一種低成本無(wú)Mo塑料模具鋼鋼板及其生產(chǎn)工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低成本無(wú)Mo塑料模具鋼鋼板及其生產(chǎn)工藝，包括以下重量百分比含量的化學(xué)成分組成：C：0.36～0.42％、Si：0.26～0.34％、Mn：0.55～0.59％、P≤0.020％、S≤0.010％、Cr：1.25～1.55％、Nb：0～0.015％、B：0.0015～0.0025％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，其中Cr/Mn為2.1～2.6，Si+Cr+Mn為2.1％～2.4％。本發(fā)明采用熱軋+在線淬火+回火工藝，鋼板組織為馬氏體、馬氏體+貝氏體或馬氏體+貝氏體+少量珠光體，硬度為28～34HRC。本發(fā)明不含Mo等貴重合金，工藝簡(jiǎn)單，周期短，成本低，可廣泛用于各種塑料模具。
【專利說(shuō)明】一種低成本無(wú)Mo塑料模具鋼鋼板及其生產(chǎn)工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種塑料模具鋼鋼板，特別涉及一種低成本無(wú)Mo塑料模具鋼鋼板及其生產(chǎn)工藝，屬于塑料模具鋼領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]模具是工業(yè)產(chǎn)品批量生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，機(jī)械制造工業(yè)零件粗加工的70%，精加工的5%都需要模具來(lái)完成。塑料模具鋼是重要的模具材料，廣泛應(yīng)用于家用電器、電子及通訊設(shè)備、塑料制品、汽車摩托車等各類行業(yè)。
[0003]隨著世界鋼鐵產(chǎn)量的突飛猛進(jìn)，Mo、N1、V等金屬原材料價(jià)格的飆升，造成塑料模具鋼的價(jià)格也隨之不斷攀升。開(kāi)發(fā)低成本無(wú)Mo且硬度在28~34HRC的塑料模具用鋼成為目前模具鋼生產(chǎn)企業(yè)的重要課題。
[0004]目前已有不少塑料模具鋼鋼板的制造專利，從成分上看，專利CN101792886A，CN102286698A, CN101002638A, CN101956136A, CN102312168A, CN102899571A 等，其成分中均含有0.1~1.0%不同含量的Mo，從目前市場(chǎng)價(jià)格來(lái)看，添加0.1%的Mo僅合金成本就需180元/噸，在鋼鐵行業(yè)普遍巨額虧損的大行情下，180元的噸鋼新增利潤(rùn)則可使得一個(gè)鋼鐵企業(yè)迅速扭虧為盈。從工藝來(lái)看，對(duì)于目前已有的塑料模具鋼鋼板的專利或現(xiàn)有產(chǎn)品中，一部分采用模鑄工藝，如專利CN102899571A ;—部分采用鍛造工藝，如專利CN102650021A，CN102877001A, CN101967608A, CN102796959A等；還有一部分則是采用離線熱處理的方法，如專利CN103510023A，采用855~875°C油淬+200°C回火，專利CN103397261A，采用830~880°C正火+500~550°C回火。不管是模鑄、鍛造或是離線熱處理，其生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低下，同時(shí)多出的鑄、鍛、淬火、正火等工序使得生產(chǎn)成本急劇上升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種低成本無(wú)Mo塑料模具鋼鋼板及其生產(chǎn)工藝。本發(fā)明突破傳統(tǒng)模具鋼合金設(shè)計(jì)模式，不含有Mo合金,通過(guò)合理匹配S1、Cr、Mn、Nb、B等廉價(jià)合金元素，采用熱軋+在線淬火+回火工藝，得到整個(gè)厚度方向上硬度為28~34HRC的模具鋼；同時(shí)，當(dāng)厚度≤40mm時(shí)，組織為馬氏體；當(dāng)厚度為41~80mm時(shí)，組織為馬氏體+貝氏體；當(dāng)厚度為81~140mm時(shí)，組織為馬氏體+貝氏體+少量珠光體。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]所述鋼板以重量百分比計(jì)的化學(xué)成分組成如下:C:0.36~0.42%、S1:0.26~0.34 Mn:0.55 ~0.59 %、P ≤ 0.020 %、S≤ 0.010 %、Cr:1.25 ~1.55 %、Nb:0 ~0.015%, B:0.0017~0.0023%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，其中Cr/Mn為2.1~2.6，Si+Cr+Mn 為 2.1 %~2.4%。
[0008]以下對(duì)本發(fā)明的低成本塑料模具鋼鋼板中所含組分的作用及其用量的選擇具體分析說(shuō)明:
[0009]C:C對(duì)材料的硬度起著重要的作用。C的含量控制過(guò)低(如低于0.030% )，則不能夠保證強(qiáng)度，含量過(guò)高時(shí)(如高于0.50 % )，則焊接性能和低溫韌性較難控制。本發(fā)明中，C含量選擇在0.36~0.42%，能夠保證一定的硬度。
[0010]S1:在鋼中起脫氧和固溶強(qiáng)化作用，可以增加材料的強(qiáng)度，因此Si的含量控制在
0.26 ~0.34%。
[0011]Mn:Mn能夠提高鋼的淬透性，并起到固溶強(qiáng)化作用，但過(guò)量的Mn將在鋼板中形成偏析，嚴(yán)重惡化鋼板在厚度方向上的均勻性。因此Mn的含量控制在0.55~0.59%。
[0012]Cr:Cr是鋼中重要的強(qiáng)化元素之一，可使珠光體轉(zhuǎn)變曲線向右向上移，且其偏析傾向較Mn小。Cr和Mn配合，能有效提高鋼的淬硬性。因此Cr的含量控制在1.25~
1.55%。S1、Mn、Cr復(fù)合添加可提高鋼板的淬透性，當(dāng)Cr/Mn比為2.1~2.6，Si+Mn+Cr為
2.1%~2.4%時(shí)，可使得鋼板在？ 80mm厚的范圍內(nèi)得到馬氏體或馬氏體+貝氏體組織，厚度在81~140mm時(shí)，心部?jī)H出現(xiàn)少量珠光體，同時(shí)硬度為28~34HRC。
[0013]Nb =Nb的加入能提高奧氏體未再結(jié)晶溫度，使得后續(xù)整個(gè)軋制過(guò)程均在未再結(jié)晶區(qū)完成。Nb還可以起到細(xì)化晶粒作用。Nb的含量控制在O~0.015%。
[0014]B:B能提高鋼板的淬透性，但是過(guò)量的B易引起偏聚，因此B含量控制在0.0017~
0.0023%。
[0015]P、S:P、S為鋼中的 有害元素，理論上要求越低越好，但是考慮到煉鋼成本等原因，控制 P ≤ 0.020%, S ≤ 0.010%。
[0016]一種低成本無(wú)Mo塑料模具鋼鋼板的生產(chǎn)工藝，其包括如下步驟:
[0017](I)按照權(quán)利要求1所述的化學(xué)成分重量百分比，用180噸轉(zhuǎn)爐進(jìn)行冶煉，連鑄成220mm或320mm (厚)X 1800~2700mm (寬)X 2600~4800mm (長(zhǎng))的連鑄坯，連鑄坯單重
<30 噸；
[0018](2)在加熱工序中，連鑄坯加熱溫度為1170~1210°〇，加熱方式以10~201:/1^11的速度加熱至800°C后保溫30min，繼續(xù)加熱，以≤10°C /min的速度升溫至1170~1210°C保溫60~90min ；
[0019](3)在熱軋工序中，將均熱后的板坯，在5m寬厚板軋機(jī)上采用普通熱軋工藝軋制成15~140mm(厚)X2000~4800(寬)X6000~20000 (長(zhǎng))的鋼板，其中≤70mm厚的成品板由220mm厚連鑄坯軋制，71~140mm厚的成品板由320mm厚連鑄坯軋制而成；
[0020](4)在熱軋工序中，熱軋溫度為980~1120°C，道次變形率？ 15% ;軋后直接采用MULPIC水冷卻系統(tǒng)進(jìn)行在線淬火，分兩段式冷卻，前1/4段采用低壓水進(jìn)行預(yù)冷，冷速為
<15°C /s，后3/4段采用高壓水進(jìn)行快速冷卻，冷速> 25°C /s，終冷溫度≤180°C，之后置于冷床上緩冷至室溫。采用兩階段冷卻，其目的是減小鋼板表面和心部的冷速差，從而減小鋼板厚度方向的硬度差，同時(shí)防止鋼板因淬火產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而開(kāi)裂。
[0021](5)在回火工序中，當(dāng)板厚≤40mm時(shí)，回火溫度選取為570~590°C ;當(dāng)板厚為41~80mm時(shí)，回火溫度選取為540~560°C ;當(dāng)板厚為81~140mm時(shí)，回火溫度選取為500~530°C ;加熱方式為以10~20°C /min的速度升溫至目標(biāo)溫度后保溫，保溫時(shí)間為2 ~2.5min/mm+10 ~40mino
[0022]本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0023]1、成分簡(jiǎn)單,不含有Mo、N1、V等貴重合金,合金成本極低；采用熱軋+在線淬火+回火工藝，軋制工藝簡(jiǎn)單，工藝窗口較大，無(wú)需控制軋制，后續(xù)熱處理中無(wú)需淬火或正火熱處理，僅需回火，工藝成本較低。整個(gè)工藝流程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，效率高。
[0024]2、整個(gè)厚度范圍內(nèi)(15~140_)，均采用同一成分，同一熱軋工藝，僅通過(guò)微調(diào)在線淬火工藝中的冷速、回火溫度和時(shí)間來(lái)調(diào)整模具鋼鋼板的硬度，使得不同厚度鋼板硬度得到統(tǒng)一，達(dá)到柔性化生產(chǎn)的目的，從而降低生產(chǎn)成本。通過(guò)此成分和工藝生產(chǎn)時(shí)，當(dāng)厚度(40mm時(shí)，組織為馬氏體；當(dāng)厚度為41~80mm時(shí)，組織為馬氏體+貝氏體；當(dāng)厚度為81~140mm時(shí)，組織為馬氏體+貝氏體+少量珠光體，整個(gè)厚度方向上硬度為28~34HRC。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為實(shí)施例1中鋼板截面1/8、1/4、1/2處的顯微組織照片；
[0026]圖2為實(shí)施例2中鋼板截面1/8、1/4、1/2處的顯微組織照片；
[0027]圖3為實(shí)施例3中鋼板截面1/8、1/4、1/2處的顯微組織照片；
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖及若干較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但不限于此。
[0029]實(shí)施例1
[0030]該鋼由以下組分組成(wt%):C:0.39%, Si:0.30%、Mn:0.58%、P ≤0.020%,S ≤ 0.010%, Cr:1.25 ~1.55%, Nb:0 ~0.015%, B:0.0020%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)，其中 Cr/Mn 為 2.1 ~2.6，Si+Cr+Mn 為 2.1 %~2.4%。
[0031](I)按照上述化學(xué)成分重量百分比，用180噸轉(zhuǎn)爐進(jìn)行冶煉，連鑄成220mm的連鑄坯；
[0032](2)在加熱工序中，連鑄坯加熱溫度為1170~1210°C，加熱方式以10~20°C /min的速度加熱至800°C后保溫15min，繼續(xù)加熱，以≤5°C /min的速度升溫至1170~1210°C保溫60~90min，將均熱后的板坯，在5m寬厚板軋機(jī)上采用熱軋工藝軋制成30mm厚的寬厚板；
[0033](3)在熱軋工序中，熱軋溫度為980~1120°C，道次變形率？ 15% ;軋后直接采用MULPIC水冷卻系統(tǒng)進(jìn)行在線淬火，分兩段式冷卻，前1/4段采用低壓水進(jìn)行預(yù)冷，冷速為
<15°C /s，后3/4段采用高壓水進(jìn)行快速冷卻，冷速> 25°C /s，終冷溫度≤180°C，之后置于冷床上緩冷至室溫。
[0034](4)在回火工序中，回火溫度選取為570~590°C，加熱方式為以10~20°C /min的速度升溫至目標(biāo)溫 度后保溫，保溫時(shí)間為2~2.5min/mm+10~40min。
[0035]實(shí)施例2
[0036]該鋼由以下組分組成C:0.39 %、Si:0.30 %, Mn:0.58 %, P ^ 0.020 %、S ≤ 0.010%, Cr:1.25 ~1.55%, Nb:0 ~0.015%, B:0.0020%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)，其中 Cr/Mn 為 2.1 ~2.6，Si+Cr+Mn 為 2.1 %~2.4%。
[0037](I)按照上述化學(xué)成分重量百分比，用180噸轉(zhuǎn)爐進(jìn)行冶煉，連鑄成220mm的連鑄坯；
[0038](2)在加熱工序中，連鑄坯加熱溫度為1170~1210°C，加熱方式以10~20°C /min的速度加熱至800°C后保溫15min，繼續(xù)加熱，以≤5°C /min的速度升溫至1170~1210°C保溫60~90min，將均熱后的板坯，在5m寬厚板軋機(jī)上采用熱軋工藝軋制成70mm厚的寬厚板；
[0039](3)在熱軋工序中，熱軋溫度為980~1120°C，道次變形率？ 15% ;軋后直接采用MULPIC水冷卻系統(tǒng)進(jìn)行在線淬火，分兩段式冷卻，前1/4段采用低壓水進(jìn)行預(yù)冷，冷速為
<15°C /s，后3/4段采用高壓水進(jìn)行快速冷卻，冷速> 25°C /s，終冷溫度≤180°C，之后置于冷床上緩冷至室溫。
[0040](4)在回火工序中，回火溫度選取為540~560°C，加熱方式為以10~20°C /min的速度升溫至目標(biāo)溫度后保溫，保溫時(shí)間為2~2.5min/mm+10~40min。
[0041]實(shí)施例3
[0042]該鋼由以下組分組成(wt%):C:0.39%, S1:0.30%、Mn:0.58%、P ≤ 0.020%,S ≤ 0.010%, Cr:1.25 ~1.55%, Nb:0 ~0.015%, B:0.0020%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)，其中 Cr/Mn 為 2.1 ~2.6，Si+Cr+Mn 為 2.1 %~2.4%。
[0043](I)按照權(quán)利要求1所述的化學(xué)成分重量百分比，用180噸轉(zhuǎn)爐進(jìn)行冶煉，連鑄成320mm厚的連鑄坯；
[0044](2)在加熱工序中，連鑄坯加熱溫度為1170~1210°C，加熱方式以10~20°C /min的速度加熱至800°C后保溫30min，繼續(xù)加熱，以≤10°C /min的速度升溫至1170~1210°C保溫60~90min，將均熱后的板坯，在5m寬厚板軋機(jī)上采用熱軋工藝軋制成105mm厚的寬
厚板；
[0045](3)在熱軋工序中，熱軋溫度為980~1120°C，道次變形率？ 15% ;軋后直接采用MULPIC水冷卻系統(tǒng)進(jìn)行在線淬火，分兩段式冷卻，前1/4段采用低壓水進(jìn)行預(yù)冷，冷速為
<15°C /s，后3/4段采用高壓水進(jìn)行快速冷卻，冷速> 25°C /s，終冷溫度≤180°C，之后置于冷床上緩冷至室溫。
[0046](5)在回火工序中，回火溫度選取為500~530°C，加熱方式為以10~20°C /min的速度升溫至目標(biāo)溫度后保溫，保溫時(shí)間為2~2.5min/mm+10~40min。
[0047]表1本發(fā)明實(shí)施例1-3涉及的塑料模具鋼硬度表
[0048]
【權(quán)利要求】
1.一種低成本無(wú)Mo塑料模具鋼鋼板，其特征在于，所述鋼板以重量百分比計(jì)的化學(xué)成分組成如下:c:0.36 ~0.42%, Si:0.26 ~0.34%, Mn:0.55 ~0.59%, P ≤ 0.020%,.S ≤ 0.010%,Cr:1.25 ~1.55%,Nb:0 ~0.015%,B:0.0017 ~0.0023%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì),其中Cr/Mn為2.1~2.6，Si+Cr+Mn為2.1 %~2.4%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本無(wú)Mo塑料模具鋼鋼板，其特征在于所制得鋼板:當(dāng)厚度≤40mm時(shí)，組織為馬氏體；當(dāng)厚度為41~80mm時(shí)，組織為馬氏體+貝氏體；當(dāng)厚度為81~140mm時(shí)，組織為馬氏體+貝氏體+少量珠光體，整個(gè)厚度方向上硬度為28~.34HRC。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低成本無(wú)Mo塑料模具鋼鋼板的生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的制備方法包括以下步驟: (1)用轉(zhuǎn)爐進(jìn)行冶煉，連鑄成220mm或320mm(厚)X1800~2700mm(寬)X2600~.4800mm (長(zhǎng))的連鑄坯，連鑄坯單重≤ 30噸； (2)在加熱工序中，連鑄坯加熱溫度為1170~1210°C，加熱方式以10~20°C/min的速度加熱至800°C后保溫15min，繼續(xù)加熱，以≤5°C /min的速度升溫至1170~1210°C保溫 60 ~90min ； (3)在熱軋工序中，將均熱后的板坯，在5m寬厚板軋機(jī)上采用普通熱軋工藝軋制成.15~140mm(厚)X2000~4800mm(寬)X6000~20000mm(長(zhǎng))的鋼板，其中≤70mm厚的成品板由220mm厚的連鑄坯軋制，71~140mm厚的成品板由320mm厚的連鑄坯軋制而成； (4)在熱軋工序中，熱軋溫度為980~1120°C，道次變形率？15% ;軋后直接采用MULPIC水冷卻系統(tǒng)進(jìn)行在線淬火，分兩段式冷卻，前1/4段采用低壓水進(jìn)行預(yù)冷，冷速為< 15°C /s，后3/4段采用高壓水進(jìn)行快速冷卻，冷速> 25°C /s，終冷溫度≤180°C，之后置于冷床上緩冷至室溫； (5)在回火工序中，當(dāng)板厚≤40mm時(shí)，回火溫度選取為570~590°C;當(dāng)板厚為41~.80mm時(shí)，回火溫度選取為540~560°C ;當(dāng)板厚為81~140mm時(shí)，回火溫度選取為500~.5300C ;加熱方式為以10~20°C /min的速度升溫至目標(biāo)溫度后保溫，保溫時(shí)間為2~.2.5min/mm+1O ~40mino
【文檔編號(hào)】C21D8/02GK103981447SQ201410231378
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】鎮(zhèn)凡, 張寬, 楊浩, 曲錦波 申請(qǐng)人:江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司