專利名稱：一種預(yù)硬型塑料模具鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模具鋼，特別是涉及預(yù)硬型塑料模具鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
預(yù)硬型塑料模具鋼是由鋼廠預(yù)先經(jīng)過淬火和/或高溫回火處理后(硬度為28-40HRC)交貨的模具鋼，用戶在得到材料后，可直接加工成模具。這類鋼可避免在模具加工以后再進(jìn)行淬火、回火熱處理操作所造成的變形、開裂、脫碳等缺陷，同時(shí)具有良好的強(qiáng)韌性，切削性能和拋光性能等優(yōu)點(diǎn)，適宜制造形狀復(fù)雜、精密的塑料模具，在塑料模具鋼市場中占有較大的比例?，F(xiàn)在廣泛采用的預(yù)硬型塑料模具鋼其成分一般是在美國P20鋼(我國3Cr2Mo)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，各國模具鋼生產(chǎn)廠家基于本國的標(biāo)準(zhǔn)不斷改進(jìn)，形成企業(yè)自己的牌號。為了改善這類鋼的淬透性，適應(yīng)大截面模具熱處理的要求，在P20鋼的基礎(chǔ)上添加Ni或提高M(jìn)n、Mo的含量，如瑞典UDDEH0LM公司的718，德國SAARSTAH I公司的2311和2738，大同特殊鋼公司的H)S3，我國的3Cr2MnNiMo等。代表性的鋼種為P20和718，通過·鍛造和調(diào)質(zhì)處理P20的厚度可達(dá)到400mm，718的厚度可達(dá)到800mm，但是由于鍛造和調(diào)質(zhì)以及Ni等合金元素的加入，其材料成本明顯提高。CN101805820A涉及一種塑料模具鋼的預(yù)硬化處理方法，對P20進(jìn)行預(yù)硬化熱處理，得到硬度為300-380HB的預(yù)硬態(tài)中厚板。該項(xiàng)專利主要是針對塑料模具鋼P(yáng)20的預(yù)硬
化方法。CN101760701A涉及一種合金塑料模具鋼板及其生產(chǎn)方法，由以下重量百分含量的化學(xué)成分組成c 0. 30-0. 50 %, Si 0. 20-0. 50 %, Mn :0. 80-1. 80 %, P ^ O. 02%,S ^ O. 01%, Mo 0. 10-0. 50%, B :0. 001-0. 003%, Cr :1. 40-2. 00%, Ti :0. 015-0. 04%, V O. 01-0. 04%，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。該專利采用Cr-Mo-V-Ti-B系微合金復(fù)合強(qiáng)化，硬度區(qū)間為280-340HB。通過添加B提高鋼的淬透性，同時(shí)由于Ti等合金元素的加入，容易形成析出相，增加了冶煉難度?，F(xiàn)有技術(shù)的預(yù)硬化塑料模具鋼普遍具有制造成本高，淬火裂紋敏感性高的缺點(diǎn)。當(dāng)前我國模具制造業(yè)日益向通用化、高效率、短制造周期發(fā)展，同時(shí)節(jié)能減排及綠色鋼鐵也是行業(yè)發(fā)展的趨勢，為適應(yīng)這些發(fā)展的需要，預(yù)硬型塑料模具鋼的生產(chǎn)周期，生產(chǎn)成本，鋼材均勻性也日益受到關(guān)注。因此，需要開發(fā)一種具有良好機(jī)械加工性能，縮短生產(chǎn)周期，降低鋼制造成本，克服淬火裂紋敏感性高的缺點(diǎn)的新型預(yù)硬化塑料模具鋼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種預(yù)硬化塑料模具鋼。本發(fā)明利用V的微合金析出強(qiáng)化作用，替代了貴金屬Ni合金，降低了材料的合金成本，并利用控軋控冷和回火處理，保證了預(yù)硬化(或預(yù)硬型)塑料模具鋼所要求達(dá)到的硬度30-40HRC，且獲得均勻的貝氏體組織，具有良好機(jī)械加工性能。避免了調(diào)質(zhì)熱處理工藝，縮短了生產(chǎn)周期，克服預(yù)硬化塑料模具鋼制造成本高，淬火裂紋敏感性高的缺點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的預(yù)硬化塑料模具鋼，其化學(xué)成分如下(重量％ )C :0. 35-0. 45 %, Si :0. 25-0. 35 %，Mn :1. 30-1. 80 %, Cr :1. 5-2. O %, Mo :0. 1-0. 3 %, V
O.04-0. 12%, P ( O. 02%, S彡O. 008%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。除非另有指明，本發(fā)明中元素成分的含量均為重量百分?jǐn)?shù)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述預(yù)硬型塑料模具鋼的制造方法。本發(fā)明的預(yù)硬型塑料模具鋼的制造方法，包括如下步驟按上述成分冶煉，及LF+RH精煉(LF鋼包精煉，目的是調(diào)成分，調(diào)溫度，脫硫，造渣；RH精煉全稱RH真空循環(huán)脫氣精煉)模具鋼，采用模鑄澆注。本發(fā)明中采用LF脫硫、合金化，RH去除夾雜和有害氣體，模鑄是為了獲得大截面的板坯。澆注后的熱加工要求控制鋼錠均熱溫度為1150-1250°C，終軋溫度控制在860-950°C。軋制之后直接進(jìn)行空冷冷卻，冷卻到200°C以下再進(jìn)行550_650°C回火，獲得硬度水平30-40HRC的貝氏體模塊。有益效果本發(fā)明采用微量釩合金化替代價(jià)格昂貴的鎳合金，并利用釩的析出強(qiáng)化功能和適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)工藝相配合，得到了性能優(yōu)良的貝氏體塑料模具鋼。在達(dá)到與現(xiàn)有預(yù)硬型塑料模具鋼等同性能水平的情況下，改進(jìn)了生產(chǎn)工藝，省掉了調(diào)質(zhì)熱處理工序，從而可縮短生產(chǎn)周期，降低成本，有利于擴(kuò)大產(chǎn)能。


圖I是本發(fā)明鋼與比較鋼的淬透性試驗(yàn)結(jié)果得到的曲線。其中橫坐標(biāo)表示距離端淬面的距離，縱坐標(biāo)表示HRC硬度值。圖2是本發(fā)明鋼與比較鋼在相同工藝下正火后的硬度分布。圖3是本發(fā)明鋼與比較鋼在相同工藝下回火后的硬度分布。圖4是本發(fā)明的3#鋼與比較鋼6#的硬度與回火溫度的關(guān)系。圖5是本發(fā)明的3#鋼的金相組織。
具體實(shí)施例方式
以下對本發(fā)明進(jìn)行較為詳細(xì)的說明。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的預(yù)硬型塑料模具鋼中各元素成分的控制理由如下C :0. 35-0. 45%，碳在本發(fā)明中是保證硬度和淬透性的重要元素，碳含量太低則不能保證大截面的硬度均勻性，碳含量太高，則容易造成偏析和應(yīng)力開裂。因此，本發(fā)明中控制碳含量為O. 35-0. 45%。
Si :0. 25-0. 35%，本發(fā)明中適當(dāng)?shù)腟i含量可以幫助脫氧，并有助于改善加工性能，但含量太高的硅會(huì)造成組織偏析，降低韌性和切削加工性能。因此，本發(fā)明中控制Si含量為 O. 25-0. 35%。Mn :1. 3-1. 75%，錳在本發(fā)明中能顯著提高淬透性，Mn含量太低時(shí)，難以保證強(qiáng)度和硬度；而Mn含量太高時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致板坯心部偏析，造成組織不均，影響加工性能。因此，本發(fā)明中控制Mn含量為I. 3-1. 75%。
Cr :1. 5-2.0%，鉻在本發(fā)明中能提高鋼的淬透性，同時(shí)鉻含量彡I. 5%還能夠改善鋼的耐蝕性能。因此，本發(fā)明控制Cr含量為I. 5-2. 0%。Mo 0. 1~0. 3%, Mo在本發(fā)明中能提聞回火穩(wěn)定性,并有助于提聞大截面的組織和硬度均勻性，但含量Mo太高，則增加成本。本發(fā)明中適合的Mo含量為O. 1-0.3%。V :0.04-0. 12%，本發(fā)明中釩具有較高的析出強(qiáng)化作用，在軋制和回火的過程中，從鐵素體中析出碳氮化物，能夠提高強(qiáng)度和硬度，從而降低其他合金元素的添加量。但含量過高，將嚴(yán)重影響鋼的塑性和韌性。因此，本發(fā)明中控制V為O. 04-0. 12%。P ^ 0.02%, S ^ O. 008%，磷和硫?yàn)殡s質(zhì)元素，應(yīng)盡量降低其含量，以減少偏析。本發(fā)明中，控制P彡O. 02%, S彡O. 008%。本發(fā)明的上述預(yù)硬型塑料模具鋼可按照如下方法制造 按上述成分冶煉，及LF+RH精煉模具鋼，采用模鑄澆注。本發(fā)明中采用LF脫硫、合金化，RH去除夾雜和有害氣體，模鑄是為了獲得大截面的板坯。澆注后的鋼錠進(jìn)行熱加工，控制均熱溫度為1150_1250°C，終軋溫度控制在860-950°C。軋制之后直接進(jìn)行空冷冷卻，冷卻到200°C以下再進(jìn)行550_650°C回火，獲得硬度水平30-40HRC的貝氏體模塊。實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明的上述合金成分，冶煉了 6爐鋼，其化學(xué)成分如表I所示，為了與CN101760701A和718進(jìn)行比較，設(shè)計(jì)了 5#和6#鋼的成分作為對照鋼。表I中的鋼經(jīng)過冶煉鑄造后，在1200°C下加熱，終軋溫度控制在900°C，軋制成100_厚板。表I本冶煉鋼及718的化學(xué)成分(wt % )
權(quán)利要求
1.塑料模具鋼，其重量百分比化學(xué)成分為C0. 35-0. 45%, Si 0. 25-0. 35 %, Mn:I.30-1. 80%, Cr 1. 5-2. 0%, Mo 0. 1-0. 3%, V 0. 04-0. 12%, P 彡 O. 02%, S 彡 O. 008%,其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求I所述的塑料模具鋼，其特征在于，C:0. 36-0. 45%。
3.如權(quán)利要求I或2所述的塑料模具鋼，其特征在于，Mn:1. 30-1. 75%。
4.如權(quán)利要求1-3任一所述的塑料模具鋼，其特征在于，P< O. 015%。
5.如權(quán)利要求1-4任一所述的塑料模具鋼，其特征在于，S< O. 006%。
6.如權(quán)利要求1-5任一所述的預(yù)硬化塑料模具鋼，其特征在于，Cr:1. 54-2. 0%。
7.如權(quán)利要求1-6任一所述的塑料模具鋼，其特征在于，Mo:0. 15-0. 25%。
8.如權(quán)利要求1-7任一所述的塑料模具鋼，其特征在于，所述鋼為全貝氏體組織，硬度為 30-40HRC。
9.如權(quán)利要求1-8任一所述的塑料模具鋼的制造方法，包括 冶煉和LF+RH精煉，并采用模鑄澆注； 澆注后的鋼錠均熱溫度為1150-1250°C，進(jìn)行熱軋，其終軋溫度控制在860-950°C ； 軋制之后直接進(jìn)行空冷冷卻，冷卻到200°C以下； 冷卻的鋼在550-650°C進(jìn)行回火，獲得硬度水平HRC30-40的貝氏體模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及預(yù)硬化塑料模具鋼，其重量百分比化學(xué)成分為C0.35-0.45％，Si0.25-0.35％，Mn1.30-1.80％，Cr1.5-2.0％，Mo0.1-0.3％，V0.04-0.12％，P≤0.02％，S≤0.008％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。所述預(yù)硬化塑料模具鋼的制造方法，包括按上述成分冶煉，及LF+RH精煉，并采用模鑄澆注；澆注后的鋼錠均熱溫度為1150-1250℃，進(jìn)行熱軋，其終軋溫度控制在860-950℃；軋制之后直接進(jìn)行空冷冷卻，冷卻到200℃以下；冷卻的鋼在550-650℃進(jìn)行回火，獲得硬度水平30-40HRC的貝氏體模塊。本發(fā)明預(yù)硬化塑料模具鋼在達(dá)到與現(xiàn)有預(yù)硬型塑料模具鋼等同性能水平的情況下，改進(jìn)了生產(chǎn)工藝，省掉了調(diào)質(zhì)熱處理工序，從而可縮短生產(chǎn)周期，降低成本，有利于擴(kuò)大產(chǎn)能。
文檔編號C21D8/02GK102899571SQ201110209430
公開日2013年1月30日 申請日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者余大江, 陸明和, 張忠鏵 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司