专利名称：一种塑料模具钢的厚板生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种时效硬化钢的厚板制备工艺，具体地说一种塑料模具钢的厚板生
产工艺。
背景技术：
随着制造业的不断发展，厚规格的合金钢的需求日益增加，时效硬化型塑料模 具钢P80A碳含量较低，合金度较高，生产中多采用真空冶炼和电渣重熔工艺。是一种 M-Cu-Al析出硬化型高级镜面模具钢，具有良好的冷热加工性能和综合力学性能，热处理 工艺简便，变形小，淬透性高。专利号为200510027393. 6开发的NAK80模具钢采用“热加工 锻造成型+淬火+回火”三步法工艺流程。采用传统模铸方法得到钢锭，热加工锻造时采用 锻压机对模具钢热加工锻造变形，生产出尺寸符合规格标准的成品模具钢钢材。热加工锻 造时，钢材终锻温度控制在860-920°C的范围内，热加工锻造变形量控制在15-20%。淬火 工艺，将尺寸符合规格标准的成品模具钢钢材直接放入常规淬火液中进行固溶处理，在淬 火液中冷却至150-250°C。在将钢材置入回火炉内，以80-100°C /h的升温速度将钢材加热 到490-560°C，保温2-6小时后，将钢材移出回火炉空冷至室温。传统铸锭方法模耗高浇注难，脱模困难，钢液凝固慢，易产生缩孔，偏析，短锭跑钢 等缺陷，且生产效率低，成本高，成材率低。电渣重熔扁锭的生产需要专门的设备，需要大的 投资，工艺复杂，而且能耗高。连铸尽管可以采用长直垂直段尽量增加夹杂上浮的几率，但 是由于连铸生产节奏快，不足以使所有的夹杂物有足够的时间上浮，矫直后铸坯处于水平 位置时，在冶金长度内，铸坯内部仍然存在液态金属的凝固，在凝固过程中部分夹杂上浮受 到铸坯外部凝固层的阻隔，而后部接近完全凝固的芯部补缩通道并不畅通，因而造成连铸 坯存在不同程度的夹杂富集、偏析以及疏松区域。这些内部缺陷对于压缩比大的中厚板的 内部质量不至于造成较大影响，但是对于压缩比小的厚板而言，由于后续的轧机能力的限 制，道次轧制压下量不足，变形渗透程度有限，通过轧制改善芯部组织、压合疏松、减轻偏析 的作用较小。因此，采用连铸坯生产压缩比较小的厚板，对连铸坯的质量要求是非常高的， 采用普通连铸工艺生产优质厚钢板较为困难。而且用于高档塑料模具钢合金含量高，批量 小，价格高，不适合连铸机生产。
发明内容
为了克服现有技术中塑料模具钢厚板生产工艺存在的工艺不完善、投资大、板厚 规格低、成本高等问题，本发明的目的是提供一种塑料模具钢的厚板生产工艺，该生产工艺 采用开合式水冷模铸机浇注、通过合理的加热制度及轧制工艺、正火及回火生产，得到的塑 料模具钢厚板能够通过探伤检验，各项性能指标达到要求。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种塑料模具钢的厚板生产工艺，其特征在于该生产工艺采用开合式水冷模铸机 浇注、通过合理的加热制度及轧制工艺、并通过轧后正火、回火处理得到塑料模具钢厚板，具体步骤如下1)采用开合式水冷模铸机浇注，采用低温浇注，底注上补缩的浇注工艺，循环水冷 结晶器使钢液快速凝固，钢液不承受任何收缩阻力，保证模铸坯宽面无裂纹；2)确定加热炉内加热制度，钢锭的加热温度不超过1280°C，使合金元素充分固 溶；3)粗轧温度为1100-1200°C，粗轧阶段采用高温大压下，精轧阶段950°C开轧后， 终轧温度> 9200C ；轧后下线温度750-830°C，轧后堆冷72h ；4)对钢板进行正火、回火处理，固溶温度在870°C左右，时效处理温度500_550°C， 得到塑料模具钢厚板。本发明在采用开合式水冷模铸机浇注时，角部设有用来分散应力的圆弧，圆弧为 R25mm，得到的模铸坯无角裂；模铸坯中心等轴晶率> 30%，可视缩孔为零。。为使合金元素 充分固溶，钢锭的加热温度为1280°C，总加热时间7-8小时。本发明固溶温度应在A。3以上，在兼顾Cu的溶解度和晶粒长大温度的基础上，固 溶温度为870°C，保温时间2min/mm。钢中的NiAl强化相在400_630°C脱溶，因此时效温度 不能超过该温度范围。时效温度对时效硬化钢的硬化作用影响很大，随着时效温度的变化， 时效选择硬化曲线存在一个峰，峰值随着时效温度的增加而降低，最佳时效峰值在510°C左 右，此温度下析出的第二相弥散均勻分布，并与基体保持共格关系，强化效果最好。时效时 间为 2. 5min/mm0本发明采用水冷模铸工艺，钢液静态结晶，无拉矫，出现角裂和内裂的机会少。底 注工艺，夹杂物易上浮。钢坯的表面和内部质量较好；循环水冷结晶器使钢液结晶速度快， 无2次和3次枝状晶；模铸机可由多个模体结合，铸坯品种规格调整更换容易，适用范围广； 可进行高温脱模，条件允许，钢坯可实现热送，热装；液压合模，开模，多只锭同时完成脱模。 铸坯内部质量与连铸坯相近，由于无震痕，角裂和表面氧化，表面质量明显优于连铸坯。用开合式水冷模铸坯轧制厚规格模具钢，比使用连铸坯更适应多品种，小批量的 要求，并且更经济。表面和内部质量高于模铸坯，生产成本低于连铸坯。本发明的有益效果如下1)水冷模铸浇注适应多品种、多尺寸规格、小批量的需求，浇注速度快，开模脱坯 时间短，铸坯无缩孔和气孔，成品率高。脱模时铸出的钢坯温度高，可以进轧机直接轧制。水 冷模铸坯的质量高于模铸坯，生产成本低于连铸坯。2)生产出的坯料轧制成80-120mm厚板产品后超声波检测达JB/T4730. 3-2005标 准I级，夹杂物级别较低，晶粒度达11级，综合性能良好。3)铸坯厚度300-400mm，可以轧制出80_120mm特厚规格的塑料模具钢，产品各项 性能指标合格，满足了用户要求和市场需求。4)采用的时效硬化处理工艺简单合理，通过固溶和时效硬化处理，使钢板截面硬 度均勻，平均硬度达到了技术指标，无需淬火炉就可以完成整个时效硬化处理，整个时效硬 化处理的生产周期短。
图1 (a)是塑料模具钢厚板热轧态表面的组织形态图l(b
图l(c
图2(a
图2(b
图2(c
图3(a
图3(b
图3(c
_说明书_
是塑料模具钢厚板热轧态1/4处的组织形态图； 是塑料模具钢厚板热轧态心部的组织形态图； 是固溶处理后正火态塑料模具钢厚板表面的组织形态图； 是固溶处理后正火态塑料模具钢厚板1/4处的组织形态图 是固溶处理后正火态塑料模具钢厚板心部的组织形态图； 是固溶处理后回火态塑料模具钢厚板表面的组织形态图； 是固溶处理后回火态塑料模具钢厚板1/4处的组织形态图 是固溶处理后回火态塑料模具钢厚板心部的组织形态图。
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具体实施例方式一种塑料模具钢的厚板生产工艺，时效硬化塑料模具钢P80A化学成分重量百 分比碳 0. 11 0. 14%、猛1. 70 1. 85%、镍 2. 85 3. 15%、钼0. 25 0. 35%、铝 0. 80 1. 00%、硅0. 17 0. 27%、铜 0. 85-1. 00、磷;^ 0. 015、硫;^ 0. 012。该生产工艺采 用开合式水冷模铸机浇注、通过合理的加热制度及轧制工艺、并通过轧后正火、回火处理得 到塑料模具钢厚板，具体步骤如下使用开合式水冷模铸机浇注了厚度400mm，宽度2. 2m,长度3. 5m的钢坯。在水循 环条件下强制冷却，凝固成坯，钢坯无内裂外裂鼓肚等缺陷，钢坯组成致密，内外质量好。浇 注时，开浇温度保持20°C左右过热度，浇注时间控制在20min范围内，脱模时间在1小时之 内。采用热送热装，入炉温度小于500°C，加热炉加热温度不宜超过1280°C，总加热时 间7h，粗轧温度为1100-1200°C，轧制120mm厚板时中间坯厚度为180mm，粗轧阶段尽可能 采用高温大压下，5个道次轧完；精轧阶段950°C开轧后，6个道次轧完，终轧温度> 9200C0 空冷后返红温度为850°C，辊速为1. 2m/s。下线温度750_830°C，轧后堆冷72h。钢板正火、回火工艺固溶温度为870°C，保温时间2min/mm。时效处理温度510°C 左右，保温时间2. 5min/mm。经热处理得到性能合格的时效硬化塑料模具钢厚板。图1 (a)是塑料模具钢厚板热轧态表面的组织形态图；图1 (b)是塑料模具钢厚板 热轧态1/4处的组织形态图；图1(c)是塑料模具钢厚板热轧态心部的组织形态图。厚板热 轧态组织主要为板条贝氏体和粒状贝氏体组织。图2(a)是固溶处理后正火态塑料模具钢厚板表面的组织形态图；图2(b)是固溶 处理后正火态塑料模具钢厚板1/4处的组织形态图；图2(c)是固溶处理后正火态塑料模具 钢厚板心部的组织形态图；图3(a)是固溶处理后回火态塑料模具钢厚板表面的组织形态 图；图3(b)是固溶处理后回火态塑料模具钢厚板1/4处的组织形态图；图3(c)是固溶处理 后回火态塑料模具钢厚板心部的组织形态图。固溶处理后的组织为粒状贝氏体和低碳板条 马氏体。马氏体板条内有高密度位错，马氏体间有残余奥氏体分布。根据厚度不同，组织相 对含量有一定差异。通过固溶处理使钢中的碳及合金元素充分固溶到奥氏体中。图3是钢 板经过回火时效处理后的组织形态图；钢材通过回火时效处理，板条马氏体析出碳化物，粒 状贝氏体中富碳马氏体岛转变为合金马氏体，奥氏体分解成马氏体和碳化物。在时效过程 中，从基体中弥散析出金属间相NiAl和富铜相M2X而使基体得到强化。研究表明，塑料模具钢厚板经固溶时效处理后，截面硬度均勻，平均布氏硬度为380-430HB,符合技术要求。超声波检测通过JB/T4730. 3-2005标准I级，夹杂物级别较低，晶粒度为11级，综 合性能好。用开合式水冷模铸坯轧制厚规格模具钢，比使用连铸坯更适应多品种，小批量的 要求，并且更经济。表面和内部质量高于模铸坯，生产成本低于连铸坯。
权利要求
一种塑料模具钢的厚板生产工艺，其特征在于该生产工艺采用开合式水冷模铸机浇注、通过合理的加热制度及轧制工艺、并通过轧后正火、回火处理得到塑料模具钢厚板，具体步骤如下1)采用开合式水冷模铸机浇注，采用低温浇注，底注上补缩的浇注工艺，循环水强制冷却使钢液快速凝固，钢液不承受任何收缩阻力，保证模铸坯宽面无裂纹；2)确定加热炉内加热制度，钢锭的加热温度不超过1280℃，使合金元素充分固溶；3)粗轧温度为1100 1200℃，粗轧阶段采用高温大压下，精轧阶段950℃开轧后，终轧温度≥920℃，轧后下线温度750 830℃，轧后堆冷；4)对钢板进行正火、回火处理，固溶温度在870℃，时效处理温度500 550℃，得到塑料模具钢厚板。
2.根据权利要求1所述的塑料模具钢的厚板生产工艺，其特征在于步骤1)中，低温 浇注，防止柱状晶粗大；在水循环下强制冷却，凝固成坯，在表面形成较细的一层等轴晶， 表面质量好；角部设有用来分散应力的圆弧，得到的模铸坯无角裂；模铸坯中心等轴晶率 ^ 30%，可视缩孔为零。
3.根据权利要求1所述的塑料模具钢的厚板生产工艺，其特征在于步骤2)中，采用 了合适的加热制度，钢锭的加热时间为7-8小时。
4.根据权利要求1所述的塑料模具钢的厚板生产工艺，其特征在于步骤4)中，固溶 温度为860°C，保温时间2min/mm ；时效温度在510°C，保温时间2. 5min/mm。
全文摘要
本发明公开了一种塑料模具钢的厚板生产工艺，采用开合式水冷模铸机浇注、通过合理的加热制度及轧制工艺、并通过轧后正火、回火处理得到塑料模具钢厚板。采用低温浇注，底注上补缩的浇注工艺，循环水强制冷却使钢液快速凝固，钢液不承受任何收缩阻力，保证模铸坯宽面无裂纹；钢锭的加热温度不超过1280℃，使合金元素充分固溶；粗轧温度为1100-1200℃，粗轧阶段采用高温大压下，精轧阶段950℃开轧后，终轧温度≥920℃；轧后下线温度750-830℃，轧后堆冷72h；之后对钢板进行正火、回火处理，固溶温度在870℃左右，时效处理温度500-550℃，得到时效硬化塑料模具钢厚板。本发明生产的塑料模具钢通过探伤检验，各项性能指标达到要求。
文档编号C21D8/02GK101914665SQ201010266549
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月30日 优先权日2010年8月30日
发明者张逖, 李明, 邱红雷 申请人:南京钢铁股份有限公司