專利名稱：一種非調制的塑料模具鋼厚板生產工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種塑料模具鋼的生產工藝，具體地說是一種低成本非調制的塑料模具鋼厚板生產工藝。
背景技術：
隨著我國塑料工業的迅速發展，市場對大型塑料模具鋼的需求量日益增加，為了提高模具的使用壽命，模具的加工精度及塑料制品的質量，對模具鋼的質量要求越來越高。預硬型塑料模具鋼是指將熱加工后的鋼板先進性調質處理，通過淬火處理及高溫回火處理，獲得回火索氏體組織，達到塑料模具鋼要求的硬度范圍，再進行刻模加工，待模具成形后不需要再進行最終熱處理，從而避免由于熱處理引起的模具變形和裂紋問題。預硬型塑料模具鋼雖然具有上述優點，但也存在淬火裂紋敏感性高、生產成本高、制造周期長的特點。預硬型塑料模具鋼尤其是大截面的塑料模具鋼，對淬透性有很高的要求，典型鋼種 P20/718就是通過添加Cr、Mn及貴金屬Ni、Mo等提高淬透性的合金元素，從而得到提高淬透性的目的。貴金屬及預硬化導致制造成本的增加，而且預硬化模具鋼制造周期加長了。由于調質處理，硬度受截面不同部位冷速的影響較大，導致大截面硬度分布的不均勻。淬火馬氏體的硬度隨回火溫度的變化敏感，生產中很難回火爐內溫度均勻分布。導致切削加工性能受到影響。大截面鋼板在淬火過程中由于截面溫差導致應力大，淬火開裂。采用非調質鋼代替調質是一個很好的克服預硬化塑料模具鋼上述缺點的解決方案。非調質鋼通過Cr、Mn、Mo等主要元素進行合金化，提高淬透性，并添加微量Ti、B、N等微合金化元素進行沉淀強化和細晶強化，使鋼在軋后空冷即可獲得調質處理所能得到的性能。國內已有工廠利用厚板軋制生產非調質塑料模具鋼板，但鑒于厚板厚度方向的硬度均勻性，一般采用加入Mo，Ni等合金元素，生產成本高。專利號200610028195. 6公開了一種超厚非調質塑料模具鋼及其制造方法，克服了預硬化塑料模具鋼制造成本高，淬火裂紋敏感性高以及已有非調質塑料模具鋼成形厚度小的缺點，保證了大截面塑料模具鋼能夠獲得貝氏體組織及硬度，采用鍛造的方式進行熱加工，控制鍛后冷卻速度，實現了厚度超過300mm的超厚塑料模具鋼的非調質化。但其采用鑄坯鍛造的方式生產，生產環節多，生產效率低。

發明內容
為了克服預硬化塑料模具鋼制造成本高，制造周期長，淬火裂紋敏感性高及已有非調質塑料模具鋼合金元素較多，碳當量較高，截面硬度不均勻的缺點，本發明的目的是提供一種低成本非調制的塑料模具鋼厚板生產工藝。該生產工藝通過對合金成分進行控制， 不添加Ni，加入少量Mo，B，V并適當提高Cr含量，使其具有較高淬透性；軋后進行水冷，控制終軋溫度、返紅溫度、冷卻速度，使大截面鋼板獲得貝氏體組織，實現120mm的塑料模具鋼的非調質化。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的
一種非調制的塑料模具鋼厚板生產工藝，其特征在于該生產工藝采用轉爐冶煉、 LF+RH精煉，澆注連鑄坯；加熱溫度為1150-1200°C，精軋溫度為900-950°C，終軋溫度為 860-9000C ；鋼板軋后控冷，利用相變強化和微合金碳氮化物的析出強化，使鋼板截面在不進行調質處理的情況下，其組織和性能沿截面的分布均勻，獲得截面硬度為300-340的塑料模具鋼，截面硬度均勻性達到P20預硬化鋼板的要求；并通過軋后再回火，消除應力，避免鋸切開裂，回火后硬度均勻，截面獲得粒狀貝氏體組織；具體要求如下
1)采用轉爐冶煉、LF+RH精煉，連鑄方式澆注得到連鑄坯，將H控制在1.5ppm以下，N 控制在50ppm以下，S控制在50ppm以下；澆注時，保證10_20°C過熱度，連鑄坯的化學成分滿足碳 0. 25-0. 33%、硅0. 20-0. 70%、猛1. 10-1. 50%、鉻1. 40-2. 00%、鉬;^ 0. 20%、磷彡0. 01%、硫彡0. 005%、鈦彡0. 03%、硼彡0. 003%、釩彡0. 15%，其余為鐵；
2)采用熱送溫裝，入爐溫度大于250°C，加熱爐加熱溫度為1150-1200°C，總加熱時間 4-5h ；采用高溫、低速強壓下的軋制方式，縱橫交叉軋制；粗軋溫度為1050-1150°C，中間坯厚度為l_2h，終軋溫度控制在850-900°C ；
3)軋后進行水冷至50(TC返紅，然后風冷至20(TC下線；
4)鋼板軋后在500-550°C再回火，調整硬度，消除軋后冷卻過程中產生的內應力，防止模具在加工過程產生變形和開裂，得到非調制的塑料模具鋼厚板。本發明的特點就是通過C-Mn-Cr合金化技術，同時添加少量Mo，V，B和Ti等多元合金元素，利用微合金V來保證其力學性能，加入適量的B及Mo來保證淬透性，并降低碳當量。克服預硬化塑料模具鋼制造成本高，制造周期長，淬火裂紋敏感性高。且已有塑料模具厚板厚度方向的硬度均勻性的控制困難，加入淬透性較好的貴金屬Ni和Mo等元素，增加的生產成本。要想全截面獲得貝氏體組織，就要抑制奧氏體向鐵素體及珠光體的轉變，添加 Mn, Cr, Mo抑制奧氏體向鐵素體及珠光體的轉變有顯著作用，使該鋼具有較高的淬透性，適量控制Ti和N，抑制鋼在高溫軋制時奧氏體晶粒長大，保證鋼在軋制冷卻后具有良好機械性能。避免BN的形成，充分發揮B的有效作用。鋼的奧氏體連續冷卻轉變曲線中貝氏體轉變曲線應具有偏平特征。C是提高鋼的硬度和強度最有效的元素，固溶強化作用顯著，但C過高會降低貝氏體轉變溫度，不利于貝氏體的形成，且但為了減小鋼的切割裂紋敏感性，改善鋼的焊接性能，需要降低碳含量；
Mn含量大于1. 7%時有利于獲得貝氏體組織，太高會增加碳當量，增加氣割裂紋敏感性和惡化鋼的焊接性能。Mo固溶于基體中強烈推遲鐵素體和珠光體轉變，特別有利于貝氏體組織的形成， 但含量過高會形成碳化物，影響其作用；
Cr強烈推遲珠光體轉變，促進貝氏體相變，提高鋼的硬度。CrMo同時加入效果更明顯， 有利于貝氏體的形成。但Cr過高會降低貝氏體轉變溫度，同時使碳當量增大。V使鋼在軋后從鐵素體中析出碳氮化物，提高鋼的硬度和強度，有利于大截面獲得貝氏體組織，但過高嚴重降低鋼的塑性和韌性；
4B固溶于基體中強烈中溫組織轉變，它和鉬復合加入有助于在很寬冷速范圍獲得貝氏體組織，但含量過高會形成碳化物。Ti和氮、氧的親和力比B高，添加一定量Ti，先于B形成TiN，避免BN，充分發揮B 提高淬透性的作用，同時形成的TiN在晶界處起釘扎阻礙奧氏體晶粒長大，提高韌性。Al可以幫助脫氧，并和鈣，硅一起形成硅酸鹽，有助于改善加工性能，還可以避免低熔點Cr-Mn復合氧化物形成，防止表面裂紋產生。Ca使鋼中氧化物和硫化物變性，并且變性后的硫化物將氧化物包裹，有利于改善鋼的切削加工性能。本發明中，將H控制在1. 5ppm以下，防止由于H含量過高導致的鋼板探傷不合；N 控制在50ppm以下，太多的N將形成粗大的TiN，不利于切削性能，同時避免BN，充分發揮B 提高淬透性的作用；同時S控制在50ppm以下；澆注時，保證10-20°C過熱度，采用輕壓下技術有效減小中心偏析和中心疏松。采用高溫、低速強壓下的軋制方式，縱橫交叉軋制，改善金屬變形條件，進行多道次除磷，提高鋼板內部及表面質量。粗軋溫度為1050-1150°C，盡量較少粗軋軋制道次， 中間坯厚度為1.證，終軋溫度控制在850-900°C，軋后進行水冷至500°C返紅，然后風冷至 200°C下線，可滿足淬透性要求。經軋制和水冷后的IOOmm厚的鋼板，鋼板的表面硬度最高， 芯部硬度最低。表面一般得到馬氏體組織，心部大多為貝氏體組織。未出現由于偏析導致的馬氏體。通過控軋控冷的手段，實現了塑料模具鋼預硬化，并提高組織和硬度的均勻性和預硬化回火工藝的穩定性。本發明采用低碳當量的合金化成分設計，降低合金元素Mn、Mo的含量，減小偏析，降低合金成本，控制較低的H、N，利用連鑄坯在中厚板軋機控軋控冷的方法生產出符合性能要求的120mm塑料模具鋼板，鋼板截面硬度均勻，降低了生產成本，提高了生產效率， 擴大生產規模。本發明適用于采用320mm連鑄坯生產120mm以下規格非調質塑料模具鋼，軋后水冷+風冷使整個截面得到貝氏體組織，截面布氏硬度達280-340HB，不需調質熱處理即可獲得較好的機械性能。本發明的有益效果如下
1、 大截面塑料模具鋼的非調質化，省去了大截面塑料模具鋼的調質處理，降低了生產成本，縮短了生產周期。2、本發明采用微合金化技術提高淬透性，不添加Ni，少量Mo，適當增加Cr，化學成分更加經濟，少量合金元素Mo與Cr共同作用，推遲奧氏體向鐵素體和珠光體的轉變，有利于貝氏體組織的獲得。合金元素B固溶于基體中，它和Mo復合加入有助于在很寬的冷速范圍內得到貝氏體。適量V有利于在軋后鐵素體中析出碳氮化物，以提高鋼的硬度和強度。3、Ti可固定N，形成TiN，可以阻礙均熱過程中奧氏體晶粒的長大，有利于改善鋼的韌性。同時，它避免了 BN的形成，可以充分發揮B的有效作用。太多的N將形成粗大的TiN,不利于切削性能。為此，控制N ( 50ppm, Ti/N=3 4。4、采用連鑄坯生產非調質塑料模具鋼，提高了生產效率，提高成材率。5、同一塊鋼板的不同部位，經同一回火溫度處理后，其硬度值差比回火前明顯減小，同一塊鋼板的芯部與邊部硬度值基本相同，同截面硬度相差2HRC。隨著回火溫度的升高，硬度降低。本發明塑料模具鋼厚板經控軋控冷和回火處理后，截面硬度均勻，平均布氏硬度為300-340HB，同截面硬度相差40HB。超聲波檢測通過GB/I^970_2004標準I級，夾雜物級別較低，120mm厚鋼板晶粒度為9級，綜合性能好。


圖1是本發明得到的非調制的塑料模具鋼厚板的表面組織形態圖。圖2是本發明得到的非調制的塑料模具鋼厚板的心部組織形態圖。
具體實施例方式一種非調制的塑料模具鋼厚板的生產工藝，該生產工藝采用較低碳當量的合金化設計，連鑄坯在軋后冷卻時利用相變強化和微合金碳氮化物的析出強化，使模具鋼在不進行調質處理的情況下，獲得貝氏體組織，其組織和硬度沿截面分布均勻。通過對合金成分設計，加入適量C元素，少量MruMo合金元素并適當提高Cr含量， 使其具有較高淬透性。對鋼的強韌性、硬度、耐磨性有決定性影響，碳量增多，硬度、強度和耐磨性增高，但韌性下降。在滿足硬度的前提下，適當降低碳量。降低Mn含量較少Mn偏析， 同時加入微量Ti細化晶粒，加入微量B延緩奧氏體-珠光體轉變的孕育期，提高淬透性，使截面硬度更加均勻。冶煉化學成分C、Mn、Cr、M0必須控制在很窄的范圍，P和S元素控制在較低的含量，降低偏析。軋后控冷，使截面鋼板獲得貝氏體組織，具有較好的機械性能。其化學成分碳0. 25-0. 33%、硅0. 20-0. 70%、猛1. 10-1. 50%、鉻:1. 40-2. 00%、鉬彡0. 20%、磷彡0. 01%、硫彡0. 005%、鈦彡0. 03%、硼彡0. 003%、釩彡0. 15%，余量為鐵。采用轉爐冶煉、LF+RH精煉，連鑄方式澆注。將H控制在1. 5ppm以下，防止由于H 含量過高導致的鋼板探傷不合；N控制在50ppm以下，太多的N將形成粗大的TiN，不利于切削性能，同時避免BN，充分發揮B提高淬透性的作用；同時S控制在50ppm以下；澆注時， 保證10-20°C過熱度，采用輕壓下技術有效減小中心偏析和中心疏松。采用熱送溫裝，入爐溫度大于250°C，低于此溫度鑄坯要對鑄坯進行預熱。加熱爐加熱溫度不宜超過1200°C，總加熱時間證；采用高溫、低速強壓下的軋制方式，縱橫交叉軋制，改善金屬變形條件，進行多道次除磷，提高鋼板內部及表面質量。粗軋溫度為 1050-1150°C，盡量較少粗軋軋制道次，中間坯厚度為1.5h，終軋溫度控制在850-900°C， 軋后進行水冷至50(TC返紅，然后風冷至20(TC下線，可滿足淬透性要求。經軋制和水冷后的IOOmm厚的鋼板，鋼板的表面硬度最高，芯部硬度最低。表面一般得到馬氏體組織，心部大多為貝氏體組織。未出現由于偏析導致的馬氏體。通過控軋控冷的手段，實現了塑料模具鋼預硬化，并提高組織和硬度的均勻性和預硬化回火工藝的穩定性。鋼板軋后在530°C回火消除應力，避免鋸切開裂，回火后硬度變化不大，截面硬度更加均勻。圖1是本發明得到的非調制的塑料模具鋼厚板的表面組織形態圖。圖2是本發明得到的非調制的塑料模具鋼厚板的心部組織形態圖。可以看出，在整個截面尺寸范圍均為貝氏體組織，表面貝氏體束比心部細且殘留變形帶。心部均無塊狀先共析鐵素體在軋制過
6程中，鋼板截面上的變形量不同，表層的變形量比心部大，奧氏體沿變形方向伸長，形成變形帶。心部變形量小，冷卻速率小，在軋制過程中處于奧氏體再結晶區，發生再結晶的奧氏體在緩慢冷卻過程中容易長大，因此心部貝氏體束較粗大。心部組織較表層粗大，表面存在變形帶特征，為位錯密度較高的貝氏體鐵素體板條和板條不連續的碳化物或殘余奧氏體組成，心部貝氏體鐵素體板條寬于貝氏體淬透性。本發明生產的非調質貝氏體塑料模具鋼合金成本低，偏析小，不需調質處理，軋制冷卻后，經530°C回火120mm鋼板布氏硬度為290-340HB，鋼板表面到中心得到均勻分布的貝氏體，硬度分布也均勻，加工性能良好。節省了能耗，降低了制造成本，生產周期短，為用戶提供物廉價美的產品，提高了模具鋼的市場競爭力。
權利要求
1.一種非調制的塑料模具鋼厚板生產工藝，其特征在于該生產工藝采用轉爐冶煉、 LF+RH精煉，澆注連鑄坯；加熱溫度為1150-1200°C，精軋溫度為900-950°C，終軋溫度為 860-9000C ；鋼板軋后控冷，利用相變強化和微合金碳氮化物的析出強化，使鋼板截面在不進行調質處理的情況下，其組織和性能沿截面的分布均勻，獲得截面硬度為300-340的塑料模具鋼，截面硬度均勻性達到P20預硬化鋼板的要求；并通過軋后再回火，消除應力，避免鋸切開裂，回火后硬度均勻，截面獲得粒狀貝氏體組織；具體要求如下1)采用轉爐冶煉、LF+RH精煉，連鑄方式澆注得到連鑄坯，將H控制在1.5ppm以下，N 控制在50ppm以下，S控制在50ppm以下；澆注時，保證10_20°C過熱度，連鑄坯的化學成分滿足碳 0. 25-0. 33%、硅0. 20-0. 70%、猛1. 10-1. 50%、鉻1. 40-2. 00%、鉬;^ 0. 20%、磷彡0. 01%、硫彡0. 005%、鈦彡0. 03%、硼彡0. 003%、釩彡0. 15%，其余為鐵；2)采用熱送溫裝，入爐溫度大于250°C，加熱爐加熱溫度為1150-1200°C，總加熱時間 4-5h ；采用高溫、低速強壓下的軋制方式，縱橫交叉軋制；粗軋溫度為1050-1150°C，中間坯厚度為l_2h，終軋溫度控制在850-900°C ；3)軋后進行水冷至50(TC返紅，然后風冷至20(TC下線；4)鋼板軋后在500-550°C再回火，調整硬度，消除軋后冷卻過程中產生的內應力，防止模具在加工過程產生變形和開裂，得到非調制的塑料模具鋼厚板。
2.根據權利要求1所述的非調制的塑料模具鋼厚板生產工藝，其特征在于連鑄坯為 320mm，得到非調制的塑料模具鋼厚板為120mm以下規格。
3.根據權利要求1所述的非調制的塑料模具鋼厚板生產工藝，其特征在于對低于 250°C的鑄坯進行預熱；總加熱時間證；進行多道次除磷。
全文摘要
本發明公開了一種非調制的塑料模具鋼厚板生產工藝，采用轉爐冶煉、LF+RH精煉，澆注連鑄坯；加熱溫度為1150-1200℃，精軋溫度為900-950℃，終軋溫度為860-900℃；鋼板軋后控冷，利用相變強化和微合金碳氮化物的析出強化，使鋼板截面在不進行調質處理的情況下，其組織和性能沿截面的分布均勻，獲得截面硬度為300-340的塑料模具鋼；并通過軋后再回火，消除應力，避免鋸切開裂，回火后硬度均勻，截面獲得粒狀貝氏體組織。本發明通過對合金成分進行控制，不添加Ni，加入少量Mo，B，V并適當提高Cr含量，使其具有較高淬透性；軋后進行控制冷卻，使大截面鋼板獲得貝氏體組織。本發明適用于320mm連鑄坯生產120mm以下規格的非調制的塑料模具鋼厚板。
文檔編號C22C38/18GK102268599SQ20111021808
公開日2011年12月7日 申請日期2011年8月1日 優先權日2011年8月1日
發明者李明 申請人:南京鋼鐵股份有限公司