專(zhuān)利名稱(chēng)：新型耐腐蝕、耐磨損塑料模具鋼 4Cr16Mo及其鏡面大模塊的制備生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金行業(yè)模具鋼的成分合金化設(shè)計(jì)，尤其是用于耐腐蝕、耐磨損的塑料模具鋼及其模塊的生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：
模具鋼是特殊的合金鋼，一般可分為冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具用鋼三大類(lèi)。塑料模具用鋼主要用于生產(chǎn)批量較大、模具尺寸較大、形狀復(fù)雜、尺寸精度及表面粗糙度要求較高的塑料成形模具或模架；熱作模具鋼主要用于制造在高溫狀態(tài)下對(duì)金屬進(jìn)行熱加工用的模具，包括熱鍛模具(如5CrNiMo模塊用鋼)等。因此，制造模塊鍛件的模具鋼，通常包括塑料模具用鋼及部分熱作模具鋼(如5CrNiMo模具鋼)。模塊是塑料模具鋼的常規(guī)產(chǎn)品，主要用于塑料制品的模具制造。以聚氯乙稀(PVC)或聚苯乙烯(ABS)+抗燃劑為原料的塑料制品，在熱成形過(guò)程中，會(huì)分解出具有腐蝕性的氯氣和二氧化硫等氣體，因此，生產(chǎn)該類(lèi)型塑料制品的模具，其模具材料(鋼材)必須具有較強(qiáng)的耐蝕性能。
我國(guó)塑料模具鋼研究起步較晚，耐腐蝕模具材料的研究更是貧乏，目前國(guó)內(nèi)耐腐蝕塑料模具鋼的基本鋼號(hào)主要是9Cr18、Cr18MoV、4Cr13、1Cr17Ni2等鋼鐵品種，生產(chǎn)實(shí)踐中，上述鋼號(hào)存在如下缺陷(1)屬于萊氏體鋼的9Cr18、Cr18MoV，由于碳含量較高，鑄態(tài)組織中有一次和二次復(fù)合碳化物，如(Fe、Cr)7C3，故模塊生產(chǎn)中必須通過(guò)大壓縮量鍛造才能使粗大碳化物均勻分布(否則組織中將出現(xiàn)碳化物鏈狀分布)；而大型模塊的規(guī)格尺寸較大，即使采用反復(fù)墩粗、拔長(zhǎng)的鍛造工藝，也難以保證材料心部碳化物的完全破碎和碳化物均勻分布(影響模塊的耐腐蝕、耐磨損性能)。(2)屬過(guò)共析鋼的4Cr13(當(dāng)Cr含量在12％時(shí)，S點(diǎn)左移，也就是共析點(diǎn)左移，共析含碳量移至0.4％)，鋼的熱處理淬火溫度在1060-1100℃以上時(shí)，碳化物也不能完全固溶，淬火后馬氏體中難以達(dá)到11％-12％左右鉻含量；由于含Cr量不高，滿足不了耐蝕性能所需的成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，造成鋼的耐腐蝕性能差，只能抗一般大氣和水蒸汽腐蝕(雖經(jīng)熱處理后獲得較高硬度和耐磨性，但只能用于耐蝕性能一般的塑料模具制造)。(3)屬于馬氏體型不銹耐酸鋼的1Cr17Ni2鋼，用于氧化酸類(lèi)及有一定溫度、濃度的硝酸，大部分有機(jī)酸及鹽類(lèi)水溶液等工況條件時(shí)，有良好的耐蝕性；但存在脆性傾向，熱加工工藝復(fù)雜，化學(xué)成分偏析及微觀波動(dòng)對(duì)鋼組織性能有較大影響，焊接性能差等缺點(diǎn)。
綜上所述，用于制造具有高耐蝕性、高耐磨性大模塊的沖壓模、壓鑄模等塑料模具鋼，適用的國(guó)內(nèi)耐腐蝕塑料模具鋼基本鋼號(hào)中，普遍存在加工困難、質(zhì)量穩(wěn)定性差或耐蝕性和耐磨性不能兼?zhèn)涞娜毕?；另外，檢索了國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料，對(duì)于耐腐蝕、耐磨損塑料模具鋼(硬度范圍HRC30-40，硬度波動(dòng)4HRC)的模塊，大模塊(厚度200-500mm；寬度800-1200mm；長(zhǎng)度＞2500mm)的熱處理工藝未見(jiàn)報(bào)道。因此，對(duì)于耐腐蝕的塑料模具鋼，模具行業(yè)大多使用價(jià)格昂貴的進(jìn)口材料(或選擇類(lèi)似國(guó)外鋼號(hào)化學(xué)成分的國(guó)內(nèi)材料)，來(lái)制造模具，以滿足耐蝕性、耐磨損塑料模具的高性能要求。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種合適的新型耐腐蝕、耐磨損塑料模具鋼4Cr16Mo及其大模塊的生產(chǎn)方法，通過(guò)鋼的合金化成份設(shè)計(jì)(同時(shí)兼顧了耐蝕性和耐磨性)，爐外真空處理加電渣重熔的雙精煉冶煉工藝，特殊的熱處理模塊成品調(diào)質(zhì)處理工藝，以及必要的模鑄鋼錠、電渣錠、模塊去應(yīng)力退火工藝方法，生產(chǎn)出高耐腐蝕、高耐磨損性能的塑料模具鋼大模塊，滿足模具行業(yè)對(duì)耐腐蝕塑料模具鋼的大模塊國(guó)產(chǎn)化需求。
本發(fā)明開(kāi)發(fā)的新型耐腐蝕、耐磨損塑料模具鋼4Cr16Mo，其特征在于鋼的化學(xué)元素成分(重量％)是0.33～0.43％C，0.30～1.00％Mn，0.30～1.00％Si，S≤0.045％，P≤0.045％，14～18％Cr，0.10～1.00％Ni，0.80～1.50％Mo；其余為Fe。
測(cè)定的4Cr16Mo連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線是Ac3＝960℃，Ac1＝800℃，Ms＝190℃。
鋼的最佳化學(xué)元素成分(重量％)是0.35～0.41％C，0.50～0.80％Mn，0.50～0.80％Si，S≤0.015％，P≤0.025％，15～16％Cr，0.10～0.60％Ni，1.00～1.30％Mo；其余為Fe。
成分范圍設(shè)計(jì)思路是 提高耐蝕性的鋼中Cr含量必須＞12％。即使模塊淬火溫度在1060～1100℃以上，提高耐磨損的Cr23C6碳化物也難于完全固溶，因此，為保證淬火馬氏體中鉻含量＞12％，Cr含量必須大于4Cr13鋼的Cr含量(12～14％)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。
鋼中具有一定量的Mo含量，使鋼中含有合適碳化物，提高耐磨性。一方面，添加Mo，是基于在鋼中形成M6C型碳化物，通過(guò)M6C析出，增加Cr的固溶度，提高材料耐磨性；另一方面，添加Mo，可在回火后引起彌散硬化，有利提高產(chǎn)品二次硬度和熱穩(wěn)定性，并提高鋼的回火脆性溫度，避免回火脆性發(fā)生。
考慮Cr、Mo綜合作用，確定Cr14-18％、Mo0.80～1.50％。
C含量0.33-0.43％。由于合金元素的作用，S點(diǎn)左移，也就是共析點(diǎn)左移，共析含碳量移至0.4％以下，過(guò)高的C含量將形成萊氏體，粗大碳化物分布不均，對(duì)性能不利；另外，對(duì)塑料模具鋼的大模塊而言，硬度30HRC以上已經(jīng)滿足使用要求，而硬度波動(dòng)范圍卻是必須重視的。
S降低鋼的橫向塑性，確定S小于0.045％。
P降低鋼的塑性，確定P小于0.045％。
Ni含量0.10～1.00％。Ni的少量加入，能夠提高鋼的韌性，改善模塊熱疲勞性能，并提高淬透性。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的耐腐蝕、耐磨損4Cr16Mo塑料模具鋼，屬馬氏體不銹鋼，可用于制造具有優(yōu)秀耐蝕性能、高耐磨性的沖壓模、壓鑄模等的塑料模具大模塊。由于相變應(yīng)力大，4Cr16Mo馬氏體不銹鋼大模塊生產(chǎn)制造過(guò)程中，在模塊鍛造前，預(yù)防鋼錠相變應(yīng)力誘導(dǎo)產(chǎn)生裂紋，成為鋼錠、電渣錠熱處理的重要任務(wù)；而鍛后熱處理目的是消除白點(diǎn)、改善模塊橫向性能，細(xì)化晶粒、實(shí)現(xiàn)組織均勻化，滿足模具鏡面拋光要求；最終通過(guò)調(diào)質(zhì)處理達(dá)到所要求的性能，使大模塊截面硬度波動(dòng)小。因此，熱處理是確保不銹鋼大模塊使用性能的關(guān)鍵所在。
本發(fā)明開(kāi)發(fā)的4Cr16Mo鏡面大模塊的制備生產(chǎn)方法，其特征是采用冶煉、鍛造和模塊調(diào)質(zhì)處理的三個(gè)階段，生產(chǎn)制造出耐腐蝕、耐磨損4Cr16Mo塑料模具鋼(調(diào)質(zhì)處理后硬度波動(dòng)小于4HRC，硬度范圍30～40HRC)的鏡面大模塊(厚度200～500mm；寬度800～1200mm；長(zhǎng)度＞2500mm)成品； 第一，冶煉階段，采用爐外真空處理加電渣重熔的雙精煉工藝，及必要的模鑄鋼錠、電渣錠去應(yīng)力退火，冶煉出成分均勻、穩(wěn)定的4Cr16Mo電渣錠；具體生產(chǎn)方法是電爐(EF)初煉—→爐外真空處理(LFV爐或LF+VD爐精煉)，鋼液模鑄—→模鑄鋼錠去應(yīng)力退火—→電渣重熔—→電渣錠去應(yīng)力退火； (1)電爐(EF)初煉，熔煉成分基本到位的4Cr16Mo鋼，操作要點(diǎn) 按常規(guī)的不銹返回吹氧法熔煉鋼液； 含Cr合金是低P的Cr不銹鋼返回料(降低生產(chǎn)成本)； FF爐出鋼時(shí)成分到位； (2)爐外真空處理，采用LFV爐或LF+VD爐精煉，對(duì)高溫鋼液進(jìn)行成分微調(diào)和脫氣處理；鋼液模鑄，操作要點(diǎn) 真空前適當(dāng)插Al； 全程底吹氬攪拌，去除鋼液中的的有害夾雜物； 真空度≤140Pa(66.7Pa)進(jìn)行脫氣處理，真空脫氣時(shí)間15～20分鐘，使鋼液中的O含量≤25ppm、H含量≤2ppm(O、H是鋼液中的有害氣體，且后續(xù)的電渣重熔并沒(méi)有脫氣功能，O含量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致鋼材夾雜物總量的增加，降低模具的疲勞壽命；H含量過(guò)高，會(huì)引起氫致裂紋，導(dǎo)致報(bào)廢。另外，H含量4ppm時(shí)，擴(kuò)H退火的時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低)； 鋼液模鑄澆鑄過(guò)熱度40～70℃，也就是說(shuō)出鋼溫度控制在1530～1540℃(減少鋼錠偏析)；鋼錠脫模溫度控制在600～700℃(650℃左右)；鋼錠熱裝退火； (3)模鑄鋼錠退火 鋼錠脫模后，依據(jù)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線(圖3；Ac3＝960℃，Ac1＝800℃，Ms＝190℃；根據(jù)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線，650～790℃溫度區(qū)間是鐵素體+碳化物的混和組織。)的鋼錠熱裝退火(消除組織應(yīng)力，避免裂紋產(chǎn)生為目的)工藝是退火爐起始溫度600～700℃；表面溫度550～700℃(此時(shí)心部溫度約在800～900℃之間，存在熱應(yīng)力)的鋼錠，以30～80℃/小時(shí)的加熱速度緩慢升溫至700～790℃(Ar1≈Ac1+30～35℃＝830～835℃，在熱裝退火條件下，在670～800℃溫度區(qū)間內(nèi)，過(guò)冷奧氏體發(fā)生鋼的組織轉(zhuǎn)變，形成鐵素體+碳化物的混和組織。)，加熱保溫時(shí)間3.5～4.5小時(shí)(消除鋼錠表面和心部?jī)?nèi)外溫度差)；再在700～790℃保溫18～22小時(shí)(消除鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變組織應(yīng)力)；隨后以10～50℃/小時(shí)的降溫速度爐冷至400℃出爐(減少熱應(yīng)力)； (4)電渣重熔爐精煉，將模鑄鋼錠熔煉為成分均勻的電渣錠(減緩較嚴(yán)重的模鑄鋼錠成分偏析現(xiàn)象)，提高產(chǎn)品的耐腐蝕、耐磨損性能，操作要點(diǎn) 結(jié)晶器Φ900/980mm； 渣系CaF2∶Al2O3＝(65～75)∶(25～35)，渣量350～450kg/錠，液渣起??； 電渣錠重量12.0～12.5噸(來(lái)料均衡電渣Φ900/980二支；滿足4Cr16Mo鋼大模塊的鋼鐵料要求)； 電渣重熔至0.45～0.55支時(shí)，關(guān)小底水箱冷卻水，溶池保持相對(duì)平穩(wěn)； 脫模溫度650～750℃； 脫模后熱送退火； (5)電渣錠退火 電渣錠(經(jīng)過(guò)真空精煉、電渣重熔后的電渣錠，雜質(zhì)含量低，成分分布均勻)采用熱裝不完全退火工藝(目的有二A、消除組織應(yīng)力，避免裂紋產(chǎn)生；B、溶解凝固時(shí)析出的粗大碳化物，細(xì)化組織。)電渣錠脫模后熱送退火，脫模溫度650～750℃(心部溫度800℃左右，此時(shí)鋼錠組織是過(guò)冷奧氏體加一次碳化物)，退火爐溫度控制550～650℃，保溫時(shí)間4.5～5.5小時(shí)(消除內(nèi)外溫差)；再以40～60℃/小時(shí)的速度升溫加熱到840～900℃(略高于Ac1、Ar1溫度，低于Ac3、Ar3溫度，以獲得奧氏體加碳化物的均衡組織；一般來(lái)說(shuō)，略高于Ar1溫度10～20℃，溫度過(guò)高，鋼的組織晶粒粗大)不完全退火，保溫12～16小時(shí)(長(zhǎng)時(shí)間保溫，消融或減少一次碳化物尺寸)；再以30～60℃/小時(shí)的冷卻速度冷卻至700～790℃保溫23～28小時(shí)(促使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體+二次碳化物，細(xì)化組織)；隨后以30～60℃/小時(shí)的冷卻速度冷卻至350℃出爐(消除熱應(yīng)力)； 第二，鍛造階段，采用熱加工鍛造工藝及必要的模塊去應(yīng)力退火，將電渣錠鍛造成成品尺寸的大模塊(厚度200～500mm；寬度800～1200mm；長(zhǎng)度＞2500mm)；具體生產(chǎn)方法是模塊熱加工鍛造—→模塊成品退火； (1)電渣錠鍛前加熱； 鍛前的加熱工藝(直接影響鍛后材料的碳化物分布和大小)是電渣錠進(jìn)爐后以350～400℃的溫度保溫4.5～5.5小時(shí)(確保內(nèi)外溫度的均勻化)；再以40～60℃/小時(shí)的速度緩慢加熱至830～880℃后，保溫4.5～5.5小時(shí)(均勻電渣錠內(nèi)外溫差減少熱應(yīng)力，形成奧氏體+碳化物組織，并為高溫段縮短保溫時(shí)間減少電渣錠表面脫碳創(chuàng)造條件)；然后以100～120℃/小時(shí)的加熱速度，快速升溫至1150～1200℃保溫2.5～3.5小時(shí)(完成均溫和碳化物的完全溶解)，出爐熱加工鍛造； (2)熱加工鍛造按常規(guī)熱加工鍛造方法，將電渣錠鍛造成成品尺寸的大模塊；鍛造過(guò)程中，鍛件若需要回爐加熱，回爐加熱時(shí)間控制在2～3小時(shí)； (3)模塊成品退火，采用鍛后直接熱裝退火工藝退火爐在550-650℃的溫度范圍內(nèi)保溫待料；待鍛后模塊進(jìn)爐完畢后，以50～80℃/小時(shí)的速度升溫至850～890℃保溫9～12小時(shí)(長(zhǎng)時(shí)間保溫，實(shí)現(xiàn)鍛后組織的均勻化)；隨后，爐冷(冷卻速度40～60℃/小時(shí))至700～790℃保溫20～30小時(shí)(長(zhǎng)時(shí)間保溫，促使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體+二次碳化物，細(xì)化組織)；最后以20～40℃/小時(shí)的冷卻速度冷卻至350℃出爐(消除熱應(yīng)力)； 第三，模塊調(diào)質(zhì)處理階段，采用特殊的熱處理工藝，對(duì)模塊進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理(淬火+回火)工藝，生產(chǎn)出質(zhì)量?jī)?yōu)的大模塊成品(調(diào)質(zhì)處理后硬度波動(dòng)小于4HRC，硬度范圍30～40HRC) (1)模塊淬火工藝(圖1)630～700℃、850～900℃兩次保溫(是為了模塊內(nèi)外均溫，減少熱應(yīng)力，并且減少高溫段的均熱、保溫時(shí)間提供必要條件)；隨后以70～100℃/小時(shí)速度升溫至1010～1050℃(模塊在880℃完成奧氏體化，因此后續(xù)的加熱速度可以適當(dāng)提高；選擇1010～1050℃作為淬火溫度，是出于盡可能多的溶解碳化物和避免淬后殘余奧氏體過(guò)多的綜合考慮)，1010～1050℃保溫時(shí)間按常規(guī)的經(jīng)驗(yàn)公式t(h)＝0.015h/mm*模塊厚度(mm)+6.5h計(jì)算； 淬火劑是F-2000(淬火劑的選擇直接影響模塊的成品質(zhì)量，根據(jù)4Cr16Mo的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線，在650℃以上過(guò)冷奧氏體相對(duì)穩(wěn)定，應(yīng)慢冷以減少熱應(yīng)力，在400-650℃的中溫區(qū)應(yīng)快冷以保證奧氏體不分解，鑒于上述理由，選擇F-2000淬火劑)；淬火時(shí)間(通過(guò)淬火時(shí)間控制模塊的出油溫度)以經(jīng)驗(yàn)公式t(分鐘)＝0.5*模塊厚度(mm)-24計(jì)算；模塊出油溫度(出油溫度的確定是基于確保淬透和保留適當(dāng)殘余奧氏體避免組織應(yīng)力形成裂紋的雙重考慮)控制在出油4.5～5.5分鐘模塊表面溫度160～200℃； (2)參照4Cr16Mo的回火溫度-硬度曲線(圖4)制訂的模塊回火工藝(圖2)是模塊淬火后立即進(jìn)爐回火；回火加熱時(shí)，在140～160℃保溫3～6小時(shí)(目的在于1、此時(shí)馬氏體中只有少量的碳化物析出，由于點(diǎn)陣的正方度因碳化物的析出而減小，消除了部分的內(nèi)應(yīng)力；2、待料，便于后續(xù)淬火模塊進(jìn)爐，有利于連續(xù)化生產(chǎn))；隨后，升溫至確定的550～600℃溫度范圍內(nèi)(根據(jù)用戶硬度要求，回火溫度在550-600℃范圍內(nèi)確定合適的溫度，波動(dòng)不得大于±10℃)保溫后空冷；回火組織為隱針馬氏體+粒狀碳化物。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn) 1、成分設(shè)計(jì)合理，能夠滿足塑料模具耐腐蝕、耐磨性兼?zhèn)涞母咭螅? 2、生產(chǎn)工藝合理，可操作性強(qiáng)； 3、耐腐蝕、耐磨損性能好； 4、模塊產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，合格率高，滿足要求耐腐蝕、耐磨損的鏡面大模塊的高標(biāo)準(zhǔn)使用要求； 5、馬氏體不銹鋼耐腐蝕大模塊4Cr16Mo的熱處理工藝科學(xué)合理，是國(guó)內(nèi)高合金馬氏體大模塊調(diào)質(zhì)處理零的突破。



圖1是4Cr16Mo模塊熱處理調(diào)質(zhì)處理的淬火工藝圖 圖2是4Cr16Mo模塊熱處理調(diào)質(zhì)處理的回火工藝圖 圖3是4Cr16Mo連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線圖 圖4是4Cr16Mo回火溫度-硬度曲線圖 具體實(shí)施方案 某鋼鐵公司實(shí)施本發(fā)明專(zhuān)利，冶煉4爐次新型耐腐蝕、耐磨損塑料模具鋼4Cr16Mo鋼(化學(xué)成分0.35～0.41％C，0.50～0.80％Mn，0.50～0.80％Si，S≤0.015％，P≤0.025％，15～16％Cr，0.10～0.60％Ni，1.00～1.30％Mo；其余為Fe。測(cè)定的4Cr16Mo連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線是Ac3＝960℃，Ac1＝800℃，Ms＝190℃。)；其大模塊的生產(chǎn)制備方法，在于采用冶煉、鍛造和成品調(diào)質(zhì)處理的三個(gè)階段，生產(chǎn)制造出耐腐蝕、耐磨損4Cr16Mo塑料模具鋼(調(diào)質(zhì)處理后硬度波動(dòng)小于4HRC，硬度范圍30～40HRC)的鏡面大模塊(厚度200～500mm；寬度800～1200mm；長(zhǎng)度＞2500mm)成品 第一，冶煉階段，采用爐外真空處理加電渣重熔的雙精煉工藝，及必要的模鑄鋼錠、電渣錠去應(yīng)力退火，冶煉出成分均勻、穩(wěn)定的4Cr16Mo電渣錠(1)電爐(EF)初煉，熔煉成分基本到位的4Cr16Mo鋼，操作要點(diǎn)按常規(guī)的不銹返回吹氧法熔煉鋼液；含Cr合金是低P的Cr不銹鋼返回料；EF爐出鋼時(shí)成分到位；(2)爐外真空處理(LFV爐精煉)，對(duì)高溫鋼液進(jìn)行成分微調(diào)和脫氣處理；鋼液模鑄，操作要點(diǎn)真空前適當(dāng)插Al；全程底吹氬攪拌，去除鋼液中的的有害夾雜物；真空度66.7Pa進(jìn)行脫氣處理，真空脫氣時(shí)間15～20分鐘；鋼液模鑄的澆鑄過(guò)熱度40～70℃；鋼錠脫模溫度控制在600～700℃；鋼錠熱裝退火；(3)模鑄鋼錠去應(yīng)力退火退火爐起始溫度600～700℃；表面溫度550～700℃的鋼錠，以30～80℃/小時(shí)的加熱速度緩慢升溫至720～750℃，加熱保溫時(shí)間4小時(shí)；再在720～750℃保溫20小時(shí)；隨后以30～50℃/小時(shí)的降溫速度爐冷至400℃出爐；(4)電渣重熔爐精煉，將模鑄鋼錠熔煉為成分均勻的電渣錠，提高產(chǎn)品的耐腐蝕、耐磨損性能，操作要點(diǎn)結(jié)晶器Φ900/980mm；渣系CaF2∶Al2O3＝70∶30，渣量350～450kg/錠，液渣起??；電渣錠重量是12.0～12.5噸；電渣重熔至1/2支時(shí)，關(guān)小底水箱冷卻水，溶池保持相對(duì)平穩(wěn)；脫模溫度650～750℃；脫模后熱送退火；(5)電渣錠熱裝不完全退火工藝電渣錠脫模后熱送退火，退火爐溫度控制600℃，保溫時(shí)間5小時(shí)；再以50℃/小時(shí)的速度升溫加熱到850～870℃不完全退火保溫14小時(shí)；再以50℃/小時(shí)的冷卻速度冷卻至720～750℃保溫25小時(shí)；隨后以50℃/小時(shí)的冷卻速度冷卻至350℃出爐。
第二，鍛造階段，采用熱加工鍛造工藝及必要的模塊去應(yīng)力退火，將電渣錠鍛造成成品尺寸(厚度200～500mm；寬度800～1200mm；長(zhǎng)度＞2500mm)的大模塊(1)電渣錠鍛前加熱工藝是電渣錠進(jìn)爐后以350～400℃的溫度保溫5小時(shí)；以30～60℃/小時(shí)的速度緩慢加熱至840～870℃)，保溫5小時(shí)；再以100～120℃/小時(shí)的速度快速升溫至1170～1190℃，保溫3小時(shí)；出爐鍛造；(2)熱加工鍛造按常規(guī)熱加工鍛造方法，將電渣錠鍛造成成品尺寸的大模塊；熱加工鍛造過(guò)程中，鍛件若需要回爐加熱，回爐加熱時(shí)間控制在2～3小時(shí)；(3)模塊成品退火，采用鍛后直接熱裝退火工藝退火爐在550～650℃的溫度范圍內(nèi)保溫待料；待鍛后模塊進(jìn)爐完畢后，以50～80℃/小時(shí)的速度升溫至850～890℃，保溫10小時(shí)；爐冷至720～750℃，保溫25小時(shí)；隨后以20～40℃/小時(shí)的冷卻速度冷卻至350℃出爐。
第三，模塊調(diào)質(zhì)處理階段，采用特殊的熱處理工藝，對(duì)模塊進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理(淬火+回火)工藝，生產(chǎn)出質(zhì)量?jī)?yōu)的大模塊成品(調(diào)質(zhì)處理后硬度波動(dòng)小于4HRC，硬度范圍30～40HRC)(1)圖1模塊淬火工藝(630～670℃)、(860～880℃)兩次保溫；最后以70～100℃/小時(shí)速度升溫至1020～1040℃，保溫時(shí)間按經(jīng)驗(yàn)公式t(h)＝0.015h/mm*模塊厚度(mm)+6.5h計(jì)算；選擇F-2000作為淬火劑；淬火時(shí)間以經(jīng)驗(yàn)公式t(分鐘)＝0.5*模塊厚度(mm)-24計(jì)算；模塊出油溫度控制在出油5分鐘，模塊表面溫度180℃；(2)參照?qǐng)D4的4Cr16Mo的回火溫度-硬度曲線制訂的模塊回火工藝圖2模塊淬火后立即進(jìn)爐回火；回火加熱時(shí)，在150℃保溫3～6小時(shí)；隨后，升溫至580～590℃溫度保溫后空冷，590℃溫度根據(jù)用戶硬度要求確定；回火組織為隱針馬氏體+粒狀碳化物。
上述方法制備生產(chǎn)的耐腐蝕、耐磨損4Cr16Mo塑料模具鋼(調(diào)質(zhì)處理后硬度波動(dòng)小于4HRC，硬度范圍30～40HRC)的鏡面大模塊，大模塊成品規(guī)格200～500mm厚、800～1200mm寬、2500～3000mm長(zhǎng)，模塊質(zhì)量穩(wěn)定(見(jiàn)表1、表2)，達(dá)到用戶使用標(biāo)準(zhǔn)(超聲波探傷，最低滿足∮4.0平底孔、夾雜物A≤2.0，B≤2.0，C細(xì)≤2.0，C粗≤1.5，D≤2.0)，滿足模具鏡面拋光要求。用戶反映該耐腐蝕4Cr16Mo鏡面大模塊優(yōu)于國(guó)內(nèi)同類(lèi)產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量可于國(guó)際知名品牌相媲美。經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。
實(shí)物硬度 表1 爐號(hào) 1# 2# 規(guī)格mm153*800283*800203*800253*800 HRC32、3533、3731、3434、32 實(shí)物夾雜物評(píng)級(jí) 表2 爐號(hào)A細(xì)A粗B細(xì)B粗 C細(xì) C粗D細(xì) D粗 1#0.50.51.50.5 0 00.5 00.50.51.00.5 0 00.5 0 2#0.50.51.50.5 0 00.5 00.50.51.00.5 0 00.5 0
權(quán)利要求
1、新型耐腐蝕、耐磨損塑料模具鋼4Cr16Mo，其特征在于鋼的化學(xué)元素成分(重量％)是0.33～0.43％C，0.30～1.00％Mn，0.30～1.00％Si，S≤0.045％，P≤0.045％，14～18％Cr，0.10～1.00％Ni，0.80～1.50％Mo；其余為Fe。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型耐腐蝕、耐磨損塑料模具鋼4Cr16Mo，其特征在于鋼的最佳化學(xué)元素成分(重量％)是0.35～0.41％C，0.50～0.80％Mn，0.50～0.80％Si，S≤0.015％，P≤0.025％，15～16％Cr，0.10～0.60％Ni，1.00～1.30％Mo；其余為Fe。
3、4Cr16Mo鋼鏡面大模塊的制備生產(chǎn)方法，其特征是采用冶煉、鍛造和模塊調(diào)質(zhì)處理的三個(gè)階段，生產(chǎn)制造出耐腐蝕、耐磨損4Cr16Mo塑料模具鋼的鏡面大模塊成品；大模塊成品調(diào)質(zhì)處理后硬度波動(dòng)小于4HRC，硬度范圍30～40HRC；大模塊成品規(guī)格是厚度200～500mm、寬度800～1200mm、長(zhǎng)度＞2500mm；
第一，冶煉階段，采用爐外真空處理加電渣重熔的雙精煉工藝，及必要的模鑄鋼錠、電渣錠去應(yīng)力退火，冶煉出成分均勻、穩(wěn)定的4Cr16Mo電渣錠；具體生產(chǎn)方法是電爐初煉—→爐外真空處理精煉鋼液，鋼液模鑄—→模鑄鋼錠去應(yīng)力退火—→電渣重熔—→電渣錠去應(yīng)力退火
(1)EF電爐初煉，熔煉成分基本到位的4Cr16Mo鋼，操作要點(diǎn)
按常規(guī)的不銹返回吹氧法熔煉鋼液；
含Cr合金是低P的Cr不銹鋼返回料；
EF爐出鋼時(shí)成分到位；
(2)爐外真空處理，采用LFV爐或LF+VD爐精煉，對(duì)高溫鋼液進(jìn)行成分微調(diào)和脫氣處理；鋼液模鑄，操作要點(diǎn)
真空前適當(dāng)插Al；
全程底吹氬攪拌，去除鋼液中的的有害夾雜物；
真空度≤140Pa進(jìn)行脫氣處理，真空脫氣時(shí)間15～20分鐘，使鋼液中的O含量≤25ppm、H含量≤2ppm；
鋼液模鑄澆鑄過(guò)熱度40～70℃，也就是說(shuō)出鋼溫度控制在1530～1540℃；
鋼錠脫模溫度控制在600～700℃；鋼錠熱裝退火；
(3)模鑄鋼錠退火采用熱裝退火，退火爐起始溫度600～700℃；表面溫度550～700℃的鋼錠，以30～80℃/小時(shí)的加熱速度緩慢升溫至700～790℃，加熱保溫時(shí)間3.5～4.5小時(shí)；再在700～790℃保溫18～22小時(shí)；隨后以10～50℃/小時(shí)的降溫速度爐冷至400℃出爐；
(4)電渣重熔爐精煉，將模鑄鋼錠熔煉為成分均勻的電渣錠，操作要點(diǎn)
結(jié)晶器Φ900/980mm；
渣系CaF2∶Al2O3＝(65～75)∶(25～35)，渣量350～450kg/錠，液渣起??；電渣錠重量12.0～12.5噸；
電渣重熔至0.45～0.55支時(shí)，關(guān)小底水箱冷卻水，溶池保持相對(duì)平穩(wěn)；
脫模溫度650～750℃；
脫模后熱送退火；
(5)電渣錠退火采用熱裝不完全退火工藝，電渣錠脫模后熱送退火，脫模溫度650～750℃，退火爐溫度550～650℃，保溫時(shí)間4.5～5.5小時(shí)；再以40～60℃/小時(shí)的速度升溫加熱到840～900℃不完全退火，保溫12～16小時(shí)；再以30～60℃/小時(shí)的冷卻速度冷卻至700～790℃保溫23～28小時(shí)；隨后以30～60℃/小時(shí)的冷卻速度冷卻至350℃出爐；
第二，鍛造階段，采用熱加工鍛造工藝及必要的模塊去應(yīng)力退火，將電渣錠鍛造成成品尺寸的大模塊，大模塊規(guī)格是厚度200～500mm、寬度800～1200mm、長(zhǎng)度＞2500mm；具體生產(chǎn)方法是模塊熱加工鍛造—→模塊成品退火
(1)電渣錠鍛前加熱工藝是電渣錠進(jìn)爐后以350～400℃的溫度保溫4.5～5.5小時(shí)；再以40～60℃/小時(shí)的速度緩慢加熱至830～880℃后，保溫4.5～5.5小時(shí)；然后以100～120℃/小時(shí)的加熱速度，快速升溫至1150～1200℃保溫2.5～3.5小時(shí)，出爐熱加工鍛造；
(2)熱加工鍛造按常規(guī)熱加工鍛造方法，將電渣錠鍛造成成品尺寸的大模塊；鍛造過(guò)程中，鍛件若需要回爐加熱，回爐加熱時(shí)間控制在2～3小時(shí)；
(3)模塊成品退火，采用鍛后直接熱裝退火工藝退火爐在550～650℃的溫度范圍內(nèi)保溫待料；待鍛后模塊進(jìn)爐完畢后，以50～80℃/小時(shí)的速度升溫至850～890℃保溫9～12小時(shí)；隨后，爐冷至700～790℃保溫20～30小時(shí)；最后以20～40℃/小時(shí)的冷卻速度冷卻至350℃出爐；
第三，模塊調(diào)質(zhì)處理階段，采用特殊的熱處理工藝，對(duì)模塊進(jìn)行淬火+回火的調(diào)質(zhì)處理工藝，生產(chǎn)出質(zhì)量?jī)?yōu)的大模塊成品；調(diào)質(zhì)處理后的大模塊成品硬度波動(dòng)小于4HRC、硬度范圍30～40HRC
(1)模塊淬火工藝630～700℃、850～900℃兩次保溫；隨后以70～100℃/小時(shí)速度升溫至1010～1050℃的淬火溫度，1010～1050℃保溫時(shí)間按常規(guī)的經(jīng)驗(yàn)公式t(h)＝0.015h/mm*模塊厚度(mm)+6.5h計(jì)算；
淬火劑是F-2000；淬火時(shí)間以經(jīng)驗(yàn)公式t(分鐘)＝0.5*模塊厚度(mm)-24計(jì)算；模塊出油溫度控制在出油4.5～5.5分鐘模塊表面溫度160～200℃；
(2)模塊回火工藝是模塊淬火后立即進(jìn)爐回火；回火加熱時(shí)，在140～160℃保溫3～6小時(shí)；隨后，升溫至確定的550～600℃溫度范圍內(nèi)，保溫后，空冷；回火組織為隱針馬氏體+粒狀碳化物。
全文摘要
新型耐腐蝕、耐磨損塑料模具鋼4Cr16Mo及其鏡面大模塊的制備生產(chǎn)方法，其特征在于化學(xué)成分(重量％)為0.33～0.43％C，0.30～1.00％Mn，0.30～1.00％Si，S≤0.045％，P≤0.045％，14～18％Cr，0.10～1.00％Ni，0.80～1.50％Mo；其余為Fe。采用電爐初煉→爐外真空處理加電渣重熔的雙精煉，及必要的模鑄鋼錠、電渣錠去應(yīng)力退火，冶煉出成分均勻的電渣錠；然后采用熱加工鍛造工藝及必要的模塊去應(yīng)力退火，將電渣錠加工成大模塊(厚度500mm；寬度1200mm；長(zhǎng)度2500mm)；最后采用特殊的熱處理模塊調(diào)質(zhì)處理工藝，生產(chǎn)出高耐腐蝕、高耐磨損性能(硬度范圍30～40HR，C波動(dòng)＜4HRC)的塑料模具鋼大模塊。本發(fā)明生產(chǎn)的4Cr16Mo鏡面大模塊，質(zhì)量穩(wěn)定，性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)(夾雜物A≤2.0，B≤2.0，C細(xì)≤2.0，C粗≤1.5，D≤2.0)要求。經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。
文檔編號(hào)C22C33/00GK1676653SQ20051002514
公開(kāi)日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2005年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月18日
發(fā)明者徐薌明, 楊偉寧, 胡俊輝, 毛偉良 申請(qǐng)人:寶鋼集團(tuán)上海五鋼有限公司