一种塑料模具钢材及塑料成型模具的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于塑料成型用模具的钢材，该钢材主要由下列元素构成：以重量％计，C：0.015-0.025%，Si：0.02-0.05%，Mn：0.09-0.21%，P：0.005-0.02%，S：0.005-0.015%，Alt：0.02-0.06%；Cr：0.05-0.09%，V：0.02-0.04%，N：0.002-0.004%，余量为Fe和其他不可避免的杂质构成。本发明的塑料成型用模具是采用上述的用于塑料成型用模具的钢材作为原料而制成的。因此，该模具具有优异的导热性、耐腐蚀性以及比较强的硬度，能够满足实际生产的各种需要。
【专利说明】一种塑料模具钢材及塑料成型模具【技术领域】
[0001]本发明涉及用于塑料成型用模具的钢材以及塑料成型用模具，属于金属材料【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在塑料零件成形模具中，被压制的塑料种类、生产的批量、工件的复杂程度、尺寸精度和表面粗糙度等质量要求是决定塑料模具用钢选择的主要因素。塑料大致分为热固性塑料和热塑性塑料两大类，每类又分为不同的品种。由于压制塑料的品种不同，以及对塑料制品的尺寸、形状、精度、表面粗糙度等的不同要求，对塑料模具用钢的耐磨性、抗腐蚀性、耐热性、耐压性、磁学性能、微变形和镜面抛光性能等有不同的要求。通用型塑料模具用钢用于生产通用型塑料(如聚乙烯、聚丙烯)工件的模具。当生产批量较小，尺寸精度和表面粗糙度无特殊要求而且模具截面不大时，可以采用碳素结构钢SM50、SM55钢或低碳钢10、20钢制造，前者采用调质或正火处理，后者采用渗碳加淬回火处理。低碳钢由于变形抗力低、塑性好，主要使用于采用冷挤压成形的方法压制模具型腔制造模具。如上所述，近来人们已经要求用于塑料成型用模具的钢材具有优异的导热性、耐腐蚀性和硬度。但是，还没有钢材能够完全满足所有的要求，因此，迫切的需要一种新的技术方案解决上述技术问题。
【发明内容】
[0003]因此，本发明正是针对现有技术中存在技术问题，提供一种用于塑料成型用模具的钢材，与传统的钢材相比，该钢材在导热性、耐腐蚀性和硬度之间具有优异的平衡性。
[0004]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:
一种用于塑料成型用模具的钢材，该钢材主要由下列元素构成:以重量％计，C:0.015-0.025%, Si:0.02-0.05%, Mn:0.09-0.21%, P:0.005-0.02%, S:0.005-0.015%, Alt:0.02-0.06% ；Cr:0.05-0.09%, V:0.02-0.04%, N:0.002-0.004%，余量为 Fe 和其他不可避免的杂质构成。
[0005]作为本发明的一种改进，所述钢材还包括以下元素，以重量％计，还包括Nb:0.01% ~0.03%, Ti:0.01% ~0.03%。
[0006]一种用于塑料成型用模具的钢材，该钢材主要由下列元素构成:以重量％计，C:0.018-0.023%, Si:0.025-0.045%, Mn:0.092-0.20%, P:0.0053-0.18%, S:0.0052-0.014%,Alt:0.025-0.056% ；Cr:0.053-0.089%, V:0.022-0.034%, N:0.0025-0.0034%，余量为 Fe 和其他不可避免的杂质构成。
[0007]作为本发明的一种改进，所述钢材还包括以下元素，以重量％计，还包括Nb:0.015% ~0.028%, T1:0.013% ~0.028%。
[0008]作为本发明的一种改进，所述该 钢材主要由下列元素构成:以重量％计，C:0.019-0.022%, Si:0.026-0.044%, Mn:0.093-0.18%, P:0.0055-0.16%, S:0.0054-0.012%,Alt:0.03-0.05% ；Cr:0.054-0.088%, V:0.025-0.032%, N:0.0026-0.0032%，余量为 Fe 和其他不可避免的杂质构成。
[0009]作为本发明的一种改进，所述该钢材主要由下列元素构成:以重量％计，C:0.020-0.021%, Si:0.028-0.04%, Mn:0.096-0.16%, P:0.0058-0.15%, S:0.0058-0.01%,Alt:0.035-0.045% ；Cr:0.06-0.08%, V:0.03-0.031%, N:0.0028-0.003%，余量为 Fe 和其他
不可避免的杂质构成。
[0010]作为本发明的一种改进，所述该钢材主要由下列元素构成:以重量％计，C:0.020%, S1:0.03%, Mn:0.15%, P:0.12%, S:0.009%, Alt:0.04% ；Cr:0.07%, V:0.03%, N:0.0029%，余量为Fe和其他不可避免的杂质构成。
[0011] 作为本发明的一种改进，所述钢材还包括以下元素，以重量％计，还包括Nb:0.016% ~0.026%, T1:0.015% ~0.026%。
[0012]一种塑料成型用模具，其是通过上述任意一项所述的钢材作为原料而制成的。
[0013]上述技术方案所述元素之所以这样选择，具体理由如下:
C:若要将C含量降低到0.015%以下，金属溶液流动性差，C含量高时，合金组织中碳化物数量多，基体硬度高，耐磨性好，但是如果C超过一定量，再随着C含量增加，碳化物显著增加，韧性、抗冲击性能下降。炼钢工序的成本和制造难度均会限制提高。C含量超过0.025%容易产生连铸坯角裂等质量缺陷，且从调质度角度出发，C含量也不易过高，而且C是重要固溶强化元素，钢中C含量可直接影响钢基体中渗碳体含量，随着碳含量增加，组织中渗碳体含量增加，钢板强度相对提高。本发明根据实际炼钢生产能力，优选范围是0.015% ~0.025%。
[0014]Si =Si含量超过0.05%时，Si与氧的亲和力大于铬，既能脱氧，又可在熔炼过程中减少铬的损失。Si可以固溶于基体中起到固溶强化的作用，随着Si含量的增加基体硬度随之增加，而钢板的脆性也随之增大。Si在温度较大，一般大于900°C时，能形成致密的氧化层，在一定程度上提高刚材料表面抗氧化性能。综合考虑其冲击韧性和抗氧化性，本发明技术方案设定Si含量0.02~0.005%。
[0015]Mn =Mn是重要固溶强化元素，为了保证钢的综合机械强度，添加适当Mn提高钢板强度，同时锰对钢水有脱氧脱硫作用，有利于消除钢中的非金属夹杂物、改善夹杂物的形态及分布，从而提高钢的强度和韧性。Mn能够与Fe无限固溶，提高材料强度、韧性，与其他合金相比，其价格较为低廉，可以部分替代其他合金。本发明技术方案设定Mn含量范围为0.09% ~0.21%。
[0016]P:该技术方案中，P、S元素为杂质元素，并且如果这两种元素含量较高，会降低钢材料的其含量越低越好，该技术方案中，限度控制范围在P:0.005%~0.020%，S是0.005~0.015%。
[0017]Alt:A1与氧的亲和力比较大，既能保证熔炼时脱氧充分，又能固溶于钢中。该技术方案中Al的作用如下，首先Al作为脱氧剂，为保证脱氧效果，Alt含量不小于0.02% ；其次是用于固N，为了提高材料的耐时效性能，必须含有足够量的Al，以便与钢中的N生产AlN,但Alt含量过高，易在浇铸过程中水口堵塞问题，并容易形成Al2O3非金属夹杂物。优选范围是0.02~0.06%ο
[0018]Cr:本发明中，Cr作为重要的碳化物形成元素，用于固定钢中的C元素，以提高材料的抗时效性能，高铬合金之所以有较高的耐热性能，主要是Cr的加入使合金外表层在高温作用下能生成一层致密的Cr203保护层，阻止或延缓了合金的氧化过程由外部氧化转向内部氧化。在高温工况下，由于受应力等的作用，氧化膜及下表层产生裂纹，为合金的内部氧化提供了供氧通道。高铬合金本身对裂纹有修复能力，Cr含量越高，对裂纹修复能力越强；铬含量低于于0.05%时，组织中出现硬度较低的MC3型碳化物，耐磨性较差，且碳化物晶界分布导致材料脆性大；铬含量大于0.09%时，组织中出现高硬度的M7C3型碳化物，耐磨性好；随着铬碳比的进一步提高，M7C3碳化物减少，固溶于奥氏体基体中的部分铬会析出M23C6型碳化物，材料硬度降低，耐磨性反而下降，且高铬容易形成脆性化合物，铸造性能差。，该技术方案中，限定Cr含量0.05~0.09%。
[0019]V:该技术方案中，V用于固定钢中的C、N元素，此外V形成的碳、氮化合物对钢的韧性有利，同时，其含量过高时，钢的强度会明显升高，限定其范围为0.002~0.04%。
[0020]N:N元素容易引起材料时效的主要因素，在本发明中属于尽量降低的元素，但N含量越低，炼钢控制难度越大，综合考虑，限定N含量0.002%~0.004%。.Nb和Ti =Nb, Ti是常见的微合金强化元素，能够明显改善钢的综合性能。Ti是很强的固N元素，利用0.01%左右的Ti就可固定钢中0.004%以下的N，形成细小的高温稳定的TiN析出相，这种细小的TiN粒子可有效地阻碍高温时的奥氏体晶粒长大，也有助于提高Nb在奥氏体中的固溶度，从而间接提高了铌的强化作用。由于加入微合金元素Nb，阻止了晶粒长大，细化了晶粒， 提高了产品力学性能。Nb、Ti的复合微合金化的强化机制，包括析出强化和细晶强化。适量的Ti能形成细小的TiN，又能有效阻止晶粒粗化。Nb、Ti在较低碳含量的钢中具有明显的析出强化作用，为了进一步加强钢材料的耐磨性，本发明技术方案设定Nb含量范围为0.01%~0.03%、Ti的含量范围为0.01%~0.03% ；
本发明的塑料成型用模具是采用上述的用于塑料成型用模具的钢材作为原料而制成的。因此，该模具具有优异的导热性、耐腐蚀性以及比较强的硬度，能够满足实际生产的各种需要。
[0021]
【具体实施方式】
[0022]为了加深对本发明的认识和理解，下面结合【具体实施方式】对本发明进一步的说明和介绍。
[0023]实施例1: 一种用于塑料成型用模具的钢材，该钢材主要由下列元素构成:以重量％计，C:0.015%, Si:0.02%, Mn:0.09%, P:0.005%, S:0.005%, Alt:0.02% ；Cr:0.05%, V:0.02%, N:0.002%, Nb:0.01%, T1:0.01%。余量为Fe和其他不可避免的杂质构成。
[0024]实施例2:—种用于塑料成型用模具的钢材，该钢材主要由下列元素构成:以重量％计，C:0.025%，S1: 0.05%, Mn: 0.21%，P:0.02%，S: 0.015%, Alt:0.06% ；Cr:0.09%,
V:0.04%, N:0.004%, Nb:0.03%, T1:0.03%。余量为Fe和其他不可避免的杂质构成。
[0025]实施例3:—种用于塑料成型用模具的钢材，该钢材主要由下列元素构成:以重量 ％ 计，C:0.018%, Si:0.025%, Mn:0.092%, P:0.0053%, S:0.0052%, Alt:0.025% ；Cr:0.053%, V:0.022%, N:0.0025%, Nb:0.015%, T1:0.013%，余量为 Fe 和其他不可避免的杂质构成。
[0026]实施例4: 一种用于塑料成型用模具的钢材，该钢材主要由下列元素构成:以重量％计，C:0.023%, Si:0.045%, Mn:0.20%, P:0.18%, S:0.014%, Alt:0.056% ；Cr:0.089%,
V: 0.034%, N:0.0034%, Nb:0.028%, T1:0.028%，余量为Fe和其他不可避免的杂质构成。
[0027]实施例5:作为本发明的一种改进，所述该钢材主要由下列元素构成:以重量％计，C:0.019%, Si:0.026%, Mn:0.093%, P:0.0055%, S:0.0054%, Alt:0.03% ；Cr:0.054%, V:0.025%, N:0.0026%, Nb:0.016%, T1:0.015%，余量为Fe和其他不可避免的杂质构成。
[0028]实施例6:作为本发明的一种改进，所述该钢材主要由下列元素构成:以重量％计，C:0.022%, Si:0.044%, Mn:0.18%, P:0.16%, S:0.012%, Alt:0.05% ；Cr:0.088%, V:0.032%, N:0.0032%, Nb:0.026%, T1:0.026%，余量为Fe和其他不可避免的杂质构成。
[0029]实施例7:作为本发明的一种改进，所述该钢材主要由下列元素构成:以重量％计，C:0.020%, Si:0.028%, Mn:0.096%, P:0.0058%, S:0.0058%, Alt:0.035% ；Cr:0.06%, V:
0.03%, N:0.0028%, Nb:0.016%, T1:0.015%, Nb:0.018%, T1:0.019%，余量为 Fe 和其他不可避免的杂质构成。
[0030]实施例8:作为本发明的一种改进，所述该钢材主要由下列元素构成:以重量％计，C:0.021%, Si:0.04%, Mn:0.16%, P:0.15%, S:0.01%, Alt:0.045% ；Cr:0.08%, V:0.031%,N:0.003%, Nb:0.025%, T1:0.025%, Nb:0.022%, T1:0.022%，余量为 Fe 和其他不可避免的杂
质构成。
[0031]实施例9:作为本发明的一种改进，所述该钢材主要由下列元素构成:以重量％计，C:0.020%, Si:0.03%, Mn:0.15%, P:0.12%, S:0.009%, Alt:0.04% ；Cr:0.07%, V:0.03%,N:0.0029%, Nb:0.016%~0.026%, T1:0.015%~0.026%，余量为Fe和其他不可避免的杂质构成。
[0032]实施例10:本发明模具是采用上述的本发明钢材作为原料而制成的模具。从耐磨性、耐腐蚀性、镜面特性等角度来说，本发明模具的硬度优选在49HRC-53HRC的范围内。本发明模具的硬度是指模具材料(基础材料)本身的硬度，并且该硬度是通过对既未经过冷加工的加工硬化也未受到各种表面处理的任何影响的部分进行检测而确定的。
[0033]需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述实施例的基础上作出的等同替换或者替代，均属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种用于塑料成型用模具的钢材，该钢材主要由下列元素构成:以重量％计，C:0.015-0.025%, Si:0.02-0.05%, Mn:0.09-0.21%, P:0.005-0.02%, S:0.005-0.015%, Alt:0.02-0.06% ；Cr:0.05-0.09%, V:0.02-0.04%, N:0.002-0.004%，余量为 Fe 和其他不可避免的杂质构成。
2.根据权利要求1所述用于塑料成型用模具的钢材，其特征在于，所述钢材还包括以下元素，以重量％计，还包括Nb:0.01%~0.03%, T1:0.01%~0.03%。
3.一种用于塑料成型用模具的钢材，该钢材主要由下列元素构成:以重量％计，C:0.018-0.023%, Si:0.025-0.045%, Mn:0.092-0.20%, P:0.0053-0.18%, S:0.0052-0.014%,Alt:0.025-0.056% ；Cr:0.053-0.089%, V:0.022-0.034%, N:0.0025-0.0034%，余量为 Fe 和其他不可避免的杂质构成。
4.根据权利要求3所述用于塑料成型用模具的钢材，其特征在于，所述钢材还包括以下元素，以重量％计，还包括Nb:0.015%~0.028%, T1:0.013%~0.028%。
5.根据权利要求3所述用于塑料成型用模具的钢材，其特征在于，所述该钢材主要由下列元素构成:以重量％计，C:0.019-0.022%, Si:0.026-0.044%, Mn:0.093-0.18%, P:0.0055-0.16%, S:0.0054-0.012%, Alt:0.03-0.05% ；Cr:0.054-0.088%, V:0.025-0.032%,N:0.0026-0.0032%，余量为Fe和其他不可避免的杂质构成。
6.根据权利要求3或5所述用于塑料成型用模具的钢材，其特征在于，所述该钢材主要由下列元素构成:以重量％计，C:0.020-0.021%, S1:0.028-0.04%, Mn:0.096-0.16%, P:0.0058-0.15%, S:0.0058-0.01%, Alt:0.035-0.045% ；Cr:0.06-0.08%, V:0.03-0.031%, N:0.0028-0.003%，余量为Fe和其他不可避免的杂质构成。
7.根据权利要求6所述用于塑料成型用模具的钢材，其特征在于，所述该钢材主要由下列元素构成:以重量％计，C:0.020%, Si:0.03%, Mn:0.15%, P:0.12%, S:0.009%, Alt:0.04% ；Cr:0.07%, V:0.03%, N:0.0029%，余量为Fe和其他不可避免的杂质构成。
8.根据权利要求3所述用于塑料成型用模具的钢材，其特征在于，所述钢材还包括以下元素，以重量％计，还包括Nb:0.016%~0.026%, T1:0.015%~0.026%。
9.一种塑料成型用模具，其是通过使用权利要求1至8中任意一项所述的钢材作为原料而制成的。
【文档编号】C22C38/24GK103898414SQ201410127570
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2014年4月1日
【发明者】曲景春, 许民, 李义龙 申请人:江苏联峰能源装备有限公司