超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低成本超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼及其制造工藝，屬合金鋼制造工藝【技術(shù)領(lǐng)域】。該鋼的特征在于合金化學(xué)成分中各主要合金元素的質(zhì)量百分比為：C0.15～0.30%，Si0.10～0.30%，Mn2.00～3.00%，Cr1.00～2.00%，Mo0.10～0.30%，V0.10～0.30%，P＜0.03%，S＜0.03%，Ni0.10～0.30%，Nb≤0.15%，F(xiàn)e余量。本發(fā)明鋼的制備過程如下：配料、冶煉、澆濤，熱送；高溫?cái)U(kuò)撒熱熱處理，然后多向鍛造熱加工，及鍛后控制冷卻；最后進(jìn)行回火熱處理。本發(fā)明鋼具有短周期、低成本、高的淬透性、高硬度均勻性和皮紋蝕刻性能。
【專利說明】超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼及其制備方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明涉及一種塑膠模具鋼，具體涉及一種低成本超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模 具鋼，還涉及制備該塑膠模具鋼的制造工藝，屬合金鋼【技術(shù)領(lǐng)域】。 【背景技術(shù)】
[0002] 目前使用的大型塑膠模主要是美標(biāo)的718模具鋼和歐標(biāo)的1. 2738模具鋼，這些 模具鋼主要是用于制造汽車保險(xiǎn)杠用模和一些大型家電模，其中汽車保險(xiǎn)桿模具尺寸達(dá)到 2300mmX1800mmX800mm。這就要求模具材料具有較高的淬透性和硬度均勻性。因此，這類 模具鋼主要依賴進(jìn)口的718或1. 2738模具鋼。這將大大增加模具使用商的使用成本和相 關(guān)廣品的制造成本。
[0003] 隨著我國模具制造業(yè)的快速發(fā)展和模具鋼生產(chǎn)水平的不斷提高，目前我國已能成 功生產(chǎn)出大截面的718和1. 2738模具鋼，并在部分類型的汽車保險(xiǎn)杠用模具上得到應(yīng)用。 但是，用于718或1. 2738模具鋼的制造成本較高，并且制造周期長，這給模具使用商帶來巨 大的壓力。特別是2012年以來的全球經(jīng)濟(jì)底迷環(huán)境下，節(jié)約資源和降低成本是汽車制造業(yè) 的一大瓶頸。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種低成本超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼，具有較高 的淬透性和硬度均勻性，適用于制造汽車保險(xiǎn)杠用模和一些大型家電模。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：超大截面貝氏體預(yù)硬化塑 膠模具鋼，其創(chuàng)新點(diǎn)在于：所述鋼的化學(xué)成分中各合金元素的質(zhì)量百分比為：C為0. 25? 0· 40%，Si 為 0· 10 ?0· 30%，Mn 為 2. 00 ?3. 00%，Cr 為 1. 00 ?2· 00%，M〇 為 0· 10 ?0· 30%， V 為 0· 10 ?0· 30%，P < 0· 03%，S < 0· 03%，Ni 為 0· 10 ?0· 30%，Nb 彡 0· 15%，F(xiàn)e 余量。
[0006] 優(yōu)選的，所述鋼的化學(xué)成分中各合金元素的質(zhì)量百分比為：所述鋼的化學(xué)成分中 各合金元素的質(zhì)量百分比為：c為0. 28%，Si為0. 20%，Μη為2. 30%，Cr為1. 30%，Mo為0. 20%， V 為 0· 20%，P < 0· 020%，S < 0· 015%，Ni 為 0· 20%，Nb 為 0· 08%，F(xiàn)e 余量。
[0007] 本發(fā)明在718的基礎(chǔ)上降低Mo的含量，大大降低甚至不用Ni元素，大幅度提高Μη 元素的含量，從而大大降低該鋼的合金成本，即每噸鋼降低合金成本約1000元，相當(dāng)于一 副30噸的汽車保險(xiǎn)桿模具節(jié)約合金成本約3萬元以上。
[0008] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼的制備方法， 包括冶煉、高溫?cái)U(kuò)散熱處理、鍛造熱加工、鍛后預(yù)硬化處理和回火熱處理工序，具體步驟如 下： (1) 冶煉：按超上述大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼的化學(xué)成分及重量百分比為進(jìn)行 配料、電弧爐冶煉和精煉、然后進(jìn)行真空脫氣和澆鑄，然后熱送鍛造加熱爐； (2) 高溫?cái)U(kuò)散熱處理：加熱溫度為1150?1250°C，保溫時(shí)間為15?20h ; (3) 鍛造熱加工：將經(jīng)過高溫?cái)U(kuò)散熱處理的鋼錠降溫至950?1200°C溫度范圍內(nèi)進(jìn)行 多向鍛造加工，采用兩鐓兩拔鍛造方式，總鍛造壓縮比彡3,終鍛溫度彡850°C ; (4) 鍛后預(yù)硬化處理：鍛后采用水冷或霧冷，以大于0. 015°C /s的速度快速冷卻，至溫 度降到200°C以下裝回火加熱爐； (5) 回火熱處理：加熱至450?600°C，保溫20?40小時(shí)后冷速< 30°C /h冷至250°C 以下，出爐空冷。
[0009] 進(jìn)一步的，所述的高溫?cái)U(kuò)散熱處理，鋼錠升溫過程中分多級(jí)升溫，保證鋼錠內(nèi)外溫 度均勻，即分別在600°C、80(TC和1KKTC等溫；高溫?cái)U(kuò)散熱處理后在950?1200°C溫度等 溫，當(dāng)鋼錠溫度均勻后進(jìn)行鍛造處理。
[0010] 所述鍛后預(yù)硬化處理，鍛后采用風(fēng)冷或霧冷或水冷至200°c，立即回火處理，回火 處理2次，每次回火溫度450?600°C，每次回火保溫時(shí)間15?20h。
[0011] 本發(fā)明鋼種沒有或含有較低的Ni含量，因而不會(huì)有白點(diǎn)問題，所以在制造過程中 省去了長時(shí)間的擴(kuò)氫熱處理工序，這樣一方面大大縮短制造周期(縮短約7天時(shí)間)，另一方 面降低制造成本(每噸鋼降低約800-1000元)。
[0012] 此外，本發(fā)明鋼種由于較高含量的Μη元素，而具有較高的淬透性，在制造過程中 不需要像718或1. 2738鋼那樣采用調(diào)質(zhì)(淬火+回火)處理工藝來預(yù)硬化，而是可以利用鍛 造預(yù)熱，在鍛后進(jìn)行風(fēng)冷或霧冷或水冷等方式達(dá)到預(yù)硬化的目的。因此，這一方面縮短制造 周期(縮短約6天時(shí)間)，另一方面降低制造成本(每噸鋼降低約1200-1500元)。
[0013] 本發(fā)明的有益效果：與718或1. 2738鋼相比，本發(fā)明鋼種縮短制造周期約13-15 天，并且每噸鋼降低制造成本約3000-3500元。這為我國制造業(yè)尤其是汽車制造業(yè)帶來巨 大的貢獻(xiàn)，并且提高我國模具鋼制造水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為實(shí)施例1的超大截面貝氏體預(yù)硬化模具鋼CCT曲線。
[0015] 圖2為實(shí)施例1的超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼的金相組織。
[0016] 圖3為實(shí)施例1的超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼頭部截面硬度分布。
[〇〇17] 圖4實(shí)施例1的超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼尾部截面硬度分布。
[0018] 圖5為實(shí)施例1的超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼皮紋蝕刻案例。
[〇〇19] 圖6為實(shí)施例2的超大截面貝氏體預(yù)硬化模具鋼CCT曲線。
[0020] 圖7為實(shí)施例2的超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼的金相組織。
[0021] 圖8為實(shí)施例2的超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼的頭部截面硬度分布。
[0022] 圖9實(shí)施例2的超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼的尾部截面硬度分布。
[0023] 圖10為實(shí)施例2的超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼皮紋蝕刻案例。
[0024] 圖11為實(shí)施例3的超大截面貝氏體預(yù)硬化模具鋼CCT曲線。
[0025] 圖12為實(shí)施例3的超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼的金相組織。
[0026] 圖13為實(shí)施例3的超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼的頭部截面硬度分布。
[0027] 圖14為實(shí)施例3的超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼的尾部截面硬度分布。
[0028] 圖15為實(shí)施例3的超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼皮紋蝕刻案例。
[0029] 圖16為對(duì)比例1的預(yù)硬化模具鋼CCT曲線。
[0030] 圖17為對(duì)比例1的預(yù)硬化塑膠模具鋼的金相組織。
[0031] 圖18為對(duì)比例1的預(yù)硬化塑膠模具鋼的頭部截面硬度分布。
[0032] 圖19為對(duì)比例1的預(yù)硬化塑膠模具鋼的尾部截面硬度分布。
[0033] 圖20為對(duì)比例1的預(yù)硬化塑膠模具鋼皮紋蝕刻案例。
[0034] 圖21為對(duì)比例2的預(yù)硬化模具鋼CCT曲線。
[0035] 圖22為對(duì)比例2的預(yù)硬化塑膠模具鋼的金相組織。
[0036] 圖23為對(duì)比例2的預(yù)硬化塑膠模具鋼的頭部截面硬度分布。
[0037] 圖24為對(duì)比例2的預(yù)硬化塑膠模具鋼的尾部截面硬度分布。
[0038] 圖25為對(duì)比例2的預(yù)硬化塑膠模具鋼皮紋蝕刻案例。 【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)說明。
[0040] 實(shí)施例1 采用熱作模具鋼的組成成分及其重量百分比如下： C 為 0· 28%，Si 為 0· 20%，Μη 為 2. 30%，Cr 為 1. 30%，Mo 為 0· 20%， V 為 0· 20%，P 為 0· 020%，S 為 0· 015%，Ni 為 0· 20%，Nb 為 0· 08%，F(xiàn)e 余量。
[0041] 超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼的工藝過程和步驟如下： 1) 電爐冶煉：按上述的合金元素配比在電弧爐中進(jìn)行冶煉，然后爐外精煉和真空脫氣， 澆鑄成鋼錠后熱送鍛造加熱爐； 2) 高溫?cái)U(kuò)散熱處理：加熱溫度為1200?1250°C，保溫時(shí)間為15?20h ; 3) 鍛造熱加工：將經(jīng)過高溫?cái)U(kuò)散熱處理的鋼錠降溫至1150?1200°C溫度范圍內(nèi)進(jìn)行 多向鍛造加工，采用兩鐓兩拔鍛造方式，總鍛造壓縮比彡3,終鍛溫度彡850°C ; 4) 鍛后預(yù)硬化處理：鍛后采用風(fēng)冷或霧冷或水冷，保證鋼獲得貝氏體組織，至溫度降到 200°C以下裝回火加熱爐； 5) 回火熱處理：加熱至500?550°C，回火處理兩次，保溫20?30小時(shí)后爐冷至250°C 以下，出爐空冷。
[〇〇42] 本實(shí)施例超大截面貝氏體預(yù)硬化模具鋼經(jīng)過上述冶煉及熱加工和熱處理后，最終 成品規(guī)格為(長\寬\厚）2500_\1300_\1200_模塊，取樣進(jìn)行性能測(cè)試： A相變特性： 本實(shí)施例鋼的CCT曲線如附圖1所示。
[0043] B顯微組織： 本實(shí)施例鋼的顯微組織如附圖2所示。
[0044] C硬度均勻性測(cè)試： 本實(shí)施例鋼的截面硬度測(cè)試結(jié)果如附圖3所示。由圖可見，該鋼具有較高的硬度均勻 性，整個(gè)截面硬度波動(dòng)在± 1. 5HRC范圍內(nèi)。
[0045] D皮紋蝕刻性能： 本實(shí)施例的皮紋蝕刻案例如附圖4所示。由圖可見，該鋼具有較好的皮紋蝕刻性能。
[0046] 實(shí)施例2 采用熱作模具鋼的組成成分及其重量百分比如下： C 為 0· 15%，Si 為 0· 10%，Μη 為 3. 00%，Cr 為 1. 00%，Mo 為 0· 30%， V 為 0· 10%，P 為 0· 015%，S 為 0· 025%，Ni 為 0· 10%，Nb 為 0· 14%，F(xiàn)e 余量。
[0047] 本實(shí)施例超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼的制備方法同實(shí)施例1，其中回火加 熱至450?500°C。
[0048] 本實(shí)施例超大截面貝氏體預(yù)硬化模具鋼經(jīng)過上述冶煉及熱加工和熱處理后，最終 成品規(guī)格為(長\寬\厚）2500_\1300_\1200_模塊，取樣進(jìn)行性能測(cè)試： A相變特性： 本實(shí)施例鋼的CCT曲線如附圖5所示。
[0049] B顯微組織： 本實(shí)施例鋼的顯微組織如附圖6所示。
[0050] C硬度均勻性測(cè)試： 本實(shí)施例鋼的截面硬度測(cè)試結(jié)果如附圖7所示。由圖可見，改鋼具有較高的硬度均勻 性，整個(gè)截面硬度波動(dòng)在± 1. 5HRC范圍內(nèi)。
[0051] D皮紋蝕刻性能： 本實(shí)施例的皮紋蝕刻案例如附圖8所示。由圖可見，該鋼具有較好的皮紋蝕刻性能。
[0052] 實(shí)施例3 采用熱作模具鋼的組成成分及其重量百分比如下： C 為 0· 30%，Si 為 0· 30%，Μη 為 2. 00%，Cr 為 2. 00%，Mo 為 0· 10%， V 為 0· 30%，P 為 0· 03%，S 為 0· 03%，Ni 為 0· 30%，Nb 為 0· 10%，F(xiàn)e 余量。
[0053] 本實(shí)施例超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼的制備方法同實(shí)施例1。
[0054] 本實(shí)施例超大截面貝氏體預(yù)硬化模具鋼經(jīng)過上述冶煉及熱加工和熱處理后，最終 成品規(guī)格為(長\寬\厚）2500_\1300_\1200_模塊，取樣進(jìn)行性能測(cè)試： A相變特性： 本實(shí)施例鋼的CCT曲線如附圖9所示。
[0055] B顯微組織： 本實(shí)施例鋼的顯微組織如附圖10所示。
[0056] C硬度均勻性測(cè)試： 本實(shí)施例鋼的截面硬度測(cè)試結(jié)果如附圖11所示。由圖可見，改鋼具有較高的硬度均勻 性，整個(gè)截面硬度波動(dòng)在± 1. 5HRC范圍內(nèi)。
[0057] D皮紋蝕刻性能： 本實(shí)施例的皮紋蝕刻案例如附圖12所示。由圖可見，該鋼具有較好的皮紋蝕刻性能。
[0058] 對(duì)比例1 718組成成分及其重量百分比如下： C 為 0· 37, Si 為 0· 30, Μη 為 1. 40, Cr 為 2. 00, Mo 為 0· 20, P 為 0· 020, S 為 0· 003, Ni 為1.00, Fe余量。
[0059] 采用常規(guī)方法制備，成品規(guī)格為（長X寬X厚）2500mmX1300mmX1200mm模塊， 取樣進(jìn)行性能測(cè)試： A相變特性： 本實(shí)施例鋼的CCT曲線如附圖13所示。
[0060] B顯微組織： 本實(shí)施例鋼的顯微組織如附圖14所示。
[0061] C硬度均勻性測(cè)試： 本實(shí)施例鋼的截面硬度測(cè)試結(jié)果如附圖15所示。由圖可見，改鋼具有較高的硬度均勻 性，整個(gè)截面硬度波動(dòng)在± 2HRC范圍內(nèi)。
[0062] D皮紋蝕刻性能： 本實(shí)施例的皮紋蝕刻案例如附圖16所示。由圖可見，該鋼具有較好的皮紋蝕刻性能。
[0063] 對(duì)比例2 1. 2738組成成分及其重量百分比如下： C 為 0· 36, Si 為 0· 30, Μη 為 1. 50, Cr 為 2. 00, Mo 為 0· 20, P 為 0· 020, S 為 0· 003, Ni 為1.00, Fe余量。
[0064] 采用常規(guī)方法制備，成品規(guī)格為（長X寬X厚）2500mmX1300mmX1200mm模塊， 取樣進(jìn)行性能測(cè)試： A相變特性： 本實(shí)施例鋼的CCT曲線如附圖17所示。
[0065] B顯微組織： 本實(shí)施例鋼的顯微組織如附圖18所示。
[0066] C硬度均勻性測(cè)試： 本實(shí)施例鋼的截面硬度測(cè)試結(jié)果如附圖19所示。由圖可見，改鋼具有較高的硬度均勻 性，整個(gè)截面硬度波動(dòng)在± 3HRC范圍內(nèi)。
[0067] D皮紋蝕刻性能： 本實(shí)施例的皮紋蝕刻案例如附圖20所示。由圖可見，該鋼具有較好的皮紋蝕刻性能。
[0068] 表1為本發(fā)明的鋼種和對(duì)比例鋼種的性能比較
【權(quán)利要求】
1. 超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼，其特征在于：所述鋼的化學(xué)成分中各合金元素 的質(zhì)量百分比為刃為0.25?0.40%，5丨為0.10?0.30%，]?11為2.00?3.00%，0為1.00? 2. 00%，Mo 為 0· 10 ?0· 30%，V 為 0· 10 ?0· 30%，P < 0· 03%，S < 0· 03%，Ni 為 0· 10 ?0· 30%， Nb < 15%，F(xiàn)e 余量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼，其特征在于：所述鋼的 化學(xué)成分中各合金元素的質(zhì)量百分比為：C為0. 28%，Si為0. 20%，Μη為2. 30%，Cr為1. 30%， Mo 為 0· 20%，V 為 0· 20%，P < 0· 020%，S < 0· 015%，Ni 為 0· 20%，Nb 為 0· 08%，F(xiàn)e 余量。
3. -種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1的超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼的制備方法，其特征在 于：包括冶煉、高溫?cái)U(kuò)散熱處理、鍛造熱加工、鍛后預(yù)硬化處理和回火熱處理工序，具體步驟 如下： (1) 冶煉：按超上述大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼的化學(xué)成分及重量百分比為進(jìn)行 配料、電弧爐冶煉和精煉、然后進(jìn)行真空脫氣和澆鑄，然后熱送鍛造加熱爐； (2) 高溫?cái)U(kuò)散熱處理：加熱溫度為1150?1250°C，保溫時(shí)間為15?20h ; (3) 鍛造熱加工：將經(jīng)過高溫?cái)U(kuò)散熱處理的鋼錠降溫至950?1200°C溫度范圍內(nèi)進(jìn)行 多向鍛造加工，采用兩鐓兩拔鍛造方式，總鍛造壓縮比彡3,終鍛溫度彡850°C ; (4) 鍛后預(yù)硬化處理：鍛后采用水冷或霧冷，以大于0. 015°C /s的速度快速冷卻，至溫 度降到200°C以下裝回火加熱爐； (5) 回火熱處理：加熱至450?600°C，保溫20?40小時(shí)后冷速< 30°C /h冷至250°C 以下，出爐空冷。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼的制備方法，其特征在 于：所述高溫?cái)U(kuò)散熱處理，采用多級(jí)升溫，分別在600°C、80(TC和1KKTC等溫處理；高溫?cái)U(kuò) 散熱處理后在950?1200°C溫度等溫，鋼錠溫度均勻后進(jìn)行鍛造處理。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超大截面貝氏體預(yù)硬化塑膠模具鋼的制備方法，其特征在 于：所述回火處理工序回火處理2次，回火處理時(shí)間溫度均為450?600°C,回火處理時(shí)間 分別為15?20h。
【文檔編號(hào)】C22C38/58GK104046921SQ201410171834
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】周青春, 徐衛(wèi)明, 吳曉春, 顧金才, 錢強(qiáng), 王小飛, 丁勇, 劉鑫 申請(qǐng)人:如皋市宏茂重型鍛壓有限公司