一種塑料模具鋼材及塑料成型模具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于塑料成型用模具的鋼材，該鋼材主要由下列元素構(gòu)成：以重量％計(jì)，C：0.015-0.025%，Si：0.02-0.05%，Mn：0.09-0.21%，P：0.005-0.02%，S：0.005-0.015%，Alt：0.02-0.06%；Cr：0.05-0.09%，V：0.02-0.04%，N：0.002-0.004%，余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。本發(fā)明的塑料成型用模具是采用上述的用于塑料成型用模具的鋼材作為原料而制成的。因此，該模具具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性、耐腐蝕性以及比較強(qiáng)的硬度，能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的各種需要。
【專利說明】一種塑料模具鋼材及塑料成型模具【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于塑料成型用模具的鋼材以及塑料成型用模具，屬于金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在塑料零件成形模具中，被壓制的塑料種類、生產(chǎn)的批量、工件的復(fù)雜程度、尺寸精度和表面粗糙度等質(zhì)量要求是決定塑料模具用鋼選擇的主要因素。塑料大致分為熱固性塑料和熱塑性塑料兩大類，每類又分為不同的品種。由于壓制塑料的品種不同，以及對(duì)塑料制品的尺寸、形狀、精度、表面粗糙度等的不同要求，對(duì)塑料模具用鋼的耐磨性、抗腐蝕性、耐熱性、耐壓性、磁學(xué)性能、微變形和鏡面拋光性能等有不同的要求。通用型塑料模具用鋼用于生產(chǎn)通用型塑料(如聚乙烯、聚丙烯)工件的模具。當(dāng)生產(chǎn)批量較小，尺寸精度和表面粗糙度無特殊要求而且模具截面不大時(shí)，可以采用碳素結(jié)構(gòu)鋼SM50、SM55鋼或低碳鋼10、20鋼制造，前者采用調(diào)質(zhì)或正火處理，后者采用滲碳加淬回火處理。低碳鋼由于變形抗力低、塑性好，主要使用于采用冷擠壓成形的方法壓制模具型腔制造模具。如上所述，近來人們已經(jīng)要求用于塑料成型用模具的鋼材具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性、耐腐蝕性和硬度。但是，還沒有鋼材能夠完全滿足所有的要求，因此，迫切的需要一種新的技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]因此，本發(fā)明正是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在技術(shù)問題，提供一種用于塑料成型用模具的鋼材，與傳統(tǒng)的鋼材相比，該鋼材在導(dǎo)熱性、耐腐蝕性和硬度之間具有優(yōu)異的平衡性。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種用于塑料成型用模具的鋼材，該鋼材主要由下列元素構(gòu)成:以重量％計(jì)，C:0.015-0.025%, Si:0.02-0.05%, Mn:0.09-0.21%, P:0.005-0.02%, S:0.005-0.015%, Alt:0.02-0.06% ；Cr:0.05-0.09%, V:0.02-0.04%, N:0.002-0.004%，余量為 Fe 和其他不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0005]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述鋼材還包括以下元素，以重量％計(jì)，還包括Nb:0.01% ~0.03%, Ti:0.01% ~0.03%。
[0006]一種用于塑料成型用模具的鋼材，該鋼材主要由下列元素構(gòu)成:以重量％計(jì)，C:0.018-0.023%, Si:0.025-0.045%, Mn:0.092-0.20%, P:0.0053-0.18%, S:0.0052-0.014%,Alt:0.025-0.056% ；Cr:0.053-0.089%, V:0.022-0.034%, N:0.0025-0.0034%，余量為 Fe 和其他不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0007]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述鋼材還包括以下元素，以重量％計(jì)，還包括Nb:0.015% ~0.028%, T1:0.013% ~0.028%。
[0008]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述該 鋼材主要由下列元素構(gòu)成:以重量％計(jì)，C:0.019-0.022%, Si:0.026-0.044%, Mn:0.093-0.18%, P:0.0055-0.16%, S:0.0054-0.012%,Alt:0.03-0.05% ；Cr:0.054-0.088%, V:0.025-0.032%, N:0.0026-0.0032%，余量為 Fe 和其他不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0009]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述該鋼材主要由下列元素構(gòu)成:以重量％計(jì)，C:0.020-0.021%, Si:0.028-0.04%, Mn:0.096-0.16%, P:0.0058-0.15%, S:0.0058-0.01%,Alt:0.035-0.045% ；Cr:0.06-0.08%, V:0.03-0.031%, N:0.0028-0.003%，余量為 Fe 和其他
不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0010]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述該鋼材主要由下列元素構(gòu)成:以重量％計(jì)，C:0.020%, S1:0.03%, Mn:0.15%, P:0.12%, S:0.009%, Alt:0.04% ；Cr:0.07%, V:0.03%, N:0.0029%，余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0011] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述鋼材還包括以下元素，以重量％計(jì)，還包括Nb:0.016% ~0.026%, T1:0.015% ~0.026%。
[0012]一種塑料成型用模具，其是通過上述任意一項(xiàng)所述的鋼材作為原料而制成的。
[0013]上述技術(shù)方案所述元素之所以這樣選擇，具體理由如下:
C:若要將C含量降低到0.015%以下，金屬溶液流動(dòng)性差，C含量高時(shí)，合金組織中碳化物數(shù)量多，基體硬度高，耐磨性好，但是如果C超過一定量，再隨著C含量增加，碳化物顯著增加，韌性、抗沖擊性能下降。煉鋼工序的成本和制造難度均會(huì)限制提高。C含量超過0.025%容易產(chǎn)生連鑄坯角裂等質(zhì)量缺陷，且從調(diào)質(zhì)度角度出發(fā)，C含量也不易過高，而且C是重要固溶強(qiáng)化元素，鋼中C含量可直接影響鋼基體中滲碳體含量，隨著碳含量增加，組織中滲碳體含量增加，鋼板強(qiáng)度相對(duì)提高。本發(fā)明根據(jù)實(shí)際煉鋼生產(chǎn)能力，優(yōu)選范圍是0.015% ~0.025%。
[0014]Si =Si含量超過0.05%時(shí)，Si與氧的親和力大于鉻，既能脫氧，又可在熔煉過程中減少鉻的損失。Si可以固溶于基體中起到固溶強(qiáng)化的作用，隨著Si含量的增加基體硬度隨之增加，而鋼板的脆性也隨之增大。Si在溫度較大，一般大于900°C時(shí)，能形成致密的氧化層，在一定程度上提高剛材料表面抗氧化性能。綜合考慮其沖擊韌性和抗氧化性，本發(fā)明技術(shù)方案設(shè)定Si含量0.02~0.005%。
[0015]Mn =Mn是重要固溶強(qiáng)化元素，為了保證鋼的綜合機(jī)械強(qiáng)度，添加適當(dāng)Mn提高鋼板強(qiáng)度，同時(shí)錳對(duì)鋼水有脫氧脫硫作用，有利于消除鋼中的非金屬夾雜物、改善夾雜物的形態(tài)及分布，從而提高鋼的強(qiáng)度和韌性。Mn能夠與Fe無限固溶，提高材料強(qiáng)度、韌性，與其他合金相比，其價(jià)格較為低廉，可以部分替代其他合金。本發(fā)明技術(shù)方案設(shè)定Mn含量范圍為0.09% ~0.21%。
[0016]P:該技術(shù)方案中，P、S元素為雜質(zhì)元素，并且如果這兩種元素含量較高，會(huì)降低鋼材料的其含量越低越好，該技術(shù)方案中，限度控制范圍在P:0.005%~0.020%，S是0.005~0.015%。
[0017]Alt:A1與氧的親和力比較大，既能保證熔煉時(shí)脫氧充分，又能固溶于鋼中。該技術(shù)方案中Al的作用如下，首先Al作為脫氧劑，為保證脫氧效果，Alt含量不小于0.02% ；其次是用于固N(yùn)，為了提高材料的耐時(shí)效性能，必須含有足夠量的Al，以便與鋼中的N生產(chǎn)AlN,但Alt含量過高，易在澆鑄過程中水口堵塞問題，并容易形成Al2O3非金屬夾雜物。優(yōu)選范圍是0.02~0.06%ο
[0018]Cr:本發(fā)明中，Cr作為重要的碳化物形成元素，用于固定鋼中的C元素，以提高材料的抗時(shí)效性能，高鉻合金之所以有較高的耐熱性能，主要是Cr的加入使合金外表層在高溫作用下能生成一層致密的Cr203保護(hù)層，阻止或延緩了合金的氧化過程由外部氧化轉(zhuǎn)向內(nèi)部氧化。在高溫工況下，由于受應(yīng)力等的作用，氧化膜及下表層產(chǎn)生裂紋，為合金的內(nèi)部氧化提供了供氧通道。高鉻合金本身對(duì)裂紋有修復(fù)能力，Cr含量越高，對(duì)裂紋修復(fù)能力越強(qiáng)；鉻含量低于于0.05%時(shí)，組織中出現(xiàn)硬度較低的MC3型碳化物，耐磨性較差，且碳化物晶界分布導(dǎo)致材料脆性大；鉻含量大于0.09%時(shí)，組織中出現(xiàn)高硬度的M7C3型碳化物，耐磨性好；隨著鉻碳比的進(jìn)一步提高，M7C3碳化物減少，固溶于奧氏體基體中的部分鉻會(huì)析出M23C6型碳化物，材料硬度降低，耐磨性反而下降，且高鉻容易形成脆性化合物，鑄造性能差。，該技術(shù)方案中，限定Cr含量0.05~0.09%。
[0019]V:該技術(shù)方案中，V用于固定鋼中的C、N元素，此外V形成的碳、氮化合物對(duì)鋼的韌性有利，同時(shí)，其含量過高時(shí)，鋼的強(qiáng)度會(huì)明顯升高，限定其范圍為0.002~0.04%。
[0020]N:N元素容易引起材料時(shí)效的主要因素，在本發(fā)明中屬于盡量降低的元素，但N含量越低，煉鋼控制難度越大，綜合考慮，限定N含量0.002%~0.004%。.Nb和Ti =Nb, Ti是常見的微合金強(qiáng)化元素，能夠明顯改善鋼的綜合性能。Ti是很強(qiáng)的固N(yùn)元素，利用0.01%左右的Ti就可固定鋼中0.004%以下的N，形成細(xì)小的高溫穩(wěn)定的TiN析出相，這種細(xì)小的TiN粒子可有效地阻礙高溫時(shí)的奧氏體晶粒長(zhǎng)大，也有助于提高Nb在奧氏體中的固溶度，從而間接提高了鈮的強(qiáng)化作用。由于加入微合金元素Nb，阻止了晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化了晶粒， 提高了產(chǎn)品力學(xué)性能。Nb、Ti的復(fù)合微合金化的強(qiáng)化機(jī)制，包括析出強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化。適量的Ti能形成細(xì)小的TiN，又能有效阻止晶粒粗化。Nb、Ti在較低碳含量的鋼中具有明顯的析出強(qiáng)化作用，為了進(jìn)一步加強(qiáng)鋼材料的耐磨性，本發(fā)明技術(shù)方案設(shè)定Nb含量范圍為0.01%~0.03%、Ti的含量范圍為0.01%~0.03% ；
本發(fā)明的塑料成型用模具是采用上述的用于塑料成型用模具的鋼材作為原料而制成的。因此，該模具具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性、耐腐蝕性以及比較強(qiáng)的硬度，能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的各種需要。
[0021]
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了加深對(duì)本發(fā)明的認(rèn)識(shí)和理解，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的說明和介紹。
[0023]實(shí)施例1: 一種用于塑料成型用模具的鋼材，該鋼材主要由下列元素構(gòu)成:以重量％計(jì)，C:0.015%, Si:0.02%, Mn:0.09%, P:0.005%, S:0.005%, Alt:0.02% ；Cr:0.05%, V:0.02%, N:0.002%, Nb:0.01%, T1:0.01%。余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0024]實(shí)施例2:—種用于塑料成型用模具的鋼材，該鋼材主要由下列元素構(gòu)成:以重量％計(jì)，C:0.025%，S1: 0.05%, Mn: 0.21%，P:0.02%，S: 0.015%, Alt:0.06% ；Cr:0.09%,
V:0.04%, N:0.004%, Nb:0.03%, T1:0.03%。余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0025]實(shí)施例3:—種用于塑料成型用模具的鋼材，該鋼材主要由下列元素構(gòu)成:以重量 ％ 計(jì)，C:0.018%, Si:0.025%, Mn:0.092%, P:0.0053%, S:0.0052%, Alt:0.025% ；Cr:0.053%, V:0.022%, N:0.0025%, Nb:0.015%, T1:0.013%，余量為 Fe 和其他不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0026]實(shí)施例4: 一種用于塑料成型用模具的鋼材，該鋼材主要由下列元素構(gòu)成:以重量％計(jì)，C:0.023%, Si:0.045%, Mn:0.20%, P:0.18%, S:0.014%, Alt:0.056% ；Cr:0.089%,
V: 0.034%, N:0.0034%, Nb:0.028%, T1:0.028%，余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0027]實(shí)施例5:作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述該鋼材主要由下列元素構(gòu)成:以重量％計(jì)，C:0.019%, Si:0.026%, Mn:0.093%, P:0.0055%, S:0.0054%, Alt:0.03% ；Cr:0.054%, V:0.025%, N:0.0026%, Nb:0.016%, T1:0.015%，余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0028]實(shí)施例6:作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述該鋼材主要由下列元素構(gòu)成:以重量％計(jì)，C:0.022%, Si:0.044%, Mn:0.18%, P:0.16%, S:0.012%, Alt:0.05% ；Cr:0.088%, V:0.032%, N:0.0032%, Nb:0.026%, T1:0.026%，余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0029]實(shí)施例7:作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述該鋼材主要由下列元素構(gòu)成:以重量％計(jì)，C:0.020%, Si:0.028%, Mn:0.096%, P:0.0058%, S:0.0058%, Alt:0.035% ；Cr:0.06%, V:
0.03%, N:0.0028%, Nb:0.016%, T1:0.015%, Nb:0.018%, T1:0.019%，余量為 Fe 和其他不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0030]實(shí)施例8:作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述該鋼材主要由下列元素構(gòu)成:以重量％計(jì)，C:0.021%, Si:0.04%, Mn:0.16%, P:0.15%, S:0.01%, Alt:0.045% ；Cr:0.08%, V:0.031%,N:0.003%, Nb:0.025%, T1:0.025%, Nb:0.022%, T1:0.022%，余量為 Fe 和其他不可避免的雜
質(zhì)構(gòu)成。
[0031]實(shí)施例9:作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述該鋼材主要由下列元素構(gòu)成:以重量％計(jì)，C:0.020%, Si:0.03%, Mn:0.15%, P:0.12%, S:0.009%, Alt:0.04% ；Cr:0.07%, V:0.03%,N:0.0029%, Nb:0.016%~0.026%, T1:0.015%~0.026%，余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
[0032]實(shí)施例10:本發(fā)明模具是采用上述的本發(fā)明鋼材作為原料而制成的模具。從耐磨性、耐腐蝕性、鏡面特性等角度來說，本發(fā)明模具的硬度優(yōu)選在49HRC-53HRC的范圍內(nèi)。本發(fā)明模具的硬度是指模具材料(基礎(chǔ)材料)本身的硬度，并且該硬度是通過對(duì)既未經(jīng)過冷加工的加工硬化也未受到各種表面處理的任何影響的部分進(jìn)行檢測(cè)而確定的。
[0033]需要說明的是上述實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并沒有用來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上作出的等同替換或者替代，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于塑料成型用模具的鋼材，該鋼材主要由下列元素構(gòu)成:以重量％計(jì)，C:0.015-0.025%, Si:0.02-0.05%, Mn:0.09-0.21%, P:0.005-0.02%, S:0.005-0.015%, Alt:0.02-0.06% ；Cr:0.05-0.09%, V:0.02-0.04%, N:0.002-0.004%，余量為 Fe 和其他不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于塑料成型用模具的鋼材，其特征在于，所述鋼材還包括以下元素，以重量％計(jì)，還包括Nb:0.01%~0.03%, T1:0.01%~0.03%。
3.一種用于塑料成型用模具的鋼材，該鋼材主要由下列元素構(gòu)成:以重量％計(jì)，C:0.018-0.023%, Si:0.025-0.045%, Mn:0.092-0.20%, P:0.0053-0.18%, S:0.0052-0.014%,Alt:0.025-0.056% ；Cr:0.053-0.089%, V:0.022-0.034%, N:0.0025-0.0034%，余量為 Fe 和其他不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于塑料成型用模具的鋼材，其特征在于，所述鋼材還包括以下元素，以重量％計(jì)，還包括Nb:0.015%~0.028%, T1:0.013%~0.028%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于塑料成型用模具的鋼材，其特征在于，所述該鋼材主要由下列元素構(gòu)成:以重量％計(jì)，C:0.019-0.022%, Si:0.026-0.044%, Mn:0.093-0.18%, P:0.0055-0.16%, S:0.0054-0.012%, Alt:0.03-0.05% ；Cr:0.054-0.088%, V:0.025-0.032%,N:0.0026-0.0032%，余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述用于塑料成型用模具的鋼材，其特征在于，所述該鋼材主要由下列元素構(gòu)成:以重量％計(jì)，C:0.020-0.021%, S1:0.028-0.04%, Mn:0.096-0.16%, P:0.0058-0.15%, S:0.0058-0.01%, Alt:0.035-0.045% ；Cr:0.06-0.08%, V:0.03-0.031%, N:0.0028-0.003%，余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述用于塑料成型用模具的鋼材，其特征在于，所述該鋼材主要由下列元素構(gòu)成:以重量％計(jì)，C:0.020%, Si:0.03%, Mn:0.15%, P:0.12%, S:0.009%, Alt:0.04% ；Cr:0.07%, V:0.03%, N:0.0029%，余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于塑料成型用模具的鋼材，其特征在于，所述鋼材還包括以下元素，以重量％計(jì)，還包括Nb:0.016%~0.026%, T1:0.015%~0.026%。
9.一種塑料成型用模具，其是通過使用權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的鋼材作為原料而制成的。
【文檔編號(hào)】C22C38/24GK103898414SQ201410127570
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】曲景春, 許民, 李義龍 申請(qǐng)人:江蘇聯(lián)峰能源裝備有限公司