一种塑料模具钢及其制备方法与流程

本发明涉及冶金领域，具体而言，涉及一种塑料模具钢及其制备方法。
背景技术：
：随着塑料制品在工业及日常生活中的应用越来越广泛,塑料模具工业对模具钢的需求也越来越大。在塑料成型加工中,模具的质量对产品质量的保证作用是不言而喻的。塑料模具已向精密化、大型化和多腔化的方向发展,对塑料模具钢的性能的要求越来越高,塑模钢的性能应根据塑料种类、制品用途、生产批量、尺寸精度和表面质量的要求而定。根据相关文献叙述，常规2cr13不锈钢过冷奥氏体在连续冷却条件下，不到200秒的时间珠光体就开始转变，稳定性很差。此外国产大截面cr13型(德国din1.2083)预硬不锈塑料模具模块产品表芯组织及其硬度差异大，故淬透性较差，这将大大降低模具模块的耐蚀性等其他性能。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种塑料模具钢，其具有更好的淬透性及耐蚀性。本发明的另一目的在于提供一种制备塑料模具钢的方法，所制备的塑料模具钢具有更好的淬透性及耐蚀性。本发明的实施例是这样实现的：一种塑料模具钢，其按重量百分比计包含c：0.16％～0.26％、si：≤1％、mn：≤1％、cr：11％～16％、n：0.06％～0.16％以及mo：0.10％～0.25％，余量为杂质和fe。在本发明的较佳实施例中，上述塑料模具钢按重量百分比计包含c：0.20％～0.26％、si：≤1％、mn：≤0.80％、cr：12％～16％、n：0.06％～0.16％以及mo：0.10％～0.25％，余量为杂质和fe。在本发明的较佳实施例中，上述塑料模具钢按重量百分比计包含c：0.20％～0.26％、si：≤0.8％、mn：≤0.60％、cr：12.5％～14.5％、n：0.08％～0.12％以及mo：0.20％～0.25％，余量为杂质和fe。一种制备上述的塑料模具钢的方法，其包括精炼步骤：将钢液的成分控制为c：0.16wt％～0.26wt％、si：≤1wt％、mn：≤1wt％、cr：11wt％～16wt％、n：0.06wt％～0.16wt％以及mo：0.10wt％～0.25wt％，余量为杂质和fe。在本发明的较佳实施例中，上述方法的精炼步骤包括合金化操作以调整n和mo在钢液中的含量，合金化操作在lf炉中完成。在本发明的较佳实施例中，上述方法的精炼步骤还包括对合金化操作所得的钢液进行脱气操作。在本发明的较佳实施例中，上述方法还包括浇铸步骤，浇铸步骤包括第一次冷却：对精炼步骤所得的钢液进行冷却，得到第一钢锭；以及第一次退火：对第一钢锭进行退火操作。在本发明的较佳实施例中，上述方法还包括锻造步骤，锻造步骤包括对第一次退火所得的钢锭进行十字交叉镦拔，得到第二钢锭；十字交叉镦拔操作中，第二钢锭的截面二维方向变形率≥80％。在本发明的较佳实施例中，上述方法的锻造步骤之后，对第二钢锭进行第二次冷却，第二冷却的方式为水冷。在本发明的较佳实施例中，上述方法的锻造步骤之后还包括对第二钢锭进行第二次退火。本发明实施例的有益效果是：相比现有的2cr13，经过n和mo微合金化改性的塑料模具钢(2cr13hn)淬火硬度较2cr13钢提高了3～4hrc，表明2cr13hn淬透性和淬硬性较好、完全可以满足大截面模块预硬淬火强度的要求。这对于提高耐蚀性也有积极作用。根据不锈钢耐点腐蚀性能的点蚀指数pre(注：pre＝[cr]+3.3[mo]+16[n]，其中[cr]、[mo]和[n]是不锈钢基体中对应元素的百分比含量)计算结果，2cr13hn>2cr13>3cr13>4cr13，超过瑞典s136品种而接近高档不锈塑料模具材料din1.2316水平，由此可看出，n和mo微合金化改性工艺对提高钢锭的耐蚀性能和硬度具有重要的意义。附图说明图1为本发明实施例7中塑料模具钢模块中心的预硬组织的金相图。图2为对比例模块中心的预硬组织的金相图。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本发明实施例的塑料模具钢和其制备方法进行具体说明。一种塑料模具钢，其按重量百分比计包含c：0.16％～0.26％、si：≤1％、mn：≤1％、cr：11％～16％、n：0.06％～0.16％以及mo：0.10％～0.25％，余量为杂质和fe。杂质包括s：≤0.015％和p：≤0.025％。优选地，上述塑料模具钢按重量百分比计包含c：0.20％～0.26％、si：≤1％、mn：≤0.80％、cr：12％～16％、n：0.06％～0.16％以及mo：0.10％～0.25％，余量为杂质和fe。杂质包括s：≤0.015％和p：≤0.025％。更优选地，上述塑料模具钢按重量百分比计包含c：0.20％～0.26％、si：≤0.8％、mn：≤0.60％、cr：12.5％～14.5％、n：0.08％～0.12％以及mo：0.20％～0.25％，余量为杂质和fe。杂质包括s：≤0.015％和p：≤0.025％。一种制备上述的塑料模具钢的方法，其包括冶炼步骤：利用转炉或电炉(ef)对预处理之后铁水或废钢进行冶炼得到初始的钢液，以得到c含量合适的钢液。精炼步骤：利用lf炉对上述的钢液进行炉外精炼再进行vd真空脱气，以实现合金化操作和脱气操作，其中在lf炉中进行的合金化操作通过加入合金元素将钢液的成分控制为c：0.16wt％～0.26wt％、si：≤1wt％、mn：≤1wt％、cr：11wt％～16wt％、0.06wt％～0.16wt％n以及0.10wt％～0.25wt％mo，余量为杂质和fe。杂质中的有害元素s：≤0.015wt％、p：≤0.025wt％。优选地，各成分按重量百分比计为c：0.20％～0.26％、si：≤1％、mn：≤0.80％、cr：12％～16％、n：0.06％～0.16％以及mo：0.10％～0.25％，余量为杂质和fe。杂质包括s：≤0.015％和p：≤0.025％。更优选地，各成分按重量百分比计为c：0.20％～0.26％、si：≤0.8％、mn：≤0.60％、cr：12.5％～14.5％、n：0.08％～0.12％以及mo：0.20％～0.25％，余量为杂质和fe。杂质包括s：≤0.015％和p：≤0.025％。加入的微量n、mo使得该塑料模具钢具有更好的淬硬性、淬透性及耐腐蚀性。浇铸步骤：第一次冷却：对精炼步骤所得的钢液进行冷却，得到第一钢锭，浇铸方式可以是使用连铸结晶器的连铸工艺或模铸，其冷却速度根据实际生产情况，利用计算机有限元温度场计算得到；以及第一次退火：将第一钢锭在完全奥氏体化温度以上保温30分钟以上，退火至650℃，以消减组织内应力。锻造步骤：包括对第一次退火所得的钢锭加热烧透以利于高温扩散和成分均匀化，然后进行十字交叉镦拔，得到第二钢锭。十字交叉镦拔操作中，第二钢锭的截面二维方向变形率≥80％，使钢锭心部一次碳化物充分破碎。再对第二钢锭进行第二次冷却，第二冷却的方式为水冷，冷却速度根据实际情况通过计算机有限元温度场计算确定。对第二次冷却后的钢锭进行第二次退火，在完全奥氏体化温度以上保温30分钟以上，以消除内应力，冷却至室温，得到塑料模具钢。以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1本实施例的塑料模具钢是按照如下步骤制备而成的。s1、冶炼步骤：将预处理后的铁水或废钢在电炉中冶炼，去除多余的碳。s2、精炼步骤：利用lf炉对冶炼步骤所得的钢液进行炉外精炼，再进行vd真空脱气，以实现合金化操作和脱气操作。其中在lf炉中进行的合金化操作，通过加入合金元素将钢液的成分控制为c：0.16wt％、si：0.6wt％、mn：0.6wt％、cr：11wt％、n：0.06wt％以及mo：0.10wt％，余量为杂质和fe。杂质中的有害元素s：0.01wt％、p：0.015wt％。s3、浇铸步骤：第一次冷却：对精炼步骤所得的钢液进行冷却，得到第一钢锭；以及第一次退火：将第一钢锭在完全奥氏体温度以上保温30min以上，再退火至650℃，以消除组织应力。s4、锻造步骤：包括对第一次退火所得的钢锭加热烧透，以利于高温扩散和成分均匀化，然后进行十字交叉镦拔，得到第二钢锭。十字交叉镦拔操作中，第二钢锭的截面二维方向变形率≥80％，使钢锭心部一次碳化物充分破碎。再对第二钢锭进行第二次冷却，第二冷却的方式为水冷。对第二次冷却后的钢锭进行第二次退火，在完全奥氏体化温度以上保温30分钟以上，以消除内应力，冷却至室温，得到塑料模具钢。实施例2本实施例的塑料模具钢是按照如下步骤制备而成的。s1、冶炼步骤：将预处理后的铁水或废钢在电炉中冶炼，去除多余的碳。s2、精炼步骤：利用lf炉对冶炼步骤所得的钢液进行炉外精炼，再进行vd真空脱气，以实现合金化操作和脱气操作。其中在lf炉中进行的合金化操作，通过加入合金元素将钢液的成分控制为c：0.16wt％、si：0.6wt％、mn：0.6wt％、cr：11wt％、n：0.08wt％以及mo：0.20wt％，余量为杂质和fe。杂质中的有害元素s：0.01wt％、p：0.015wt％。s3、浇铸步骤：第一次冷却：对精炼步骤所得的钢液进行冷却，得到第一钢锭；以及第一次退火：将第一钢锭在完全奥氏体温度以上保温30min以上，再退火至650℃，以消除组织应力。s4、锻造步骤：包括对第一次退火所得的钢锭加热烧透，以利于高温扩散和成分均匀化，然后进行十字交叉镦拔，得到第二钢锭。十字交叉镦拔操作中，第二钢锭的截面二维方向变形率≥80％，使钢锭心部一次碳化物充分破碎。再对第二钢锭进行第二次冷却，第二冷却的方式为水冷。对第二次冷却后的钢锭进行第二次退火，在完全奥氏体化温度以上保温30分钟以上，以消除内应力，冷却至室温，得到塑料模具钢。实施例3本实施例的塑料模具钢是按照如下步骤制备而成的。s1、冶炼步骤：将预处理后的铁水或废钢在电炉中冶炼，去除多余的碳。s2、精炼步骤：利用lf炉对冶炼步骤所得的钢液进行炉外精炼，再进行vd真空脱气，以实现合金化操作和脱气操作。其中在lf炉中进行的合金化操作，通过加入合金元素将钢液的成分控制为c：0.16wt％、si：0.6wt％、mn：0.6wt％、cr：12wt％、n：0.12wt％以及mo：0.25wt％，余量为杂质和fe。杂质中的有害元素s：0.01wt％、p：0.015wt％。s3、浇铸步骤：第一次冷却：对精炼步骤所得的钢液进行冷却，得到第一钢锭；以及第一次退火：将第一钢锭在完全奥氏体温度以上保温30min以上，再退火至650℃，以消除组织应力。s4、锻造步骤：包括对第一次退火所得的钢锭加热烧透，以利于高温扩散和成分均匀化，然后进行十字交叉镦拔，得到第二钢锭。十字交叉镦拔操作中，第二钢锭的截面二维方向变形率≥80％，使钢锭心部一次碳化物充分破碎。再对第二钢锭进行第二次冷却，第二冷却的方式为水冷。对第二次冷却后的钢锭进行第二次退火，在完全奥氏体化温度以上保温30分钟以上，以消除内应力，冷却至室温，得到塑料模具钢。实施例4本实施例的塑料模具钢是按照如下步骤制备而成的。s1、冶炼步骤：将预处理后的铁水或废钢在电炉中冶炼，去除多余的碳。s2、精炼步骤：利用lf炉对冶炼步骤所得的钢液进行炉外精炼，再进行vd真空脱气，以实现合金化操作和脱气操作。其中在lf炉中进行的合金化操作，通过加入合金元素将钢液的成分控制为c：0.20wt％、si：0.8wt％、mn：0.8wt％、cr：12wt％、n：0.16wt％以及mo：0.20wt％，余量为杂质和fe。杂质中的有害元素s：0.01wt％、p：0.02wt％。s3、浇铸步骤：第一次冷却：对精炼步骤所得的钢液进行冷却，得到第一钢锭；以及第一次退火：将第一钢锭在完全奥氏体温度以上保温30min以上，再退火至650℃，以消除组织应力。s4、锻造步骤：包括对第一次退火所得的钢锭加热烧透，以利于高温扩散和成分均匀化，然后进行十字交叉镦拔，得到第二钢锭。十字交叉镦拔操作中，第二钢锭的截面二维方向变形率≥80％，使钢锭心部一次碳化物充分破碎。再对第二钢锭进行第二次冷却，第二冷却的方式为水冷。对第二次冷却后的钢锭进行第二次退火，在完全奥氏体化温度以上保温30分钟以上，以消除内应力，冷却至室温，得到塑料模具钢。实施例5本实施例的塑料模具钢是按照如下步骤制备而成的。s1、冶炼步骤：将预处理后的铁水或废钢在电炉中冶炼，去除多余的碳。s2、精炼步骤：利用lf炉对冶炼步骤所得的钢液进行炉外精炼，再进行vd真空脱气，以实现合金化操作和脱气操作。其中在lf炉中进行的合金化操作，通过加入合金元素将钢液的成分控制为c：0.20wt％、si：0.8wt％、mn：0.8wt％、cr：12.5wt％、n：0.06wt％以及mo：0.10wt％，余量为杂质和fe。杂质中的有害元素s：0.01wt％、p：0.02wt％。s3、浇铸步骤：第一次冷却：对精炼步骤所得的钢液进行冷却，得到第一钢锭；以及第一次退火：将第一钢锭在完全奥氏体温度以上保温30min以上，再退火至650℃，以消除组织应力。s4、锻造步骤：包括对第一次退火所得的钢锭加热烧透，以利于高温扩散和成分均匀化，然后进行十字交叉镦拔，得到第二钢锭。十字交叉镦拔操作中，第二钢锭的截面二维方向变形率≥80％，使钢锭心部一次碳化物充分破碎。再对第二钢锭进行第二次冷却，第二冷却的方式为水冷。对第二次冷却后的钢锭进行第二次退火，在完全奥氏体化温度以上保温30分钟以上，以消除内应力，冷却至室温，得到塑料模具钢。实施例6本实施例的塑料模具钢是按照如下步骤制备而成的。s1、冶炼步骤：将预处理后的铁水或废钢在电炉中冶炼，去除多余的碳。s2、精炼步骤：利用lf炉对冶炼步骤所得的钢液进行炉外精炼，再进行vd真空脱气，以实现合金化操作和脱气操作。其中在lf炉中进行的合金化操作，通过加入合金元素将钢液的成分控制为c：0.20wt％、si：0.8wt％、mn：0.8wt％、cr：12.5wt％、n：0.08wt％以及mo：0.20wt％，余量为杂质和fe。杂质中的有害元素s：0.01wt％、p：0.02wt％。s3、浇铸步骤：第一次冷却：对精炼步骤所得的钢液进行冷却，得到第一钢锭；以及第一次退火：将第一钢锭在完全奥氏体温度以上保温30min以上，再退火至650℃，以消除组织应力。s4、锻造步骤：包括对第一次退火所得的钢锭加热烧透，以利于高温扩散和成分均匀化，然后进行十字交叉镦拔，得到第二钢锭。十字交叉镦拔操作中，第二钢锭的截面二维方向变形率≥80％，使钢锭心部一次碳化物充分破碎。再对第二钢锭进行第二次冷却，第二冷却的方式为水冷。对第二次冷却后的钢锭进行第二次退火，在完全奥氏体化温度以上保温30分钟以上，以消除内应力，冷却至室温，得到塑料模具钢。实施例7本实施例的塑料模具钢是按照如下步骤制备而成的。s1、冶炼步骤：将预处理后的铁水或废钢在电炉中冶炼，去除多余的碳。s2、精炼步骤：利用lf炉对冶炼步骤所得的钢液进行炉外精炼，再进行vd真空脱气，以实现合金化操作和脱气操作。其中在lf炉中进行的合金化操作，通过加入合金元素将钢液的成分控制为c：0.26wt％、si：0.35wt％、mn：0.45wt％、cr：13.5wt％、n：0.1wt％以及mo：0.25wt％，余量为杂质和fe。杂质中的有害元素s：0.01wt％、p：0.022wt％。s3、浇铸步骤：第一次冷却：对精炼步骤所得的钢液进行冷却，得到第一钢锭；以及第一次退火：将第一钢锭在完全奥氏体温度以上保温30min以上，再退火至650℃，以消除组织应力。s4、锻造步骤：包括对第一次退火所得的钢锭加热烧透，以利于高温扩散和成分均匀化，然后进行十字交叉镦拔，得到第二钢锭。十字交叉镦拔操作中，第二钢锭的截面二维方向变形率≥80％，使钢锭心部一次碳化物充分破碎。再对第二钢锭进行第二次冷却，第二冷却的方式为水冷。对第二次冷却后的钢锭进行第二次退火，在完全奥氏体化温度以上保温30分钟以上，以消除内应力，冷却至室温，得到塑料模具钢。实施例8本实施例的塑料模具钢是按照如下步骤制备而成的。s1、冶炼步骤：将预处理后的铁水或废钢在电炉中冶炼，去除多余的碳。s2、精炼步骤：利用lf炉对冶炼步骤所得的钢液进行炉外精炼，再进行vd真空脱气，以实现合金化操作和脱气操作。其中在lf炉中进行的合金化操作，通过加入合金元素将钢液的成分控制为c：0.26wt％、si：1wt％、mn：1wt％、cr：14.5wt％、n：0.16wt％以及mo：0.20wt％，余量为杂质和fe。杂质中的有害元素s：0.015wt％、p：0.015wt％。s3、浇铸步骤：第一次冷却：对精炼步骤所得的钢液进行冷却，得到第一钢锭；以及第一次退火：将第一钢锭在完全奥氏体温度以上保温30min以上，再退火至650℃，以消除组织应力。s4、锻造步骤：包括对第一次退火所得的钢锭加热烧透，以利于高温扩散和成分均匀化，然后进行十字交叉镦拔，得到第二钢锭。十字交叉镦拔操作中，第二钢锭的截面二维方向变形率≥80％，使钢锭心部一次碳化物充分破碎。再对第二钢锭进行第二次冷却，第二冷却的方式为水冷。对第二次冷却后的钢锭进行第二次退火，在完全奥氏体化温度以上保温30分钟以上，以消除内应力，冷却至室温，得到塑料模具钢。实施例9本实施例的塑料模具钢是按照如下步骤制备而成的。s1、冶炼步骤：将预处理后的铁水或废钢在电炉中冶炼，去除多余的碳。s2、精炼步骤：利用lf炉对冶炼步骤所得的钢液进行炉外精炼，再进行vd真空脱气，以实现合金化操作和脱气操作。其中在lf炉中进行的合金化操作，通过加入合金元素将钢液的成分控制为c：0.26wt％、si：0.9wt％、mn：0.9wt％、cr：16wt％、n：0.12wt％以及mo：0.25wt％，余量为杂质和fe。杂质中的有害元素s：0.015wt％、p：0.015wt％。s3、浇铸步骤：第一次冷却：对精炼步骤所得的钢液进行冷却，得到第一钢锭；以及第一次退火：将第一钢锭在完全奥氏体温度以上保温30min以上，再退火至650℃，以消除组织应力。s4、锻造步骤：包括对第一次退火所得的钢锭加热烧透，以利于高温扩散和成分均匀化，然后进行十字交叉镦拔，得到第二钢锭。十字交叉镦拔操作中，第二钢锭的截面二维方向变形率≥80％，使钢锭心部一次碳化物充分破碎。再对第二钢锭进行第二次冷却，第二冷却的方式为水冷。对第二次冷却后的钢锭进行第二次退火，在完全奥氏体化温度以上保温30分钟以上，以消除内应力，冷却至室温，得到塑料模具钢。硬度、耐蚀性及淬透性测试试样选用实施例1至9制备的塑料模具钢，并采用市面常见的2cr13作为对比例，进行试验，各试样的成分如表1所示。表1各实施例及对比例成分表，wt％试样csimncrpsnmo实施例10.160.60.6110.0150.010.060.10实施例20.160.60.6110.0150.010.080.20实施例30.160.60.6120.0150.010.120.25实施例40.200.80.8120.020.010.160.20实施例50.200.80.812.50.020.010.060.10实施例60.200.80.812.50.020.010.080.20实施例70.260.350.4513.50.0220.010.10.25实施例80.261114.50.0150.0150.160.20实施例90.0260.90.7160.0150.0150.120.25对比例0.200.80.812.50.020.01------在硬度测试中，各实施例和对比例的模块端面尺寸为220mm×220mm，用hrs-150型洛氏硬度计测量各模块的表面硬度和中心硬度，再通过表心硬度差来表征淬透性，差异越小，淬透性越好。预硬热处理制度为1020℃油淬+580℃空冷回火二次。将各实施例及对比例的钢材制成板状，分别置于腐蚀液中(10％fecl3+0.05mol/lhcl)，在35℃温度下浸泡24h后，测量其质量损失，再通过与腐蚀面积及时间的比值，计算腐蚀速率并判断本发明实施例和对比例的抗腐蚀性。硬度、耐蚀性(腐蚀速率)及淬透性(表心硬度差)的测试结果如表2所示。表2各实施例及对比例的性能检测结果由表2可见，加入了0.06wt％～0.16wt％n、0.10wt％～0.25wt％mo的上述塑料模具钢，其表面硬度在洛氏硬度(hrc)上较常见的2cr13高出3.3～4。耐腐蚀性测试中，实施例中的塑料模具钢也具有较低的腐蚀速率，因而表现出更好的耐蚀性。实施例中的塑料模具钢的表心硬度差hrc在1以下，而市面常见的2cr13达到了5。图1为实施例7中塑料模具钢模块中心处的预硬组织的金相图，图2为对比例模块中心处的预硬组织的金相图。如图1所示，本实施例的塑料模具钢模块中心处的预硬组织，为回火马氏体+碳化物和氮化物的正常预硬组织；常规2cr13模块从表面至中心处的硬度分布在hrc34-38之间，模块中心处的预硬组织如图2所示，为回火马氏体+碳化物+铁素体，模块中心在油冷条件下出现了非淬硬的晶间铁素体相，属于非正常预硬组织，表明添加mo、n改性的塑料模具钢的淬透性较常规2cr13有明显的改善。综上所述，本发明的塑料模具钢经过n和mo微合金化改性，其硬度、耐蚀性以及淬透性相对于现有的模具钢得到了明显的提升。本发明的塑料模具钢的制备方法具有n和mo的微合金化操作，所制备的塑料模具钢具有较好的硬度、淬透性及耐蚀性。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12