WO2023272873A1 - 塑料模具钢板及其生产方法 - Google Patents
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Definitions
- the Rockwell hardness difference between the surface layer and the core of the obtained steel plate is ⁇ 1.6HRC.
- the cross-stacking is: both the bottom layer and the top layer are ferritic pearlitic steel plates, and the steel plates and ferritic pearlitic steel plates are stacked layer by layer at intervals.
- one embodiment of the present invention provides a plastic mold steel plate, the production method of which includes the following steps,
- Fig. 3 is the microstructure diagram of the cross section of the steel plate in Example 3 of the present invention; wherein, Fig. 3a is at the 1/4 position of the cross section of the steel plate, and Fig. 3b is at the 1/2 position of the cross section of the steel plate;
- P, S impurity elements.
- the mass percentage of P is controlled below 0.014%, preferably 0.008-0.014%; the mass percentage of S is controlled below 0.004%, preferably 0.002-0.004%.
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Abstract
本发明揭示了一种塑料模具钢板及其生产方法。所述生产方法包括：钢坯进行加热，均热段温度1210～1250℃；轧制成钢板，开轧温度1060～1140℃，终轧温度980～1050℃；钢板移至冷床上空冷至200℃以下；之后正火，正火温度Ac3+60℃～Ac3+90℃；正火后将钢板移至冷床上空冷至Bf-50℃～Bf-20℃；最后，将钢板与温度为450～550℃的铁素体珠光体钢板进行交叉堆垛，堆垛期间钢板自回火，直至钢板的温度重新降低至Bf-50℃～Bf-20℃；之后拆垛并空冷。
Description
本发明属于材料制备技术领域，涉及一种塑料模具钢板的生产方法，以及采用所述生产方法制得的塑料模具钢板。
随着石油化工工艺的迅猛发展，塑料产量迅速增加。大量塑料制品在生产过程中需要采用模具压制成型，而模具材料是影响模具质量、性能和使用寿命的关键因素。
塑料模具材料主要以模具钢为主，模具钢主要加工成浇注系统、型腔、型芯等各种模具模架部件。由于结构复杂，塑料材料与模具模架内腔面接触，易产生磨损、冲击等，因此，要求模具钢板截面组织及力学性能均匀、加工不变形。然而，现有的塑料模具钢板，或者采用长流程、高成本的生产方式来改善均匀性，例如采用模铸、锻造、淬火等工艺，或者表层和心部的组织均匀性非常差，截面洛氏硬度差值在4HRC以上。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种塑料模具钢板及其生产方法，采用短流程工艺路线，同时可提高组织均匀性。
为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供了一种塑料模具钢板的生产方法，其包括以下工序，
第一次加热：将钢坯送入加热炉中进行三段式加热，预热段温度为850～950℃，预热段停留时间≥60min，加热段温度为1100～1220℃，均热段温度为1210～1250℃，在炉时间≥240min；
第二次加热：将所述第一次加热工序中出炉后的钢坯重新加热，均热段温度为1140～1170℃，在炉时间≥200min；
轧制：将所述第二次加热工序中出炉后的钢坯轧制成钢板，开轧温度为1060～1140℃，终轧温度为980～1050℃；
轧后冷却：将终轧所得钢板移至冷床上空冷至200℃以下；
正火：将所述轧后冷却工序中冷却完成的钢板进行正火处理，正火温度T
N为Ac
3+60℃≤T
N≤Ac
3+90℃；
正火后冷却：将所述正火工序所出的钢板移至冷床上空冷至T
F，B
f-50℃≤T
F≤B
f-20℃；
交叉堆垛自回火：将钢板与温度为450～550℃的铁素体珠光体钢板进行交叉堆垛，堆垛期间钢板自回火，直至钢板的温度重新降低至T
M，B
f-50℃≤T
M≤B
f-20℃；之后拆垛并自然空冷至室温；
其中，所述交叉堆垛为：底层和顶层均为铁素体珠光体钢板，且钢板和铁素体珠光体钢板逐层间隔层叠。
进一步优选地，所述钢板的长度L
2、宽度W
2、厚度H
2与所述铁素体珠光体钢板的长度L
1、宽度W
1、厚度H
1满足：L
1≥L
2+500mm，W
1≥W
2+300mm，H
1≥H
2。
进一步优选地，所述第二次加热工序中，钢坯进行三段式加热，入炉温度≥700℃，预热段温度为950～1000℃，加热段温度为1100～1150℃。
进一步优选地，所述轧制工序中，将钢坯轧制成厚度≥80mm的钢板。
进一步优选地，所述轧后冷却工序和所述正火后冷却工序中的任一者或二者包括：
首先，将钢板移至冷床上自然空冷，直至钢板的上表面温度降低至T
A，B
s+15℃≤T
A≤B
s+35℃；
而后，开启风扇并通过风扇扰动钢板下方的空气，以控制钢板的上表面温度和下表面温度的差值≤5℃，直至钢板的上表面温度降低至T
F。
进一步优选地，风扇的吹风方向平行于钢板的下表面或者斜向下远离钢板的下表面。
进一步优选地，所得钢板的不平度≤4mm/2m。
进一步优选地，所述轧后冷却中，终冷温度为100～200℃；所述正火工序的入炉温度≥100℃。
进一步优选地，所得钢板的表层和心部的洛氏硬度差值≤1.6HRC。
进一步优选地，所用钢坯的化学成分以质量百分比计为：C 0.33～0.38％、Si 0.11～0.19％、Mn 0.70～0.90％、P≤0.014％、S≤0.004％、Cr 1.40～1.80％、Ni 0.70～0.90％、Mo 0.16～0.24％，且Cr/Mn比值为2±0.05，Cr/(Mn+Ni)比值为1±0.05，Mn+Cr+Ni+Mo 3.0％～3.8％，其余为Fe和不可避免的杂质。
进一步优选地，所得钢板的屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥1050MPa，V型夏比冲击功≥15J，洛氏硬度为31～34HRC。
为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供了一种塑料模具钢板，其生产方法包括以下工序，
第一次加热：将钢坯送入加热炉中进行三段式加热，预热段温度为850～950℃，预热段停留时间≥60min，加热段温度为1100～1220℃，均热段温度为1210～1250℃，在炉时间≥240min；
第二次加热：将所述第一次加热工序中出炉后的钢坯重新加热，均热段温度为1140～1170℃，在炉时间≥200min；
轧制：将所述第二次加热工序中出炉后的钢坯轧制成钢板，开轧温度为1060～1140℃，终轧温度为980～1050℃；
轧后冷却：将终轧所得钢板移至冷床上空冷至200℃以下；
正火：将所述轧后冷却工序中冷却完成的钢板进行正火处理，正火温度T
N为Ac
3+60℃≤T
N≤Ac
3+90℃；
正火后冷却：将所述正火工序所出的钢板移至冷床上空冷至T
F，B
f-50℃≤T
F≤B
f-20℃；
交叉堆垛自回火：将钢板与温度为450～550℃的铁素体珠光体钢板进行交叉堆垛，堆垛期间钢板自回火，直至钢板的温度重新降低至T
M，B
f-50℃≤T
M≤B
f-20℃；之后拆垛并自然空冷至室温；
其中，所述交叉堆垛为：底层和顶层均为铁素体珠光体钢板，且钢板和铁素体珠光体钢板逐层间隔层叠。
为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供了一种塑料模具钢板的生产方法，其包括以下工序，
加热：将钢坯送入加热炉中进行三段式加热，预热段温度为850～950℃，预热段停留时间≥60min，加热段温度为1100～1220℃，均热段温度为1210～1250℃，在炉时间≥240min；
轧制：将所述加热工序中出炉后的钢坯轧制成钢板，开轧温度为1060～1140℃，终轧温度为980～1050℃；
轧后冷却：将终轧所得钢板移至冷床上空冷至200℃以下；
正火：将所述轧后冷却工序中冷却完成的钢板进行正火处理，正火温度T
N为Ac
3+60℃≤T
N≤Ac
3+90℃；
正火后冷却：将所述正火工序所出的钢板移至冷床上空冷至T
F， B
f-50℃≤T
F≤B
f-20℃；
交叉堆垛自回火：将钢板与温度为450～550℃的铁素体珠光体钢板进行交叉堆垛，堆垛期间钢板自回火，直至钢板的温度重新降低至T
M，B
f-50℃≤T
M≤B
f-20℃；之后拆垛并空冷；
其中，所述交叉堆垛为：底层和顶层均为铁素体珠光体钢板，且钢板和铁素体珠光体钢板逐层间隔层叠。
进一步优选地，所述钢板的长度L
2、宽度W
2、厚度H
2与所述铁素体珠光体钢板的长度L
1、宽度W
1、厚度H
1满足：L
1≥L
2+500mm，W
1≥W
2+300mm，H
1≥H
2。
进一步优选地，所述轧后冷却工序和所述正火后冷却工序中的任一者或二者包括：
首先，将钢板移至冷床上自然空冷，直至钢板的上表面温度降低至T
A，B
s+15℃≤T
A≤B
s+35℃；
而后，开启风扇并通过风扇扰动钢板下方的空气，以控制钢板的上表面温度和下表面温度的差值≤5℃，直至钢板的上表面温度降低至T
F。
进一步优选地，风扇的吹风方向平行于钢板的下表面或者斜向下远离钢板的下表面。
进一步优选地，所用钢坯的化学成分以质量百分比计为：C 0.33～0.38％、Si 0.11～0.19％、Mn 0.70～0.90％、P≤0.014％、S≤0.004％、Cr 1.40～1.80％、Ni 0.70～0.90％、Mo 0.16～0.24％，且Cr/Mn比值为2±0.05，Cr/(Mn+Ni)比值为1±0.05，Mn+Cr+Ni+Mo 3.0％～3.8％，其余为Fe和不可避免的杂质。
进一步优选地，所得钢板的屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥1050MPa，V型夏比冲击功≥15J，洛氏硬度为31～34HRC，表层和心部的洛氏硬度差值≤1.6HRC。
为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供了一种塑料模具钢板，其生产方法包括以下工序，
加热：将钢坯送入加热炉中进行三段式加热，预热段温度为850～950℃，预热段停留时间≥60min，加热段温度为1100～1220℃，均热段温度为1210～1250℃，在炉时间≥240min；
轧制：将所述加热工序中出炉后的钢坯轧制成钢板，开轧温度为1060～1140℃，终轧温度为980～1050℃；
轧后冷却：将终轧所得钢板移至冷床上空冷至200℃以下；
正火：将所述轧后冷却工序中冷却完成的钢板进行正火处理，正火温度T
N为Ac
3+60℃≤T
N≤Ac
3+90℃；
正火后冷却：将所述正火工序所出的钢板移至冷床上空冷至T
F，B
f-50℃≤T
F≤B
f-20℃；
交叉堆垛自回火：将钢板与温度为450～550℃的铁素体珠光体钢板进行交叉堆垛，堆垛期间钢板自回火，直至钢板的温度重新降低至T
M，B
f-50℃≤T
M≤B
f-20℃；之后拆垛并空冷；
其中，所述交叉堆垛为：底层和顶层均为铁素体珠光体钢板，且钢板和铁素体珠光体钢板逐层间隔层叠。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过加热、控制轧制以及交叉堆垛自回火的工艺手段，实现在简单的工艺路线下，完成对组织均匀性的显著改善，得到的钢板心部和表层洛氏硬度的差值为1.6HRC以内，整个生产过程工艺流程简单，生产周期短、效率高、成本低。
图1是本发明实施例1中钢板的截面的显微金相组织图；其中，图1a是钢板的截面1/4位置处，图1b是钢板的截面1/2位置处；
图2是本发明实施例2中钢板的截面的显微金相组织图；其中，图2a是钢板的截面1/4位置处，图2b是钢板的截面1/2位置处；
图3是本发明实施例3中钢板的截面的显微金相组织图；其中，图3a是钢板的截面1/4位置处，图3b是钢板的截面1/2位置处；
图4是本发明实施例4中钢板的截面的显微金相组织图；其中，图4a是钢板的截面1/4位置处，图4b是钢板的截面1/2位置处。
如背景技术所提，现有的塑料模具钢板的生产中，或者采用长流程、高成本的生产方式来改善均匀性，例如采用模铸、锻造、淬火等工艺，或者表层和心部的组织均匀性非常差，截面洛氏硬度差值在4HRC以上。也即，无法兼顾生产效率和成本、组织均匀性两个方面，为此，本发明旨在提供一种塑料模具钢板的生产方法，突破现有借助模铸、锻造、淬火等工序的长流程工艺路线，而是采用短流程工艺路线，即可提高组织均匀性。
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的介绍，但要求保护 的范围不仅局限于所作的描述。
<第一实施方式>
本实施方式提供了一种塑料模具钢板，其化学成分以质量百分比计为：C 0.33～0.38％、Si 0.11～0.19％、Mn 0.70～0.90％、P≤0.014％、S≤0.004％、Cr 1.40～1.80％、Ni 0.70～0.90％、Mo 0.16～0.24％，且Cr/Mn比值为2±0.05，Cr/(Mn+Ni)比值为1±0.05，Mn+Cr+Ni+Mo 3.0％～3.8％，其余为Fe和不可避免的杂质。
下面，大致对本发明中钢板的化学成分中各个元素的作用予以简单介绍。
C：强化元素，但C的增多容易引起塑性和韧性降低；在本发明中，C的质量百分比控制在0.33～0.38％，可以实现良好的强韧性匹配。
Si：脱氧元素，但Si的增多会在连铸坯表面形成铁橄榄石，影响钢板表面质量；在本发明中，Si的质量百分比控制在0.11-0.19％。
Mn、Cr、Ni、Mo：Mn和Cr可以推迟珠光体转变，Cr增大珠光体转变温度范围，Mn减小珠光体转变温度范围且易导致中心偏析，本发明中，将Cr/Mn比值控制为2±0.05，可以促进钢板的心部能够在慢冷速下不发生珠光体转变；Mo可以推迟珠光体转变，升高珠光体转变温度范围，Ni可以降低奥氏体化学自由能，推迟贝氏体相变，本发明中，将Cr/(Mn+Ni)比值控制为1±0.05；进一步地，结合Mn、Cr、Ni、Mo的共同作用，强烈抑制铁素体和珠光体转变，实现钢板在较大的冷速范围内、从表层至心部均发生贝氏体相变，得到全厚度均匀的组织。
P、S：杂质元素，本发明中，P的质量百分比控制在0.014％以下，优选为0.008～0.014％；S的质量百分比控制在0.004％以下，优选为0.002～0.004％。
与现有技术相比，本发明的钢板，通过上述化学成分的优化设计，尤其是其中C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo合金元素的相互配合，以此为基础，实现钢板生产过程中能够在较大的冷速范围内均可以发生贝氏体相变，如此，使得钢板，尤其是厚度≥80mm的大厚板，即使表层和心部存在较大的冷速差异，也可以形成均匀的组织，保证组织的均匀性；进而，利于在宽松的工艺、较大的工艺窗口下，实现对钢板的组织均匀性的改善。
再者，本发明通过上述化学成分的优化设计，还可以省去传统技术中Nb、V、Ti等析出元素及高淬透性元素B，不仅节约合金成本，而且还可以解决由于这些元素所引起的裂纹缺陷。举例来讲，现有技术中Ti元素的添加，容易形成萌生裂纹源的TiN硬质点；B元素的添加，容易因B在晶界的偏聚而导致火焰切割模具钢板时 形成裂纹。
进一步地，在本实施方式中，所述钢板的屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥1050MPa，V型夏比冲击功≥15J，洛氏硬度为31～34HRC，表层和心部的洛氏硬度差值≤1.6HRC，力学性能优异，硬度佳且组织均匀。
本实施方式，采用钢坯依序通过加热工序-轧制工序-轧后冷却工序-正火工序-正火后冷却工序-交叉堆垛自回火工序，制备得到所述钢板。也即，所述钢板的生产方法包括依序进行的加热工序-轧制工序-轧后冷却工序-正火工序-正火后冷却工序-交叉堆垛自回火工序。下面，对各个工序进行详细介绍。
(1)加热工序
将钢坯送入加热炉中进行三段式加热，也即，以预热段、加热段和均热段的顺序进行加热，预热段温度为850～950℃，预热段停留时间≥60min，加热段温度为1100～1220℃，均热段温度为1210～1250℃，在炉时间≥240min。
如此，一方面，控制钢坯升温速度，实现钢坯缓慢地、均匀地升温，以保证钢坯的表面质量，避免产生微裂纹；再一方面，均热段高温保温，促进钢坯中的合金元素完全固溶，消除钢坯中柱状晶组织、改善心部偏析缺陷。
其中，钢坯优选采用连铸坯，但不以此为限。而可以理解的，钢坯的化学成分与所述钢板的化学成分相同，同样以质量百分比计为：C 0.33～0.38％、Si 0.11～0.19％、Mn 0.70～0.90％、P≤0.014％、S≤0.004％、Cr 1.40～1.80％、Ni 0.70～0.90％、Mo 0.16～0.24％，且Cr/Mn比值为2±0.05，Cr/(Mn+Ni)比值为1±0.05，Mn+Cr+Ni+Mo 3.0％～3.8％，其余为Fe和不可避免的杂质。钢坯的化学成分不以此为限，可以变化实施为适用于本发明的所述生产方法的其它化学成分。
而进一步优选地，该加热工序还可以：以前述三段式加热作为第一次加热，在第一次加热完成之后，将所述第一次加热出炉后的钢坯进行第二次加热，均热段温度为1140～1170℃，在炉时间≥200min。如此，通过进行第二次加热并控制均热段温度，在减少能耗、避免氧化皮和氧化烧损的同时，进一步实现钢坯内的合金成分充分固溶及均匀化、改善偏析，为后续轧制中获取等轴晶粒组织以及细化再结晶晶粒奠定基础。
所述第二次加热中，优选地，钢坯进行三段式加热，入炉温度≥700℃，预热段温度为950～1000℃，加热段温度为1100～1150℃。如此，通过高温入炉，减少第二次加热工序中的预热时间和加热时间，节能降耗。当然，在变化实施中，第二次加 热也可以实施为将钢坯以入炉温度≥700℃直接投入均热段(也即第二次加热中无预热段和加热段)。
另外，所述第一次加热在第一加热炉中进行，所述第二次加热则在第二加热炉中进行，也即所述第一次加热和所述第二次加热不在同一个加热炉中进行，如此，便于实现快速生产，简化工艺操作。
(2)轧制工序
将所述加热工序中出炉后的钢坯轧制成钢板，开轧温度为1060～1140℃，终轧温度为980～1050℃。也即，钢坯在加热工序处理完成之后，采用轧机轧制成钢板。
如此，通过开轧温度和终轧温度的控制，使所述轧制工序实现再结晶区轧制工艺，整个轧制在再结晶区进行，最终得到等轴晶粒而避免带状组织，减小中心偏析并消除带状组织，实现钢板的组织优化；同时，能够保证轧制过程中轧机的负荷较小，一方面减小轧机的损伤，另一方面提升轧制效率和节奏。
该轧制工序中，具体可以将钢坯轧制成厚度≥80mm的钢板，也即，本实施方式所提供的生产方法适用于厚度≥80mm的大厚度塑料模具钢板的制备，且针对大厚度塑料模具钢板的制备，相对于现有技术具有更显著的优势。优选地，本实施方式中，该轧制工序可以将钢坯轧制成厚度100～165mm的钢板，如此，所得钢板的厚度为100～165mm。
(3)轧后冷却工序
将终轧所得钢板移至冷床上空冷至200℃以下。
在本实施方式中，该轧后冷却工序具体可以是：将钢板在冷床上自然空冷，也即不进行任何干预手段，直至200℃以下。当然，该轧后冷却工序的具体实施不限于此，例如以后文所述的第二实施方式予以实施。
其中，该轧后冷却工序的终冷温度(也即结束温度)为200℃以下，具体地：可以是室温，而后再进行后续正火工序，也即钢板在所述正火工序的入炉温度是室温；又或者可以优选是100～200℃，而后再进行后续正火工序，也即钢板在所述正火工序的入炉温度≥100℃，这样带温正火，可以减少钢板在正火工序的时间，降低能耗。
在本实施方式中，该轧后冷却工序具体可以是：将钢板在冷床上自然空冷至200℃以下，也即不进行任何干预手段。当然，该轧后冷却工序的具体实施不限于此，例如以后文所述的第三实施方式予以实施。
(4)正火工序
将所述轧后冷却工序中冷却完成的钢板进行正火处理，正火温度T
N为Ac
3+60℃≤T
N≤Ac
3+90℃。
其中，Ac
3为加热时铁素体全部转变为奥氏体时的温度，其具体可通过钢坯的化学成分中C、Ni、Si、V、Mo的质量百分比含量[C]、[Ni]、[Si]、[V]、[Mo]计算得到，例如，本实施方式中，
本实施方式中，通过正火工序，尤其是通过正火温度的控制，结合前述终轧温度的控制，可以提高钢板的组织均匀性和力学性能，优化钢板的组织和力学性能。
优选地，如前所述，该正火工序中，入炉温度≥100℃，这样可以减少钢板在正火工序的时间，降低能耗。
(5)正火后冷却工序
将所述正火工序所出的钢板移至冷床上空冷至T
F，其中，B
f-50℃≤T
F≤B
f-20℃，具体可优选为T
F＝B
f-30℃；B
f为冷却中贝氏体相变结束时的温度，其具体也可以从过冷奥氏体连续冷却转变曲线(即CCT曲线)中得到，或者也可以根据钢板中化学成分元素含量进行计算得到。
如此，通过将钢板空冷至T
F(也即贝氏体相变结束温度B
f以下20～50℃),以使钢板经过所述正火后冷却工序后，其表层至心部已完全发生贝氏体相变，同时还可以避免表面微裂纹，以利于后续对组织均匀性进一步优化。
在本实施方式中，该正火后冷却工序具体可以是：将钢板在冷床上自然空冷至T
F，也即不进行任何干预手段。当然，该正火后冷却工序的具体实施不限于此，例如以后文所述的第二实施方式予以实施。
(6)交叉堆垛自回火
紧接着前述正火后冷却工序，也即在通过所述正火后冷却工序将钢板冷至T
F时，将钢板(指本发明所提供/制备的钢板)与温度为450～550℃的铁素体珠光体钢板进行交叉堆垛，堆垛期间钢板自回火，直至钢板的温度重新降低至T
M；之后拆垛并自然空冷至室温。
其中，B
f-50℃≤T
M≤B
f-20℃，T
M具体取值与前述T
F可以相同或不同，优选取值具体可优选为T
M＝B
f-30℃；再者，所述交叉堆垛为：底层和顶层均为铁素体珠光体钢板，且钢板和铁素体珠光体钢板逐层间隔层叠。如此，使得每个钢板的上表面被其上层的铁素体珠光体钢板所覆盖、下表面被其下层的铁素体珠光体钢板所覆盖。
如此，将温度为T
F的钢板与温度高于T
F的铁素体珠光体钢板进行交叉堆垛，并在钢板的温度重新降低至T
M之后拆垛，也即拆垛温度为T
M(贝氏体相变结束温度B
f以下20～50℃)，使得堆垛期间，钢板的贝氏体组织发生稳定的回火转变，贝氏体组织中的MA分解、贝氏体铁素体中碳化物析出，进而，本实施方式中所得钢板的组织均匀、性能均匀；且堆垛时间大概为18～24h，又可以保证生产效率高。
其中，在交叉堆垛期间，可以通过对钢板的侧边进行测温，以该测温结果作为钢板的温度，进而判断是否达到拆垛温度T
M；当然，也可以通过将最上层的铁素体珠光体钢板吊起后对上层的钢板的上表面进行测温，以该测温结果作为钢板的温度，进而判断是否达到拆垛温度。
优选地，钢板的长度L
2、宽度W
2、厚度H
2与所述铁素体珠光体钢板的长度L
1、宽度W
1、厚度H
1满足：L
1≥L
2+500mm，W
1≥W
2+300mm，H
1≥H
2。如此，铁素体珠光体钢板尺寸大于钢板的尺寸，使得钢板的边部也能得到有效的堆垛回火，进一步保证组织和性能的均匀性。
综上，与现有技术相比，本实施方式的有益效果在于：
一方面，通过加热、控制轧制以及交叉堆垛自回火的工艺手段，实现在简单的工艺路线下，完成对组织均匀性的显著改善，得到的钢板心部和表层洛氏硬度的差值为1.6HRC以内，整个生产过程工艺流程简单，生产周期短、效率高、成本低；
再一方面，通过化学成分的优化设计，尤其是其中C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo合金元素的相互配合，结合所述生产方法的改进，实现在较大的冷速范围内均可以发生贝氏体相变，在宽松的工艺、较大的工艺窗口下，改善钢板的组织均匀性，针对大厚板，尤其是针对厚度≥80mm的大厚板，优势更为明显；且省去传统技术中Nb、V、Ti等析出元素及高淬透性元素B，节约合金成本，解决由于这些元素所引起的裂纹缺陷。
<第二实施方式>
本实施方式同样提供了一种塑料模具钢板及其生产方法。作为对前述第一实施方式的进一步优化，本实施方式与前述第一实施方式的区别主要在于：所述正火后冷却工序。下面，仅对该区别进行介绍，其余相同部分不再赘述。
首先，前述第一实施方式的正火后冷却工序中，将钢板在冷床上自然空冷至T
F。而不同于此，在本实施方式中，所述正火后冷却工序为：
首先，将正火后的钢板移至冷床上自然空冷，也即不进行任何干预手段，直至 钢板的上表面温度降低至T
A；其中，B
s+15℃≤T
A≤B
s+35℃，具体可优选为T
A＝B
s+30℃；B
s为冷却中贝氏体相变开始时的温度，其具体可以从过冷奥氏体连续冷却转变曲线(即CCT曲线)中得到，或者也可以根据钢板中化学成分元素含量进行计算得到；
紧接着，也即钢板的上表面温度降低至T
A之后，开启风扇并通过风扇扰动钢板下方的空气，以控制钢板的上表面温度和下表面温度的差值≤5℃，直至钢板的上表面温度降低至T
F。
也即，本实施方式的正火后冷却工序中，在钢板的上表面温度处于T
A和T
F之间时，采用风扇进行干预的空冷方式进行冷却。如此，在整个相变区间内，通过风扇来扰动钢板下方的空气，以使得钢板的上表面温度和下表面温度基本一致，二者差值始终维持在5℃以内，从而实现钢板的上下表面的冷速、相变开始时间、相变结束时间、相变过程均保持一致，进而避免钢板在相变过程中发生微变形，保证最终所得钢板的不平度较小；同时，采用风扇扰动空气的方式来进行温度控制，相对现有的矫直、入坑堆垛的方式，可以降低设备成本、提高生产效率，另外还可以避免钢板的表面裂纹，保证较低的能耗成本和宽松的工艺条件，降低生产难度。
进一步地，冷床上设置有多个位于钢板下方且风量可调的风扇；如此，该正火后冷却工序中，可以根据钢板的上表面温度和下表面温度的差值大小，来调控所开启的风扇数目以及风扇的风量，进而保证在整个相变区间内钢板的上表面温度和下表面温度的差值始终维持在5℃以内。
例如可选地，当上表面温度和下表面温度的差值＞30℃时，开启10台风扇，风扇风量为80000～100000m
3/h；当上表面温度和下表面温度的差值为＞15且≤30℃时，开启7台风扇，风扇风量为70000～90000m
3/h；当上表面温度和下表面温度的差值为＞5且≤15℃时，开启3台风扇，风扇风量为70000～90000m
3/h；当上表面温度和下表面温度的差值为≤5℃时，则可以不开启风扇。当然，这仅为一种示例，实际还可以以其它方式实施，基本上保证随着上表面温度和下表面温度的差值阶梯性增大，控制风扇的整体风量阶梯性增大。当然，风扇风量的具体参数值和上表面温度和下表面温度的差值阶梯变化，不限于此。
进一步地，风扇的吹风方向平行于钢板的下表面或者斜向下远离钢板的下表面，如此，风扇不会朝向钢板的下表面直接吹风，而只是加速钢板下方的气流流动，保证钢板下表面各处的温度均匀而不会局部偏低，进一步优化板形并避免表面裂纹。
如此，与现有技术相比，除了具有前述第一实施方式所具有的有益效果之余，本实施方式还可以通过在简单的工艺流程、低成本的情况下提升板形，所得的塑料模具钢板，按照GB/T 709-2019标准进行检测，其不平度≤4mm/2m，甚至≤3mm/2m，板形品质达到甚至超过现有技术中的塑料模具钢板。
<第三实施方式>
本实施方式同样提供了一种塑料模具钢板及其生产方法。作为对前述第一实施方式、或者第二实施方式的进一步优化，本实施方式与前述第一实施方式、或者第二实施方式的区别主要在于：所述轧后冷却工序。下面，仅对该区别进行介绍，其余相同部分不再赘述。
首先，前述第一实施方式、第二实施方式的轧后冷却工序中，将钢板在冷床上自然空冷至200℃以下。而不同于此，在本实施方式的轧后冷却工序与第二实施方式的正火后冷却工序相类似的，设置为：
首先，将终轧后的钢板移至冷床上自然空冷，直至钢板的上表面温度降低至T
A；
紧接着，也即钢板的上表面温度降低至T
A之后，开启风扇并通过风扇扰动钢板下方的空气，以控制钢板的上表面温度和下表面温度的差值≤5℃，直至钢板的上表面温度降低至T
F；
随后，风扇保持关闭(也即不再通过风扇来扰动气流)，钢板从上表面温度为T
F最终自然空冷至200℃以下。
也即，本实施方式的轧后冷却工序中，如前述第二实施方式的正火后冷却工序一样，在钢板的上表面温度处于T
A和T
F之间时，采用风扇进行干预的空冷方式进行冷却。如此，在整个相变区间内，使得钢板的上表面温度和下表面温度基本一致，避免钢板发生微变形，保证钢板的不平度较小。
其余关于风扇的调控及风向设置，可参看第二实施方式的正火后冷却工序，不再赘述。
如此，与现有技术相比，除了具有前述第一实施方式所具有的有益效果之余，本实施方式通过在简单的工艺流程、低成本的情况下提升板形，所得的塑料模具钢板，按照GB/T 709-2019标准进行检测，其不平度≤4mm/2m，甚至≤3mm/2m，板形品质达到甚至超过现有技术中的塑料模具钢板。
下面提供本发明的几个实施例来对本发明的技术方案进一步说明。
首先，实施例1～7中提供的钢板，均采用同一炉钢所铸成的连铸坯制备而成， 所述连铸坯的化学成分以质量百分比计为：C：0.35％、Si：0.15％、Mn：0.81％、P≤0.014％、S≤0.004％、Cr：1.60％、Ni：0.80％、Mo：0.18％，其余为Fe和不可避免的杂质，其中Cr/Mn比值为1.98，Cr/(Mn+Ni)比值为0.99，Mn+Cr+Ni+Mo为3.39％。
如此，本实施例中钢板的化学成分同样如上。基于钢坯的化学成分中C、Ni、Si、V、Mo的质量百分比含量[C]、[Ni]、[Si]、[V]、[Mo]，采用公式
计算得到Ac
3为790℃；通过CCT曲线得到B
S＝487℃，B
f＝346℃。
实施例1～7的钢板，均通过加热工序-轧制工序-轧后冷却工序-正火工序-正火后冷却工序-交叉堆垛自回火工序制备得到，具体如下。
(1)加热工序
将实施例1～7分别所用的钢坯送入第一加热炉中进行三段式加热，预热段温度为850～950℃，预热段停留时间≥60min，加热段温度为1100～1220℃，均热段温度为1210～1250℃，在炉时间≥240min；
钢坯从第一加热炉中出炉后，进行第二加热炉进行三段式加热，入炉温度≥700℃，预热段温度为950～1000℃，加热段温度为1100～1150℃，均热段温度为1140～1170℃，在炉时间≥200min。
(2)轧制工序
将实施例1～7分别所用的钢坯从第二加热炉出炉后，轧制成钢板，开轧温度为1060～1140℃，终轧温度为980～1050℃，实施例1～7的钢板厚度如表1所示。
(3)轧后冷却工序
紧接着所述轧制工序，将实施例1～5的钢板移至冷床上，自然空冷至100℃～200℃。
而将实施例6～7的钢板移至冷床上，先自然空冷，至钢板的上表面温度冷至517℃；此时检测发现实施例6和7的钢板的下表面温度分别为541℃、549℃，实施例6和7的钢板上表面温度与下表面温度温差分别为24℃、32℃，实施例6和7分别开启7台、10台风扇并通过风扇扰动钢板下方的空气，以控制钢板的上表面温度和下表面温度的差值减小至5℃以内，之后根据钢板的上表面温度和下表面温度，调整所开启的风扇数目以及风扇的风量，以使得钢板的上表面温度和下表面温度的差 值维持在5℃以内，直至钢板的上表面温度冷至296～326℃；而后，自然空冷至100℃～200℃。
(4)正火工序
紧接着所述轧后冷却工序，将实施例1～7的钢板分别进行正火处理，入炉温度≥100℃，正火温度870℃。
(5)正火后冷却工序
紧接着所述正火工序，将实施例1～4、6的钢板移至冷床上，自然空冷至296～326℃，结束该工序。
而将实施例5、7的钢板移至冷床上，先自然空冷，至钢板的上表面温度冷至517℃；此时检测发现实施例5、7的钢板的下表面温度分别为537℃、546℃，实施例5、7的钢板上表面温度与下表面温度温差分别为20℃、29℃，实施例5、7分别开启7台、7台风扇并通过风扇扰动钢板下方的空气，以控制钢板的上表面温度和下表面温度的差值减小至5℃以内，之后根据钢板的上表面温度和下表面温度，调整所开启的风扇数目以及风扇的风量，以使得钢板的上表面温度和下表面温度的差值维持在5℃以内，直至钢板的上表面温度冷至296～326℃，结束该工序。
(6)交叉堆垛自回火
紧接着所述正火后冷却工序，将实施例1～7的各个钢板与温度为450～550℃的铁素体珠光体钢板，按照——底层和顶层均为铁素体珠光体钢板、钢板和铁素体珠光体钢板逐层间隔层叠的方式，进行交叉堆垛，堆垛期间钢板自回火升温，直至钢板的温度重新降低至296℃时，拆垛，之后自然空冷至室温；
其中，钢板的长度L
2、宽度W
2、厚度H
2与铁素体珠光体钢板的长度L
1、宽度W
1、厚度H
1满足：L
1≥L
2+500mm，W
1≥W
2+300mm，H
1≥H
2。
对实施例1～7的各个钢板，分别进行取样检测，可见其组织优异、组织均匀性佳，实施例1～4的金相组织图可分别参看图1a～图4b所示；另外，各个实施例中所得钢板的厚度、力学性能、组织性能、不平度(按照GB/T 709-2019标准)，具体参表1所示。
[表1]
结合各个实施例可见，本发明的钢板具有优异的组织均匀性，其表层和心部的洛氏硬度差值≤1.6HRC；而且力学性能和组织性能佳，屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥1050MPa，V型夏比冲击功≥15J，洛氏硬度为31～34HRC；且通过实施例5～7还可以看出，通过轧后冷却工序以及/或者正火后冷却工序中的相变区温控，还可以实现板形控制，不平度≤2mm/2m。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
- 一种塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，包括以下工序，第一次加热：将钢坯送入加热炉中进行三段式加热，预热段温度为850～950℃，预热段停留时间≥60min，加热段温度为1100～1220℃，均热段温度为1210～1250℃，在炉时间≥240min；第二次加热：将所述第一次加热工序中出炉后的钢坯重新加热，均热段温度为1140～1170℃，在炉时间≥200min；轧制：将所述第二次加热工序中出炉后的钢坯轧制成钢板，开轧温度为1060～1140℃，终轧温度为980～1050℃；轧后冷却：将终轧所得钢板移至冷床上空冷至200℃以下；正火：将所述轧后冷却工序中冷却完成的钢板进行正火处理，正火温度T N为Ac 3+60℃≤T N≤Ac 3+90℃；正火后冷却：将所述正火工序所出的钢板移至冷床上空冷至T F，B f-50℃≤T F≤B f-20℃；交叉堆垛自回火：将钢板与温度为450～550℃的铁素体珠光体钢板进行交叉堆垛，堆垛期间钢板自回火，直至钢板的温度重新降低至T M，B f-50℃≤T M≤B f-20℃；之后拆垛并自然空冷至室温；其中，所述交叉堆垛为：底层和顶层均为铁素体珠光体钢板，且钢板和铁素体珠光体钢板逐层间隔层叠。
- 根据权利要求1所述的塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述钢板的长度L 2、宽度W 2、厚度H 2与所述铁素体珠光体钢板的长度L 1、宽度W 1、厚度H 1满足：L 1≥L 2+500mm，W 1≥W 2+300mm，H 1≥H 2。
- 根据权利要求1所述的塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述第二次加热工序中，钢坯进行三段式加热，入炉温度≥700℃，预热段温度为950～1000℃，加热段温度为1100～1150℃。
- 根据权利要求1所述的塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述轧制工序中，将钢坯轧制成厚度≥80mm的钢板。
- 根据权利要求1所述的塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述轧后冷却工序和所述正火后冷却工序中的任一者或二者包括：首先，将钢板移至冷床上自然空冷，直至钢板的上表面温度降低至T A， B s+15℃≤T A≤B s+35℃；而后，开启风扇并通过风扇扰动钢板下方的空气，以控制钢板的上表面温度和下表面温度的差值≤5℃，直至钢板的上表面温度降低至T F；其中，风扇的吹风方向平行于钢板的下表面或者斜向下远离钢板的下表面。
- 根据权利要求5所述的塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所得钢板的不平度≤4mm/2m。
- 根据权利要求1所述的塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述轧后冷却中，终冷温度为100～200℃；所述正火工序的入炉温度≥100℃。
- 根据权利要求1所述的塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所用钢坯的化学成分以质量百分比计为：C 0.33～0.38％、Si 0.11～0.19％、Mn 0.70～0.90％、P≤0.014％、S≤0.004％、Cr 1.40～1.80％、Ni 0.70～0.90％、Mo 0.16～0.24％，且Cr/Mn比值为2±0.05，Cr/(Mn+Ni)比值为1±0.05，Mn+Cr+Ni+Mo 3.0％～3.8％，其余为Fe和不可避免的杂质。
- 根据权利要求1所述的塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所得钢板的屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥1050MPa，V型夏比冲击功≥15J，洛氏硬度为31～34HRC且表层和心部的洛氏硬度差值≤1.6HRC。
- 一种塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，包括以下工序，加热：将钢坯送入加热炉中进行三段式加热，预热段温度为850～950℃，预热段停留时间≥60min，加热段温度为1100～1220℃，均热段温度为1210～1250℃，在炉时间≥240min；轧制：将所述加热工序中出炉后的钢坯轧制成钢板，开轧温度为1060～1140℃，终轧温度为980～1050℃；轧后冷却：将终轧所得钢板移至冷床上空冷至200℃以下；正火：将所述轧后冷却工序中冷却完成的钢板进行正火处理，正火温度T N为Ac 3+60℃≤T N≤Ac 3+90℃；正火后冷却：将所述正火工序所出的钢板移至冷床上空冷至T F，B f-50℃≤T F≤B f-20℃；交叉堆垛自回火：将钢板与温度为450～550℃的铁素体珠光体钢板进行交叉堆垛，堆垛期间钢板自回火，直至钢板的温度重新降低至T M，B f-50℃≤T M≤B f-20℃；之后拆垛并自然空冷至室温；其中，所述交叉堆垛为：底层和顶层均为铁素体珠光体钢板，且钢板和铁素体珠光体钢板逐层间隔层叠。
- 根据权利要求10所述的塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述钢板的长度L 2、宽度W 2、厚度H 2与所述铁素体珠光体钢板的长度L 1、宽度W 1、厚度H 1满足：L 1≥L 2+500mm，W 1≥W 2+300mm，H 1≥H 2。
- 根据权利要求10所述的塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所述轧后冷却工序和所述正火后冷却工序中的任一者或二者包括：首先，将钢板移至冷床上自然空冷，直至钢板的上表面温度降低至T A，B s+15℃≤T A≤B s+35℃；而后，开启风扇并通过风扇扰动钢板下方的空气，以控制钢板的上表面温度和下表面温度的差值≤5℃，直至钢板的上表面温度降低至T F；其中，风扇的吹风方向平行于钢板的下表面或者斜向下远离钢板的下表面。
- 根据权利要求10所述的塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所用钢坯的化学成分以质量百分比计为：C 0.33～0.38％、Si 0.11～0.19％、Mn 0.70～0.90％、P≤0.014％、S≤0.004％、Cr 1.40～1.80％、Ni 0.70～0.90％、Mo 0.16～0.24％，且Cr/Mn比值为2±0.05，Cr/(Mn+Ni)比值为1±0.05，Mn+Cr+Ni+Mo 3.0％～3.8％，其余为Fe和不可避免的杂质。
- 根据权利要求10所述的塑料模具钢板的生产方法，其特征在于，所得钢板的屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥1050MPa，V型夏比冲击功≥15J，洛氏硬度为31～34HRC，表层和心部的洛氏硬度差值≤1.6HRC。
- 一种塑料模具钢板，其特征在于，采用权利要求1所述的生产方法制备而成。
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