一种低成本塑料模具钢及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种模具钢及其生产方法，尤其是一种低成本塑料模具钢及其生产方 法。
【背景技术】
[0002] 随着塑料制品被广泛应用与汽车、灯具、机械、玩具、日用品、家电等领域，需求量 逐渐增大，塑料模具工业迅速发展，塑料模具钢需求量急速增加。目前国内塑料模具钢主要 采用渗碳钢、预硬化钢、淬硬钢以及时效硬化钢等，其贵重合金含量高、生产及热处理工艺 复杂、生产周期长、能耗高、污染重，不符合现今环保节能要求。
[0003] 中国专利ZL201010202166. 3公开了一种塑料模具钢及其制造方法，其添加Mo、 Cr、Nb等，使钢材在热锻+空冷状态下达到塑料模具钢的硬度要求，但由于其添加较多的合 金，尤其是Mo、Nb导致其合金成本较高；同时其采用电炉+模铸+锻造方式进行生产，效率 低，工艺成本较高。
[0004] 中国专利申请201210419491. 4公开了一种低碳免回火全贝氏体组织塑料模具钢 及其制备方法，其通过添加较多的Mo、Cr、Ni、B等，提高钢材淬透性，使钢材在空冷状态下 产生硬度较高的贝氏体组织；同时添加Zr进行细晶强化，使钢材在热锻+空冷状态下达到 塑料模具钢的硬度要求；但由于其添加较多的合金，尤其是Mo、Nb、Ni、Zr导致其合金成本 较高；同时其采用模铸+锻造方式进行生产，效率低，工艺成本较高。
[0005] 中国专利申请201310713051. 4公开了一种高韧性塑料模具钢及其生产方法，其 通过添加较多的Mo、Cr，提高钢材淬透性，通过控制乳制工艺和正火+回火热处理，达到塑 料模具钢的硬度要求，但由于其添加较多Mo合金，同时需要进行后续的正火十回火热处 理，增加了合金及工艺设备成本。
[0006] 中国专利申请201310443930. X公开了一种非调质钢及其生产工艺，其采用低终 乳温度及乳后三段穿水冷却的严格控乳控冷的方式提高钢材硬度，达到塑料模具钢的要 求。但其对设备要求较高，能源消耗大，工艺成本较高，同时其对控冷条件要求严格，工业化 生产时质量易波动。
[0007]由上述可知，现有的塑料模具钢均存在合金成本高或工艺复杂等缺点。
【发明内容】
[0008] 本发明要解决的技术问题是提供一种质量稳定的低成本塑料模具钢；本发明还提 供了一种工艺简单的低成本塑料模具钢的生产方法。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明化学成分的质量百分含量为：C 0. 45~0. 55%、Si 0. 40 ~0. 80%、Mn 0. 80 ~1. 60%、V 0. 10 ~0. 25%、Cr 0. 15 ~0. 40%、N 0. 007 ~0. 015%、 A1 0. 005~0. 050%、S < 0. 035%、P < 0. 025%，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0010] 本发明化学成份的质量百分含量为：C0. 47~0. 53%、Si 0. 45~0. 60%、Mn 1. 20 ~1. 55%、V 0. 12 ~0. 20%、Cr 0. 25 ~0. 35%、N 0. 010 ~0. 015%、A1 0. 015 ~0. 030%、 S < 0? 025%、P < 0? 020%，余量为铁。
[0011] 本发明所述钢的乳态硬度为30~35HRC，截面硬度差< 2. 5HRC。
[0012] 本发明各化学成分在钢中的作用机理为： C是提高钢材硬度和强度的主要元素，C含量过低，钢材在乳态硬度过低，无法满足塑 料模具钢所需硬度要求；C含量过高容易降低钢材塑、韧性及切削加工性能。
[0013] Si是显著强化铁素体，是保证强度的必须元素，过低强度不够；过高引起铁素体 基体变脆，韧性下降。
[0014] Mn为珠光体形成元素，可降低相变温度，对强度和韧性均有良好作用；但Mn含量 过高则容易生产贝氏体，降低钢材组织及硬度均匀性。
[0015] V是非调质钢中主要添加的微合金元素，它可以在加热和均热阶段保持溶解状态， 在冷却时弥散沉淀析出增加钢的强度、硬度，同时细化晶粒来提高韧性。
[0016] Cr是降低珠光体转变温度的合金元素，本发明中Cr、Mn同时加入，可有效降低珠 光体片层间距，提高钢材强度和韧性；但Cr含量过高则容易生产贝氏体，降低钢材组织及 硬度均匀性 N是最经济有效的合金化元素，可以通过与Al、V等结合形成A1N、V(C、N)加强非调质 中微合金元素的沉淀强化及细化晶粒效果，提高V的有效作用；但是N含量过高容易生产较 多的A1N增大连铸坯裂纹敏感性，同时增加钢种TiN夹杂的含量及尺寸，损害钢材韧性。
[0017] A1与N结合细化晶粒，利于提高强韧性；但A1含量过高容易引起连铸时流动性变 差，连铸坯容易产生裂纹，增大钢的冶炼难度。
[0018] S元素控制过高降低钢材洁净度，恶化钢材的性能。
[0019] P增加钢的脆性，降低冲击性能，将P元素含量控制在不超过0. 025%，可以防止降 低钢的综合性能。
[0020] 本发明方法采用上述质量百分含量化学成分的钢坯；所述钢坯经加热、乳制后，空 冷至300~450 °C后，入坑缓冷至室温。
[0021] 本发明方法所述加热过程中，钢坯加热至1150~1250°C，保温0. 5~1. 5小时。
[0022] 本发明方法所述乳制过程中，开乳温度1050~1100°C，终乳温度900~1000°C。
[0023] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：（1)本发明的钢材化学成分配比合 理，不添加Mo、Nb、Ni等贵重合金，通过提高C、Mn、V、N等合金元素含量，产生细晶强化及析 出沉淀强化效果，使空冷条件下珠光体+铁素体组织的钢材达到塑料模具钢的硬度要求， 合金成本成本明显下降；具有易生产、成本低的特点。
[0024] (2)本发明方法采用"转炉+连铸+连乳"的工艺，无需热处理工序进行预硬化，通 过乳后空冷+缓冷的方式可以使〇 20~180_非调质圆钢达到塑料模具钢的硬度要求，截 面硬度值为30~35HRC，且截面硬度差< 2. 5HRC，省去了预硬化塑料模具钢通常采用的热 处理装备，节约了制造成本，缩短了生产周期。因此，本发明方法具有成本低、工艺简单、产 品性能稳定的特点。
【附图说明】
[0025] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0026]图1是本发明塑料模具钢的金相图片。
【具体实施方式】
[0027] 实施例和对比例： (1)实施例1 一 8中的塑料模具钢采用表1所示的化学成分配比，对比例1 一 4中的塑 料模具钢采用表2所示的化学成分配比。
[0028] 表1 :实施例1 - 8的化学成分配比（wt%)
表1中，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0029] 表2 :对比例1 - 4的化学成分配比（wt%)
表2中，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0030] (2)实施例1 一 8中塑料模具钢按照表1所示的化学成分配比，经过转炉冶炼、炉 外精炼、VD真空处理，连铸为钢坯；钢坯经加热、乳制、空冷后，入坑缓冷至室温；具体的工 艺参数见表3。对比例1 一 4中的生产工艺见表4。
[0031] 表3:各实施例的工艺参数
表4 :对比例1 一 4中的生产工艺
表4中各工艺步骤均采用常规的工艺参数。
[0032] (3)经检测，实施例1 一 8与对比例1 一 4所得塑料模具钢的产品性能和金相组织 见表5。
[0033] 表5 :实施例和对比例的检测结果
由表5可知，本方法所得产品的硬度满足塑料模具钢的要求，且产品性能稳定。图1为 实施例1所得塑料模具钢放大100倍的金相图片，由图1可见，其金相组织为珠光体+铁素 体。
【主权项】
1. 一种低成本塑料模具钢，其特征在于，其化学成分的质量百分含量为：C 0. 45~ 0. 55%、Si 0. 40 ~0. 80%、Mn 0. 80 ~I. 60%、V 0. 10 ~0. 25%、Cr 0. 15 ~0. 40%、N 0. 007 ~ 0? 015%、Al 0? 005 ~0? 050%、S < 0? 035%、P < 0? 025%，余量为 Fe 和不可避免的杂质。2. 根据权利要求1所述的低成本模具钢，其特征在于，其化学成分的质量百分含量为： C 0. 47 ~0. 53%、Si 0. 45 ~0. 60%、Mn 1. 20 ~I. 55%、V 0. 12 ~0. 20%、Cr 0. 25 ~0. 35%、 N 0? 010 ~0? 015%、Al 0? 015 ~0? 030%、S 彡 0? 025%、P 彡 0? 020%，余量为铁。3. 根据权利要求1或2所述的一种低成本塑料模具钢，其特征在于：所述钢的乳态硬 度为30~35HRC，截面硬度差< 2. 5HRC。4. 一种低成本塑料模具钢的生产方法，其特征在于，采用下述质量百分含量化学成分 的钢坯：C 0? 45 ~0? 55%、Si 0? 40 ~0? 80%、Mn 0? 80 ~I. 60%、V 0? 10 ~0? 25%、Cr 0? 15 ~ 0? 40%、N 0? 007 ~0? 015%、Al 0? 005 ~0? 050%、S 彡 0? 035%、P 彡 0? 025%，余量为 Fe 和不 可避免的杂质； 所述钢坯经加热、乳制后，空冷至300~450°C后，入坑缓冷至室温。5. 根据权利要求4所述的一种低成本塑料模具钢的生产方法，其特征在于：所述加热 过程中，钢坯加热至1150~1250°C，保温0. 5~1. 5小时。6. 根据权利要求4或5所述的一种低成本塑料模具钢的生产方法，其特征在于：所述 乳制过程中，开乳温度1050~IKKTC，终乳温度900~1000°C。
【专利摘要】本发明公开了一种低成本塑料模具钢及其生产方法，其化学成分的质量百分含量为：C？0.45～0.55%、Si？0.40～0.80%、Mn？0.80～1.60%、V？0.10～0.25%、Cr？0.15～0.40%、N？0.007～0.015%、Al？0.005～0.050%、S≤0.035%、P≤0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质。本模具钢的化学成分配比合理，不添加Mo、Nb、Ni等贵重合金，通过提高C、Mn、V、N等合金元素含量，产生细晶强化及析出沉淀强化效果，使空冷条件下珠光体+铁素体组织的钢材达到塑料模具钢的硬度要求，合金成本明显下降；具有易生产、成本低的特点。本方法采用“转炉+连铸+连轧”的工艺，省去了预硬化塑料模具钢通常采用的热处理装备，节约了制造成本，缩短了生产周期；具有成本低、工艺简单、产品性能稳定的特点。
【IPC分类】C22C38/24, C22C38/38
【公开号】CN105112794
【申请号】CN201510525625
【发明人】齐建军, 于凯军, 郝彦英, 高琦, 戴观文, 白素宏, 胡云生, 吕永年
【申请人】石家庄钢铁有限责任公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月25日