长后尺寸为：240×510×6400mm。
通过机械加工成2块模块，每块尺寸为：235×505×3150mm。
（2）上述锻造模块尺寸规格为：厚度为235mm、宽度为505mm，长度为3150mm。
（3）上述模块锻造后，红送直接进入热处理加热炉，加热炉加热温度1050℃，保温5.3h吊装出炉。
（4）模块吊装出炉后，直接浸入装有循环装置的水槽中，在整个过程中，水温保持在40℃。
（5）上述模块在水中侵入时间为：36min，出水空冷时间1.1h，此时模块表面温度135℃，空冷后直接装入温度为560℃的回火炉，保温17h后，出炉空冷至室温。
（6）制得的大规格模块包含下述质量分数的化学成分：
C：0.35%、Si：0.6%、Mn：0.77%、P：0.02%、S：0.003%、Cr：17.0%、Ni：0.08%、N：0.045%、O：24ppm、H：22ppm，余量为Fe。
（7）预硬大模块心部组织如图1所示，抛光结果如表1所示。
表1实施例1抛光粗糙度
表2实施例1硬度
表3实施例1耐蚀性（锈斑面积分数）
上述对比例为国标3Cr17材料。
实施例2
本实施例是采用本发明所设计的化学成分和热处理工艺进行生产。
具体如下：
（1）根据所设计的化学成分，采用电炉+LF+VD模铸电极棒+电渣重熔+锻造模块工艺，冶炼原料采用3Cr17、1Cr17返回料进行电炉冶炼。
电渣重熔制备电渣锭尺寸为Φ680×1700mm，采用一次镦粗和拔长完成规格模块锻造，具体如下：
镦粗后尺寸为Φ920×900mm；
第一趟拔长后尺寸为：700×960×1133mm；
第二趟拔长后尺寸为：500×990×1538mm；
第三趟拔长后尺寸为：520×800×1830mm；
第四趟拔长后尺寸为：300×810×3135mm；
第五趟拔长后尺寸为：320×610×3902mm；
第六趟拔长后尺寸为：255×505×6400mm。
通过机械加工成2块模块，每块尺寸为：235×500×3150mm。
（2）上述锻造模块尺寸规格为：厚度为235mm、宽度为500mm，长度为3150mm。
（3）上述模块锻造后，红送直接进入热处理加热炉，加热炉加热温度1050℃，保温5.3h吊装出炉。
（4）模块吊装出炉后，直接浸入装有循环装置的水槽中，在整个过程中，水温保持在40℃。
（5）上述模块在水中侵入时间为：40min，出水空冷时间1.5h，此时模块表面温度130℃，空冷后直接装入温度为565℃的回火炉，保温18h后，出炉空冷至室温。
（6）制得的大规格模块包含下述质量分数的化学成分：
C：0.31%、Si：0.35%、Mn：0.63%、P：0.02%、S：0.003%、Cr：16.3%、Ni：0.054%、N：0.035%、O：21ppm、H：20ppm，余量为Fe。
（7）预硬大模块边部组织如图2所示，抛光结果如表4所示。
表4：实施例2抛光粗糙度
表5实施例2硬度
表6实施例2耐蚀性（锈斑面积分数）
上述对比例为国标3Cr17材料。
本专利解决了厚规格塑料模具模块的铁素体问题，首次实现了3Cr17大模块的低成本预硬处理，本发明消除了铁素体，使用成本低，并明显提高了抛光性和耐蚀性，具有一定的经济效益。
本专利在3Cr17成分基础上，充分利用化学元素Ni和N的协同作用，消除了淬火温度区间的铁素体组织，并设计了规格为：（200~250mm）厚、（500~550mm）宽、（3000~4000mm）长的大模块的热处理工艺，降低了成品中的铁素体含量，因铁素体含量明显降低，因此有效提升了成品硬度，解决了大规格模块冷却不均匀所导致显微组织转变不彻底而造成的抛光性差、耐蚀性不足的现场难题。
且本发明制备的3Cr17尺寸较大，通过调整金属元素配方，改善热处理方式，有效提升了成品硬度，在锻造后，能够直接浸水冷却，而并非传统方法中水冷、空冷循环，有效缩短了制备流程，降低了生产成本。
通过表6可知，本发明成品能够明显提升耐腐蚀性效果。且因为铁素体消减，本发明所提供成品的内部粗糙度也明显下降，如图1和图2及图3所示，可见图3中，对比例的边部组织明显相较于图2中实施例2的边部组织更为粗糙，其中大块白色铁素体，因铁素体存在较多，对比例成品硬度、耐蚀性都受到明显影响。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种大规格3Cr17塑料模具钢，其特征在于，所述的一种大规格3Cr17塑料模具钢的生产方法如下：
将电渣锭加热到1150℃后，出炉经镦粗、多次拔长至规格尺寸，得到预处理模块；
热处理所述预处理模块，得到热处理模块，所述热处理为，将经过锻造所得的模块送入热处理加热炉，所述热处理加热炉的温度为1040-1060℃；
将所述热处理模块循环浸水，得到水冷模块，所述循环浸水为，将所述热处理模块浸入装有循环装置的水槽中，水槽水温为25-50℃，循环浸水时间为36分钟；
使所述水冷模块保持空冷，得到中间模块；
将所述中间模块送入回火炉进行回火，所述回火中，回火炉温度为560-570℃；
完成回火后，使回火后模块冷却至室温，得到所述大规格3Cr17塑料模具钢，所述大规格3Cr17塑料模具钢包含下述质量分数的化学成分：C：0.30%-0.35%、Si：0.3%-0.6%、Mn：0.6%-0.8%、P：≤0.03%、S：≤0.003%、Cr：16.3%-17.0%、Ni：0.050%-0.1%、N：
0.03%-0.05%、O：≤25ppm、H：≤25ppm，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种大规格3Cr17塑料模具钢，其特征在于，大规格3Cr17塑料模具钢尺寸规格：厚度为200-250mm、宽度为500-550mm，长度为3000-4000mm。
3.根据权利要求2所述的一种大规格3Cr17塑料模具钢，其特征在于，所述热处理时间为5-7小时，得到热处理模块。
4.根据权利要求3所述的一种大规格3Cr17塑料模具钢，其特征在于，所述空冷的时间为1-1.5小时。
5.根据权利要求4所述的一种大规格3Cr17塑料模具钢，其特征在于，在所述空冷后，模块表面温度低于140℃。
6.根据权利要求5所述的一种大规格3Cr17塑料模具钢，其特征在于，所述回火的时间为17-18小时。
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