专利名称：：一种大型塑模模块及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及到一种塑模模块及其冶金制造方法，尤其是涉及一种塑料模具制造行业使用的大型塑模模块及其冶金制造方法。
背景技术：
：模具钢模块按照用途来分一般可以分为热模模块和塑模模块，这两种模具钢模块具有不同的用途，热模模块是用于制造金属成形模具，塑模模块是用于制造塑料成形模具，塑模模块是当今模具行业使用最多的一种冶金产品。我国目前使用的塑模模块是采用国家标准GB/T1299-2002中的T22020材料制造，其制造方法所涉及到的化学成份的配比、制造工艺以及冶金产品的性能指标如下化学成份的配比C0.32-0.40wt%，Si0.20-0.80wt%、Mn0.60-1.00wt%、Cr1.40-2.00wt%、Mo0.30-0.55wt%、S《0.03wt%、P《0.03wt%;其工艺步骤依次为电弧炉炼钢一浇铸成钢锭一锻造成模块一预硬化热处理一形成冶金产品。其中电弧炉完成炼钢之后浇铸成5—15吨钢锭，热处理要求在大型的油淬槽中进行，这个过程是将锻造成形的塑模模块在热处理加热炉中加热至830—87(TC保温3_4小时后移出加热炉放入大型油淬槽中进行冷却。性能指标抗拉强度1010MPa;屈服强度920MPa;塑性延伸率9%;截面收縮率38%;截面硬度差值A服C4采用这种制造方法生产的塑模模块存在着如下问题1)电弧炉炼钢之后浇铸的锭型小，仅为5—15吨，使得模块产品的单件重量在不超过10.5吨，不能满足超过10.5吨大型塑模模块的制造。2)模块的热处理采用大型的油冷槽冷却，这不但需要投资大型的油冷槽装置来满足模块的热处理需要，造成模块的制造成本高，而且还会在热处理冷却的过程中产生大量的油雾散发在空气中，形成环境污染。3)拉伸强度、塑性强度、塑性延伸率、截面面縮率等性能指标低，并且其截面硬度差值大。而这些性能指标是模具行业衡量塑模模块质量高低的主要性能指标。
发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种大型塑模模块及其制造方法，以弥补现有技术的不足，在提高塑模模块的性能指标的同时，降低其冶金制造成本。本发明解决上述问题的技术方案为一种大型塑模模块，化学成分的重量百分配比为C0.20-0.30wt%，Si0.08-0.23wt%、Mn1.55-1.70wt%、Cr1.20-1.35wt%、V0.12-0.35wt%、Ni0.90-1.20wt%、Mo0.55-0.75wt%、S《0.015wt%、P《0.020wt%，其余为Fe。C0.20-0.30wt°/Q:碳元素是形成各种碳化物和基体组织的基本元素，也是影响塑模模块，特别是大型塑模模块成份偏析的重要元素，碳含量的设计较原来的T22020钢的碳含量下降了许多，主要是降低大型塑模模块的成份偏析，从而降低塑模模块的硬度差值。另外，降低了碳元素含量至0.20-0.30wt%的范围可以使得塑模模块在低温析出金属间化合物Fe7Mo6(称之为e相)，并可发生e相和M6C碳化物的共析，增加模块基体的强度，从而使得模块的抗拉强度和屈服强度提高。在模块从高温冷却过程中可以产生板条状马氏体组织，这种板条状马氏体组织在550—65(TC的温度回火过程中分解为索氏体组织并保留板条状马氏体位相，提高了基体的韧性，从而使得模块的塑性延伸率和截面收縮率指标提高。Si0.08-0.20wt%:硅元素不是碳化物形成元素，硅元素虽然具有固溶强化的作用，但是硅元素可以改变模块在预硬化热处理回火时碳化物的析出数量，硅元素含量高于成份设计的上限，在一定的程度上会抑止了模块碳化物在回火过程中的析出，不利于塑模模块强度的提高。由于这种塑模模块的强度主要是依靠碳化物析出强化，因此，硅元素含量的设计较原来的T22020钢的硅元素含量有一定程度的下降，减少硅元素的含量可以增加e相和M6C碳化物在基体中的析出，提高强度性能指标。Mn1.55-1.70wt%:锰元素不是碳化物形成元素，锰元素可以细化珠光体组织，并且锰元素可以显著提高模块的淬透性，特别是对于大型塑模模块而言，提高锰元素含量显得尤其重要，锰元素的设计较原来的T22020高有增加其目的也是增加塑模模块的淬透性，使得大型模块的热处理后的硬度差值减小。Cr1.20-1.35wt%:络元素是碳化物形成元素，在合金元素中，铬元素与碳形成碳化物的结合力最强，络元素不但能够形成碳化物，而且还可以改变钢的显微组织状况以及热处理过程中的淬透性。铬元素含量超过设计上限不利于板条状马氏体的形成，板条状马氏体在淬火过程中的数量将减少，增加了针状马氏体数量，这将降低塑模模块的韧性性能指标。如果铬元素的含量低于设计下限，将导致塑模模块的淬透性下降，淬透性下降将直接影响到大型塑模模块的预硬化硬度的稳定性，使得大型塑模模块的硬度差值上升。V0.12-0.35wt%:钒元素是强碳化物形成元素，本发明中加入少量的钒元素既可以细化组织，又可以增加钢的淬透性。在热处理淬火过程中，少量钒元素的加入可以抑止奥氏体保温过程中的奥氏体晶粒长大倾向，细化奥氏体晶粒，在热处理回火过程中可以和碳元素结合形成VC、M2C型碳化物，这种VC、M2C型碳化物在塑模模块热处理回火过程中呈现弥散析出的状态，使得塑模模块的抗回火稳定性提高，同时淬透性的提高使得大型模块的硬度均匀性更加充分，对大型模块的硬度差值的下降非常有利。因此本发明中较原来的T22020钢增加了少量的钒元素，对塑模模块的性能的提升起到了很好的作用。Mo0.55-0.75wt%:钼元素是仅次于钒元素的强碳化物形成合金元素，在本发明中钼元素的加入量较原来的T22020钢高一些，主要是可以使得塑模模块获得更好的淬透性和硬度均匀性，因为钼元素可以和碳元素形成M2C和M3C型碳化物，有着两次强化的作用，钼元素又可以增加钢的淬透性，对于大型塑模模块而言，增加淬透性意味着可以在钢的回火过程中获得更均匀的硬度，从而使得大型塑模模块的预硬化硬度差值降低，提高塑模模块的性能值。Ni0.90-1.20wt%:镍元素是非碳化物形成元素，镍元素的加入可以使得模块的奥氏体更加稳定，使得在冷却转变时的珠光体转变点向右移动从而增加了大型模块的淬透性，镍元素的加入使得大型塑模模块在冷却过程中获得均匀的马氏体组织，回火时分解为索氏体，保证了模块的硬度均匀性，降低了大型塑模模块的硬度差值。S《0.015wt%:对大多数合金钢而言，硫元素是有害元素，特别是对大型塑模模块来讲，硫元素在一定的程度上容易造成钢的加工性能的恶化，容易使得钢在热加工的过程中产生过热和过烧现象。控制硫含量的一些可以提高钢加工性能和机械性能。因此，本发明中的硫元素的要求值要小于原来的T22020钢。P《0.020wt%:磷是这种大型塑模模块中的有害元素，磷含量越高越容易增加钢的脆性，降低钢的冲击韧性，从而降低了塑模模块的强度、延伸性能指标，本发明中的磷元素控制低一些，可以提高钢的性能，提升大型塑模模块的可加工性。一种大型塑模模块的制造方法，包含以下步骤(1)按照本发明的化学成份配比，电弧炉初炼和炉外精炼之后浇铸成钢锭；(2)钢锭在锻造加热炉内以80°C/h—120°C/h的升温速度加热至1180。C一122(TC，由于这种钢锭热应力敏感性较高，容易在加热的过程中产生应力裂纹，因此，钢锭的升温速度控制在8(TC/h—12(rC/h可以防止钢锭在加热的过程中产生热应力裂纹，将钢锭加热至118(TC—122(TC后保温5—8小时，保温5—8小时可以获得最佳的热变形塑性，有利于锻造的顺利进行。(3)开锻温度1090。C一115(rC，停锻温度850。C一1000。C，此开锻温度和停锻温度控制的范围是塑模模块的奥氏体区域，因此，采用该温度范围可以使塑模模块具有良好的高温延展性和可变形性，可以避免其在变形过程中发生变形开裂现象；(4)锻造完毕后进行塑模模块的预硬化热处理，首先将塑模模块置入淬火炉中按照50°C/h—70°C/h升温速度加热至330°C—370。C后保温3-5小时，然后按照50°C/h—70°C/h升温速度加热至630°C—68(TC后保温3-5小时，再按照7(TC/h—90。C/h升温速度加热至84(TC—88(TC后保温6-8小时，采用上述方法主要是为了使大型塑模模块在淬火加热过程中保持均匀的升温，防止热应力在加热过程中造成模块的应力裂纹，这种较慢的升温速度在低温中温高温阶段的均衡加热方式对降低大型塑模模块的淬火裂纹敏感性起着重要的作用；(5)移出淬火炉在空气中采用风冷至室温，这种冷却方式可以使得大型塑模模块获得板条状马氏体组织和下贝氏体组织，使得模块的硬度提高；(6)冷却后再将塑模模块置入炉温为540°C—58(TC的回火炉中保温10一12小时后出炉，在空气中自然冷却至室温，这种处理方式是为了使塑模模块获得回火索氏体组织，从而使得模块的硬度均匀化，以达到合理的硬度要求。优选地，所述步骤(1)中，电弧炉初炼和炉外精炼之后浇铸成20吨—35吨大型钢锭，一方面可以满足塑模模块单件重量最大24吨的市场需求，另一方面大钢锭比小钢锭可以获得更大的锻造压縮比，这样可以改善塑模模块的化学成份的偏析，提高模块的组织均匀性。本发明与现有技术相比，具有如下有益效果1.化学成份的配比更加合理，全面提升了塑模模块的拉伸强度、塑性强度、塑性延伸率、截面面縮率和硬度差值等性能指标，提高了钢的性能。2.制造过程中的浇铸钢锭重量从原来的5—15吨增加到20—35吨，使得塑模模块的单件重量从原来的最大重量10.5吨提高到最大单件重量24吨，满足了模具市场对大型塑模模块的需求，提高了市场的产品竞争力和占有份额。3.节约了在热处理工序中大型油淬槽的投资，防止了在大型塑模模块油冷淬火过程中的油雾弥散在空气中造成严重的环境污染，降低了塑模模块的制造成本，提高了企业的经济效益。4.大型塑模模块的性能指标明显提高抗拉强度从1010MPa提高到1220MPa;屈服强度从920MPa提高到1050MPa;塑性延伸率从9%提高到13%;截面收缩率从38%提高到45%;截面硬度差值A服C4减小到A服C2。图1是实施例1中对大型塑模模块进行预硬化热处理过程中的加热冷却控制曲线示意图。图2是实施例1中对大型塑模模块进行热处理过程中的回火控制曲线示意图。图3是实施例1中对大型塑模模块进行淬火和回火热处理后的金相显微组织示意图。具体实施方式实施例l1.一种大型塑模模块，其化学成分的重量百分配比为C0.23wt%、Si0.12wt%、Mn1.59wt%、Cr1.30wt%、V0.25wt%、Mo0.63wt%、Ni0.99wt%、S0.011wt%、P0.013wt%，其余为Fe;2.电弧炉初炼和炉外精练之后浇铸成25吨大型钢锭;钢锭在锻造加热炉内以95°C/h的升温速度加热至1200TTC后保温6小时；开锻温度lll(TC;停锻温度950°C。锻造完毕后进行塑模模块的预硬化热处理，首先将塑模模块置入淬火炉中按照55°C/h升温速度加热至345。C后保温3.5小时；然后按照55°C/h升温速度加热至645'C后保温3.5小时；再按照75°C/h升温速度加热至855°C后保温6.5小时，移出淬火炉在空气中采用鼓风机吹风冷却至室温。加热工艺曲线见图l所示。将塑模模块置入炉温为56(TC的回火炉中保温11小时后出炉空气中自然冷却至室温。回火工艺曲线见图2所示。大型塑模模块金相显微组织照片见图3。采用本实施例的大型塑模模块的性能指标明显提高，抗拉强度1228MPa;屈服强度1063MPa;塑性延伸率14%;截面收缩率47%;截面硬度差值AHRC2。实施例21.一种大型塑模模块，其化学成分的重量百分配比为C0.20wt%、Si0.08wt%、Mn1.55wt%、Cr1.35wto/。、V0.12wt%、Mo0.60wt%、Ni0.90wt%、S0.015wt%、P0.010wt%，其余为Fe;2.电弧炉初炼和炉外精练之后浇铸成25吨大型钢锭;钢锭在锻造加热炉内以80°C/h的升温速度加热至122(TC后保温5小时；开锻温度109(TC;停锻温度900°C。锻造完毕后进行塑模模块的预硬化热处理，首先将塑模模块置入淬火炉中按照50°C/h升温速度加热至33(TC后保温3小时；然后按照50°C/h升温速度加热至65(TC后保温4小时；再按照70°C/h升温速度加热至85(TC后保温7小时，移出淬火炉在空气中采用鼓风机吹风冷却至室温。将塑模模块置入炉温为54(TC的回火炉中保温10小时后出炉空气中自然冷却至室温。采用本实施例的大型塑模模块的性能指标明显提高，抗拉强度1229MPa;屈服强度1058MPa;塑性延伸率15%;截面收縮率45%;截面硬度差值AHRC2。实施例31.一种大型塑模模块，其化学成分的重量百分配比为C0.22wt%、Si0.11wt%、Mn1.70wt%、Cr1.20wt%、V0.35wt%、Mo0.55wt%、Ni1.20wt%、S0.008wt%、P0.020wt%，其余为Fe;2.电弧炉初炼和炉外精练之后浇铸成25吨大型钢锭;钢锭在锻造加热炉内以120°C/h的升温速度加热至120(TC后保温7小时；开锻温度1150°C;停锻温度850°C。锻造完毕后进行塑模模块的预硬化热处理，首先将塑模模块置入淬火炉中按照60°C/h升温速度加热至37(TC后保温5小时；然后按照70°C/h升温速度加热至63(TC后保温5小时；再按照80°C/h升温速度加热至84(TC后保温8小时，移出淬火炉在空气中采用鼓风机吹风冷却至室温。将塑模模块置入炉温为56(TC的回火炉中保温11小时后出炉空气中自然冷却至室温。采用本实施例的大型塑模模块的性能指标明显提高，抗拉强度1226MPa;屈服强度1065MPa;塑性延伸率13%;截面收縮率49%;截面硬度差值A服C1。实施例41.一种大型塑模模块，其化学成分的重量百分配比为C0.30wt%、Si0.23wt%、Mn1.66wto/。、Cr1.25wt%、V0.21wt%、Mo0.75wt%、Ni1.11wt%、S0.012wt%、P0.013wt%，其余为Fe;2.电弧炉初炼和炉外精练之后浇铸成25吨大型钢锭;钢锭在锻造加热炉内以100°C/h的升温速度加热至118(TC后保温8小时；开锻温度lll(TC;停锻温度1000°C。锻造完毕后进行塑模模块的预硬化热处理，首先将塑模模块置入淬火炉中按照70°C/h升温速度加热至345"后保温4小时；然后按照60°C/h升温速度加热至68(TC后保温3小时；再按照90°C/h升温速度加热至88(TC后保温6小时，移出淬火炉在空气中采用鼓风机吹风冷却至室温。将塑模模块置入炉温为580°C的回火炉中保温12小时后出炉空气中自然冷却至室温。采用本实施例的大型塑模模块的性能指标明显提高，抗拉强度1231MPa;屈服强度1052MPa;塑性延伸率16%;截面收缩率46%;截面硬度差值A服C2。实施例1—4的具体化学成分(重量百分比Wt%)见表1所示，工艺参数控制见表2、表3、表4所示(升温速度。C/h、保温时间h、温度。C)，性能指标见表5所示。表l实施例CMnCrSiMoNiVPS10.231.591.30.120.630.990.250.0130.01120.201.551.350.080.600.900.120.0100.01530.221.701.200.110.551.200.350.0200.00840.301.661.250.230.751.110.210.0130.012表2实施钢锭升温速度钢锭加热温度钢锭保温时间钢锭开锻温度钢锭停锻温度195120061110950280122051090900312012007115085041001180811101000表3实施模块低温升模块低温模块低温保模块中温模块中温例温速度保温时间温温度升温速度保温时间1553.5345553.510<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>权利要求1.一种大型塑模模块，其特征在于化学成分的重量百分配比为C0.20-0.30wt%，Si0.08-0.23wt%、Mn1.55-1.70wt%、Cr1.20-1.35wt%、V0.12-0.35wt%、Ni0.90-1.20wt%、Mo0.55-0.75wt%、S《0.015wt%、P《0.020wt%，其余为Fe和不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的大型塑模模块的制造方法，其特征在于包含以下步骤:(1)按照所述化学成份配比，电弧炉初炼和炉外精炼之后浇铸成钢锭；(2)钢锭在锻造加热炉内以8(TC/h—120。C/h的升温速度加热至1180。C一1220。C后保温5—8小时；(3)开锻温度1090。C一1150。C，停锻温度850。C一1000。C;(4)锻造完毕后进行塑模模块的预硬化热处理，首先将塑模模块置入淬火炉中按照50°C/h_70°C/h升温速度加热至330°C—37(TC后保温3-5小时，然后按照50°C/h_70°C/h升温速度加热至63(TC—68(TC后保温3-5小时，再按照70。C/h—9(TC/h升温速度加热至840。C一88(TC后保温6_8小时；(5)移出淬火炉采用风冷至室温；(6)冷却后再将塑模模块置入炉温为54CTC—58(TC的回火炉中保温10一12小时后出炉，自然冷却至室温。3.如权利要求2所述的大型塑模模块的制造方法，其特征在于所述步骤(1)中，钢锭为20吨一35吨大型钢锭。全文摘要本发明公开了一种大型塑模模块及其制造方法，其主要特征为控制其化学成分的重量百分配比为C0.20-0.30wt％，Si0.08-0.23wt％、Mn1.55-1.70wt％、Cr1.20-1.35wt％、V0.12-0.35wt％、Ni0.90-1.20wt％、Mo0.55-0.75wt％、S≤0.015wt％、P≤0.020wt％，其余为Fe。其制造方法主要包含如下步骤1)浇铸成钢锭；2)锻造；3)预硬化热处理；4)移出淬火炉在空气中采用风冷至室温；5)冷却后再置入回火炉中保温后出炉，在空气中自然冷却至室温。本发明节约了能源，降低了制造成本，同时全面提高了大型塑模模块的各项性能指标。文档编号C22C33/00GK101311293SQ20071004118公开日2008年11月26日申请日期2007年5月24日优先权日2007年5月24日发明者吴振毅,维续申请人:宝山钢铁股份有限公司