一种塑料模具钢及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种塑料模具钢及其制造方法，具体地，涉及一种低成本、预硬化非调质和高硬度钢及其制造方法。
【背景技术】
[0002]依据国家产业政策及社会发展需求，开发资源节约型、有市场竞争力的替代产品是塑料模具钢的发展趋势。目前模具钢市场上预硬型塑料模具钢品种都含有贵重金属Mo (0.30?0.50%)，这些是造成其生产成本偏高的主要原因。因此急需开发出一种满足高硬度要求的资源节约型塑料模具钢，降低塑料模具钢生产成本。
【发明内容】
[0003]本发明旨在提供一种塑料模具钢及其制造方法，所得模具钢板具有稳定的马氏体+贝氏体组织，具有低成本、预硬化非调质和高硬度钢的特点，能够用于制造塑料模具。
[0004]本发明的技术方案是在不添加贵重合金元素Mo含量并通过在线控乳控冷实现预硬化的塑模钢中厚板品种，钢板通过在线控乳控冷，使预硬化后硬度达到280?350HB。
[0005]本发明提供了一种塑料模具钢，包括以下重量百分比的原料:C:0.30-0.50% ；Si:
0.30-0.60% ；Mn:1.40-1.80% ；P ( 0.030% ；S ( 0.015% ；Cr:1.00-2.00% ；V:0.10-0.20 ；Cu ( 0.25 ；Cu+Ni ( 0.55 ；A1:0.02-0.05% ；T1:0.01-0.03% ；B:0.001-0.0025%，其余为不可避免的杂质和Fe。
[0006]本发明利用低成本的微量铝、钛、硼而代替贵重金属钼，不添加贵重合金元素Mo，通过在线控乳控冷成功实现钢板的预硬化处理。
[0007]通过控制钢中Al、T1、B的有效成分以保证钢的淬透性，以及采用合理的控乳控冷工艺以确保钢的高硬度。微量的B元素固溶入奥氏体之中，可显著地抑制多边形铁素体在奥氏体晶界上形核，从而提高钢的淬透性。然而，B和N、O有很强的亲和力，如果B是以氧化物和氮化物的形式存在，便丧失了抑制铁素体晶界形核的作用，故一般在加B前先加入适量的Al脱氧，再加适量的Ti固N，以避免形成B的氮、氧化合物，确保B固溶于奥氏体中。
[0008]硬度是模具钢的主要技术指标，表面磨损是模具的主要失效形式之一，模具在高应力的作用下欲保持其形状尺寸不变，必须具有足够高的硬度，以保证模具的耐磨性及其寿命。当材料经过热加工、预硬化、回火后，硬度达到280?350HB ;达到模具行业对材料的高硬度要求。
[0009]本发明提供了上述塑料模具钢的制造方法，经1000-1200 V粗乳、900-950 V精乳后，通过控制冷却并经回火处理，得到贝氏体和马氏体的混合组织，得到所述的塑料模具钢，硬度达280?350HB。
[0010]上述塑料模具钢的制造方法，包括以下步骤:
(I)冶炼
采用铁水经EBT-EAV (电炉))+ LF (精炼)+ VD (真空脱气)+连铸，钢锭的主要成分(重量百分数)为:
C:0.30-0.50% ；Si:0.30-0.60% ；Mn:1.40-1.80% ；P 彡 0.030% ；S 彡 0.015% ；Cr:
1.00-2.00% ；V:0.10-0.20 ；Cu ( 0.25 ；Cu+Ni ( 0.55 ；A1:0.02-0.05% ；T1:0.01-0.03% ；B:
0.001-0.0025%，其余为不可避免的杂质和Fe。
[0011](2)加热:连铸坯预热温度彡900 °C,均热温度:1230±20°C ;加热速度:8~10mm/10min ;保温5小时以上；
(3)乳制:采用大压下量(最大压下量为20mm)乳制，粗乳温度为1100-1200°C，精乳温度为900-950 °C，终乳温度为83(T880°C ；
(4)控冷:不同厚度规格钢板通过控制冷却，铸还厚度d规格为20( d〈50mm，冷却方式采用空冷，在45(T490°C时堆垛进行罩式缓冷；厚度d规格为50 < d < 80mm，冷却方式采用喷水雾强冷，在350?400°C时堆垛进行罩式缓冷；缓冷46?52小时，得到硬度为380?400HB的预硬态中厚板；
(5)回火:用常化炉或罩式炉回火，要求升温速度35°C/h，在530 - 580°C保温8 — 10小时；得到硬度为280?350HB的预硬态中厚板。
[0012]上述制造方法中，所述乳制过程中，初乳机变形量为70?80%，四辊终乳机变总形量为30?20%。
[0013]上述制造方法中，所述控冷过程中，厚度为20 ( d〈50mm钢板冷却速度为10-15°C /min ;厚度为50彡d彡80mm钢板冷却速度为15_20°C /min。
[0014]针对不同规格，空冷是直接在空气中冷却(未经喷雾冷却场冷却)，直接到450?490°C温度时堆垛缓冷，喷水雾强冷就是要在喷雾冷却场冷却，达到堆垛温度350°C?400 °C时堆垛缓冷。
[0015]本发明提供的经济型塑料模具用钢具有低成本、高硬度的特点，不添加Mo的情况下，利用B的强化机制提高淬透性；合理的碳含量控制，保证材料的表面耐磨性能；将硫、磷含量控制在下限，减少产品的偏析现象；再加上相应的预硬化工艺和回火工艺，从而研究出低成本、高硬度的中厚板材料，钢板由表及里保持贝氏体和马氏体的混合组织，其长度、厚度方向硬度均匀，硬度达到280?350HB，满足塑料模具行业高硬度的要求。
[0016]本发明的有益效果:
⑴本发明的经济型塑料模具用钢成分设计中首次提出在生产20 - 80mm厚的钢板中不添加Mo元素，而仅依靠微量铝、钛、硼及在线控乳控冷成功实现钢板的预硬化处理，乳后仅通过回火热处理就能达到所需要的硬度，同时使该钢有较高的淬透性，解决了当前塑料模具用钢板成本高的问题。在其它相关专利中未检索到此设计，本发明具有自主创新性。
[0017]⑵本发明提出采用转炉(K-OBM-S) + LF + RH+连铸+控乳控冷的制备方法生产经济型塑料模具钢板，钢板热乳后控冷，通过控乳控冷技术措施，使不同厚度钢板得到相同组分的贝氏体和马氏体组织，从而使不同厚度钢板的硬度达到相同的硬度范围。
【附图说明】
[0018]图1是实施例1塑料模具钢表层组织的金相组织图。
[0019]图2是实施例1塑料模具钢心部组织的金相组织图。
【具体实施方式】
[0020]下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
[0021]实施例1:
本实施的塑料模具行业用的中厚板厚度为71毫米，宽1800毫米，它的化学成分(重量百分数)为:
C 0.40% Si 0.47% Mn 1.61% P 0.011% S 0.009%
Cr 1.69% Al 0.026% Ti 0.016% B 0.0018% V 0.13%
Cu 0.01% Cu+Ni 0.03%
其余为不可避免的杂质和Fe的组分。
[0022]通过万能乳机初乳及四辊乳机后，在线预硬化，控制71毫米厚钢板乳后冷却速度为15-20°C/min。使钢板表面和心部硬度差彡20HB。获得均匀的贝氏体+马氏体组织。
[0023]具体制备方法如下:
A冶炼钢锭
采用80吨转炉一80吨LF (钢包精炼)一RH (真空脱气)冶炼，中包