一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼及其制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼，所述的塑料模具鋼中個組分的重量百分比為：C：0.20-0.32％，Si：0.12-0.15％，Mn：0.05-0.15％，P：0.06-0.08％，S：0.01-0.015％，N：0.1-0.15％，Ni：3.5-4.0％，Cr：8.5-10.5％，Cu：0.25-0.45％，Mo：0.45-0.5％，Cr+Ni=12-14.5％，余量為Fe和煉制過程中帶進的其他雜質；將原料經過下料、鍛造鋼錠→保溫回火→粗加工、熱軋→高溫回火→精加工、鍛造→回火→冷卻后得到塑料模具鋼產品；本發明通過控制塑料模具鋼中銅、鉻和鎳混合元素的量，在保證了塑料模具鋼原有的強度、延伸率、耐磨性和切削性能的前提下，大大提高了塑料模具鋼的耐腐蝕性能，提高了其應用范圍。
【專利說明】一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及塑料模具鋼的生產工藝領域，尤其涉及一種抗腐蝕性能高，適用范圍廣的塑料模具鋼。
【背景技術】
[0002]隨著塑料制品在工業及日常生活中的應用越來越廣泛，塑料模具工業對模具鋼的需求也越來越大。在塑料成型加工中，模具的質量對產品質量的保證作用是不言而喻的。塑料模具已向精密化、大型化和多腔化的方向發展，對塑料模具鋼的性能的要求越來越高，塑模鋼的性能應根據塑料種類、制品用途、生產批量、尺寸精度和表面質量的要求而定。但是模具在長期運轉和保持過程中，容易生銹受蝕，而且隨著塑料成型中添加各種成分，模具更容易受蝕。
[0003]同時市面上有很多種類具有抗腐蝕性能的塑料模具鋼，但是這些抗腐蝕的塑料模具鋼的應用范圍較小，僅僅能適用于大氣腐蝕或者水體腐蝕，在更換了其應用范圍時，需要選擇不同的配方進行生產，同時許多抗腐蝕性能的塑料模具鋼因為配料中添加的抗腐蝕的元素，因此其鋼本身的耐磨性、耐沖擊性和拋光后的表面粗糙度低于同類的塑料模具鋼，不符合企業的實際生產需求。

【發明內容】

[0004]針對上述存在的問題，本發明提供一種抗腐蝕性能高，適用范圍較廣的塑料模具鋼、
為了達到上述目的，本發明采用的技術方案如下:一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼，所述的塑料模具鋼中個組分的重量百分比為:c:0.20-0.32%, S1:0.12-0.15%, Mn: 0.05-0.15 %, P:0.06-0.08 %, S:0.01-0.015 %, N:0.1-0.15 %, Ni:3.5-4.0 %, Cr:
8.5-10.5%,Cu:0.25-0.45%,Mo:0.45-0.5%,Cr+Ni=12-14.5%，余量為 Fe 和煉制過程中帶進的其他雜質。
[0005]本發明的成分設計基于以下原理:
碳是提高鋼的硬度和強度最為有效的元素，固溶強化作用顯著，是保證模具鋼硬度必不可少的元素。C是形成鉻碳化物等各種碳化物的不可缺少的基本元素，C含量過高會造成鋼中碳化物數量的增多及偏聚，降低韌性及耐腐蝕性能；C含量過低不能滿足模具鋼的高硬度要求；本發明所述的塑料模具鋼中碳元素的比例為c:0.20-0.24%或C:0.25-0.32%。
[0006]鋼中含有少量的硅有較好的脫氧作用，但Si含量過高則降低鋼的焊接和切削加工性能，本發明優選的Si的比例為:0.12-0.15%。
[0007]鋼中錳含量過高，有導致晶粒粗化的現象，同時增加鋼的回火脆性，因此本發明將Mn含量控制在較低的含量范圍，本發明優選的Mn的比例為:0.05-0.15%。
[0008]磷是易切削元素。磷溶解在鐵素體中，能提高鐵素體硬度，改進零件的表面光潔度和切削性能，但鋼中磷太高會增加 冷脆，本發明優選的P比例為:0.06-0.08%。[0009]硫元素在鋼中以硫化物的形式存在，降低鋼的橫向延展及韌性性能；本發明優選的S的含量為:0.01-0.015%。
[0010]氮能增加鋼中鐵素體，在鋼中能改善切削加工性，本發明優選的N的含量為:0.1-0.15%。
[0011]鉻是保證鋼具有良好的耐蝕性的元素，與碳結合形成彌散的碳化物，從而使鋼具有良好的耐磨性，而鎳元素可以提高鋼材的淬透性和耐腐蝕性，一般鎳與銅和鉻的配合效果尤為明顯，其中當在HI(Ni) =3.5%左右時，鋼材的耐腐蝕性最好，而當M(Ni)低于1%時，尤其當鋼中含合銅時，改善耐蝕的效果并不明顯；本發明所述的塑料模具鋼中鎳元素和鉻元素的比例為N1:3.5-4.0%, Cr:8.5-10.5 兩種元素的混合比例為Cr+Ni=12.0-12.5 % 或 Cr+Ni=12.8-14.5 %。
[0012]銅元素可在鋼的腐蝕層與銅的富積層之間形成緊密的薄氧化銅中間層，形成雙層結構的銹層，緊貼鋼基體的內層，非常致密、完整，附著性強，可減緩腐蝕介質腐蝕鋼板內部；本發明優選的Cu比例為:0.3-0.38%。
[0013]鑰能有效提高鋼抗大氣腐蝕能力，在大氣環境下尤其工業大氣可使鋼腐蝕速度降低1/2以上，本發明優選的Mo的比例為:0.45-0.5% 0
[0014]本發明所述的一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼的制造方法，所述的塑料模具鋼的制造方法包括以下幾個步驟:下料、鍛造鋼錠一保溫回火一粗加工、熱軋一高溫回火一精加工、鍛造一回火一冷卻，具體包括以下幾個步驟: O下料、鍛造鋼錠:根據配比將原料加入到冶煉鋼水中，將滿足成分的鋼水澆注成鋼
錠；
2)保溫回火:將上述鋼錠放置在鍛造加熱爐中進行加熱，加熱溫度為1200°C~1280°C，保溫4~6小時;
3)粗加工、熱軋:降溫冷卻到1150°C~1180°C，在此溫度條件下將鋼錠進行初步加工成鍛坯；
4)高溫回火:鍛坯重新送回鍛造加熱爐中繼續加熱回火，回火溫度1200°C~1280°C，保溫I~2小時；
5)精加工:鍛坯進行精加工，開鍛溫度1180°C，停鍛溫度1100°C，精加工后得到鍛件；
6)回火:將鍛件退火處理過程中，回火溫度為700°C~750°C，保溫4-6小時；
7)冷卻:在自然溫度下將鍛件冷卻至室溫。
[0015]本發明所述的保溫回火過程中，加熱爐的升溫效率為120°C /小時~150°C /小時；為了保證鍛坯中各個組分之間混合效率，加熱爐的升溫效率不易太高也不易太低，過高的升溫效率導致各個熔點不同的組分在同一時間進入到熔融狀態，不方便操作人員的操作和監控，混合效果變差；過低的升溫效率導致企業的整體生產時間變長，加熱過程中熱量的損失率較大，大大提高了企業的生產成本。
[0016]本發明所述的粗加工、熱軋過程中，保持鍛造爐的工作溫度，保證粗加工前后的反應爐體溫差不超過I~5°c，初步加工過程中，由于不同溫度下鍛坯的體積會發生一定的變化，為了保證鍛坯前后的一致性，需要保證在同一溫度下進行粗加工和熱軋，保證大量生產過程中各個產品大小和質量的均一性，提高企業流水化作業的工作效率。
[0017]本發明所述的精加工過程中，在逐步降溫的條件下進行鍛坯的精加工，當溫度到達1100°c時，保持該溫度，在該溫度下完成鍛坯的精加工操作；穩定的降溫效率保證各個金屬元素在冷卻和鍛坯在加工過程中之間連接的穩定性，防止鍛坯表面開裂，提高了鋼材表面的流平性，同時在溫度低于1100°C的時候，溫度過低，鍛坯的各個組分之間連接緊密，精加工操作難度變大，不方便實際的生產操作。
[0018]本發明所述的回火步驟過程中，緩慢降低鍛件的溫度，鍛件的溫度下降速率保持在60~80°C /小時；回火過程中，為了進一步提高鍛件中各個組分連接的穩定性，保證鍛件各個位置上均勻的回火冷卻效果，防止鍛件表面開裂，需要緩慢降低回火溫度。
[0019]本發明所述的冷卻步驟過程中，當鍛件的穩定高于250°C時，需要在氮氣保護的條件下進行冷卻；當鍛件的溫度低于250°C時，將鍛件在自然條件下進行冷卻，整體冷卻時間為36h。，回火操作完成后，為了防止鍛件在冷卻的過程中與空氣中的氧發生反應，保證鍛件表面的整體性能，需要在氮氣保護的調節下進行冷卻；當鍛件溫度較低時，為了節省企業的生產成本，在自然條件下進行冷卻，較長的冷卻時間為了保證鍛件的充分冷卻，方便企業對產品的性能檢測。
[0020]本發明通過控制塑料模具鋼中銅、鉻和鎳混合元素的量，在保證了塑料模具鋼原有的強度、延伸率、耐磨性和切削性能的前提下，大大提高了塑料模具鋼的耐腐蝕性能，通過鉻和鎳的混合比例保證了塑料模具鋼原有的耐磨性和淬透性，方便適用于各個領域的塑料模具鋼的需求，同時鑰用來提高塑料模具鋼在大氣環境下的耐腐蝕性能，通過銅元素在鋼的腐蝕層與銅的富積層之間形成緊密的薄氧化銅中間層，提高了塑料模具鋼在潮濕或者水體中的耐腐蝕性，整體工藝操作簡單，控制精準，均勻的穩定控制防止高溫鐵素體相析出的作用，塑料模具鋼整體穩定性和拋光性能高。
【具體實施方式】
[0021 ] 下面結合【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的描述。
[0022]實施例1:企業在單組生產線上配置塑料模具鋼中個組分的重量百分比為:C:0.20%, Si:0.12 %, Mn:0.05 %, P:0.06 %, S:0.01 %, N:0.1 %, Ni:3.5 %, Cr:8.5 %,Ni+Cr=12%, Cu:0.3%, Mo:0.45%，余量為Fe和煉制過程中帶進的其他雜質。
[0023]將上述原料經過下料、鍛造鋼錠一保溫回火一粗加工、熱軋一高溫回火一精加工、
鍛造一回火一冷卻步驟后，得到塑料模具鋼產品A。
[0024]實施例2:企業在單組生產線上配置塑料模具鋼中個組分的重量百分比為:C:0.24%, S1:13 %, Mn:0.08 %, P:0.07 %, S:0.008 %, N:0.12 %, Ni:3.5 %, Cr:9 %,Ni+Cr=12.5%, Cu:0.33%, Mo:0.46%，余量為Fe和煉制過程中帶進的其他雜質。
[0025]將上述原料經過下料、鍛造鋼錠一保溫回火一粗加工、熱軋一高溫回火一精加工、鍛造一回火一冷卻步驟后，得到塑料模具鋼產品B。
[0026]實施例3:企業在單組生產線上配置塑料模具鋼中個組分的重量百分比為:C:0.25 %, S1:14 %, Mn:0.12 %, P:0.06 %, S:0.012 %, N:0.14 %, Ni:3.8 %, Cr:9 %,Ni+Cr=12.8%, Cu:0.35%, Mo:0.48%，余量為Fe和煉制過程中帶進的其他雜質。
[0027]將上述原料經過下料、鍛造鋼錠一保溫回火一粗加工、熱軋一高溫回火一精加工、鍛造一回火一冷卻步驟后，得到塑料模具鋼產品C。
[0028]實施例4:企業在單組生產線上配置塑料模具鋼中個組分的重量百分比為:C:0.32 %, Si: 0.15 %, Mn:0.15 %, P:0.08 %, S:0.015 %, N:0.15 %, Ni: 4.0 %, Cr:
10.5%,Ni+Cr=14.5%, Cu:0.38%, Mo:0.5%，余量為Fe和煉制過程中帶進的其他雜質。
[0029]將上述原料經過下料、鍛造鋼錠一保溫回火一粗加工、熱軋一高溫回火一精加工、
鍛造一回火一冷卻步驟后，得到塑料模具鋼產品D。
[0030]實施例5:對實施例1-4所得的產品A、B、C、D和市面上常用的普通的塑料模具鋼型號4Crl3S和常用的耐腐蝕的塑料模具鋼4Crl3Cu進行對比。
[0031]鹽霧試驗:試樣選用50±5g/L的NaCl水溶液進行噴霧72小時測定腐蝕速率，試樣大小為:40_X20_X2mm。
[0032]拋光度和硬度試驗:試樣用粒度符合GB2477-81規定的砂布或砂紙按順序進行研磨，研磨后的試樣在自動拋光機上進行拋光，拋光參數為:時間為:2分鐘:壓力為:180N ;轉速為:300N / min。
[0033]拉伸試驗:試樣在室溫條件下采用SANS萬能試驗機進行拉伸試驗，夾頭移動速度為0.3rnm / min,采用計算機記錄儀記錄了試驗結果。
[0034]沖擊試驗:試樣在室溫下，采用JB30B型沖擊試驗機，按照GB2106-80標準進行的，試樣的厚度均為10mm。
[0035]根據上訴試驗所得的結果如下表所示:
【權利要求】
1.一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼，其特征在于，所述的塑料模具鋼中個組分的重量百分比為:C:0.20-0.32 %，Si:0.12-0.15 %，Mn:0.05-0.15 %, P:0.06-0.08 %, S:0.01-0.015 %, N:0.1-0.15 %, N1:3.5-4.0 %, Cr:8.5-10.5 %, Cu:0.25-0.45 %, Mo:0.45-0.5%, Cr+Ni=12-14.5%，余量為Fe和煉制過程中帶進的其他雜質。
2.根據權利要求1所述的塑料模具鋼，其特征在于，所述的塑料模具鋼中碳元素的比例為 C:0.20-0.24% 或 C:0.25-0.32%。
3.根據權利要求1或2所述的塑料模具鋼，其特征在于，所述的塑料模具鋼中鎳元素和鉻元素的混合比例為 Cr+Ni=ll.5-12.5%, Cr+Ni=12.8-14.5%。
4.根據權利要求1或2所述的塑料模具鋼，其特征在于，所述的塑料模具鋼中銅元素的比例為 Cu:0.3-0.38%ο
5.一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼的制造方法，其特征在于，所述的塑料模具鋼的制造方法包括以下幾個步驟:下料、鍛造鋼錠一保溫回火一粗加工、熱軋一高溫回火一精加工、鍛造一回火一冷卻，具體包括以下幾個步驟: 下料、鍛造鋼錠:根據配比將原料加入到冶煉鋼水中，將滿足成分的鋼水澆注成鋼錠； 保溫回火:將上述鋼錠放置在鍛造加熱爐中進行加熱，加熱溫度為1200°C~1280°C，保溫4~6小時； 粗加工、熱軋:降溫冷卻到1150°C~1180°C，在此溫度條件下將鋼錠進行初步加工成鍛坯； 高溫回火:鍛坯重新送回鍛造加熱爐中繼續加熱回火，回火溫度1200°C~1280°C，保溫I~2小時； 精加工:鍛坯進行精加工，開鍛溫度1180°C，停鍛溫度1100°C，精加工后得到鍛件； 回火:將鍛件退火處理過程中，回火溫度為700°C~750°C，保溫4-6小時； 冷卻:在自然溫度下將鍛件冷卻至室溫。
6.根據權利要求5所述的一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼的制造方法，其特征在于，所述的保溫回火過程中，加熱爐的升溫效率為120°C /小時~150°C /小時。
7.根據權利要求5所述的一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼的制造方法，其特征在于，所述的粗加工、熱軋過程中，保持鍛造爐的工作溫度，保證粗加工前后的反應爐體溫差不超過I~8。。。
8.根據權利要求5所述的一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼的制造方法，其特征在于，所述的精加工 過程中，在逐步降溫的條件下進行鍛坯的精加工，當溫度到達1100°C時，保持該溫度，在該溫度下完成鍛坯的精加工操作。
9.根據權利要求5所述的一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼的制造方法，其特征在于，所述的回火步驟過程中，緩慢降低鍛件的溫度，鍛件的溫度下降速率保持在60~80°C /小時。
10.根據權利要求5所述的一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼的制造方法，其特征在于，所述的冷卻步驟過程中，當鍛件的穩定高于250°C時，需要在氮氣保護的條件下進行冷卻；當鍛件的溫度低于250°C時，將鍛件在自然條件下進行冷卻，整體冷卻時間為36h。
【文檔編號】C21D8/00GK103866197SQ201410124967
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】李敬, 李占春, 曲景春 申請人:江蘇聯峰能源裝備有限公司