超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢及其制备方法

超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种低成本超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢及其制造工艺，属合金钢制造工艺【技术领域】。该钢的特征在于合金化学成分中各主要合金元素的质量百分比为：C0.15～0.30%，Si0.10～0.30%，Mn2.00～3.00%，Cr1.00～2.00%，Mo0.10～0.30%，V0.10～0.30%，P＜0.03%，S＜0.03%，Ni0.10～0.30%，Nb≤0.15%，Fe余量。本发明钢的制备过程如下：配料、冶炼、浇涛，热送；高温扩撒热热处理，然后多向锻造热加工，及锻后控制冷却；最后进行回火热处理。本发明钢具有短周期、低成本、高的淬透性、高硬度均匀性和皮纹蚀刻性能。
【专利说明】超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢及其制备方法 【技术领域】
[〇〇〇1] 本发明涉及一种塑胶模具钢，具体涉及一种低成本超大截面贝氏体预硬化塑胶模 具钢，还涉及制备该塑胶模具钢的制造工艺，属合金钢【技术领域】。 【背景技术】
[0002] 目前使用的大型塑胶模主要是美标的718模具钢和欧标的1. 2738模具钢，这些 模具钢主要是用于制造汽车保险杠用模和一些大型家电模，其中汽车保险杆模具尺寸达到 2300mmX1800mmX800mm。这就要求模具材料具有较高的淬透性和硬度均匀性。因此，这类 模具钢主要依赖进口的718或1. 2738模具钢。这将大大增加模具使用商的使用成本和相 关广品的制造成本。
[0003] 随着我国模具制造业的快速发展和模具钢生产水平的不断提高，目前我国已能成 功生产出大截面的718和1. 2738模具钢，并在部分类型的汽车保险杠用模具上得到应用。 但是，用于718或1. 2738模具钢的制造成本较高，并且制造周期长，这给模具使用商带来巨 大的压力。特别是2012年以来的全球经济底迷环境下，节约资源和降低成本是汽车制造业 的一大瓶颈。
【发明内容】

[0004] 本发明的目的在于提供一种低成本超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢，具有较高 的淬透性和硬度均匀性，适用于制造汽车保险杠用模和一些大型家电模。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案实现：超大截面贝氏体预硬化塑 胶模具钢，其创新点在于：所述钢的化学成分中各合金元素的质量百分比为：C为0. 25? 0· 40%，Si 为 0· 10 ?0· 30%，Mn 为 2. 00 ?3. 00%，Cr 为 1. 00 ?2· 00%，M〇 为 0· 10 ?0· 30%， V 为 0· 10 ?0· 30%，P < 0· 03%，S < 0· 03%，Ni 为 0· 10 ?0· 30%，Nb 彡 0· 15%，Fe 余量。
[0006] 优选的，所述钢的化学成分中各合金元素的质量百分比为：所述钢的化学成分中 各合金元素的质量百分比为：c为0. 28%，Si为0. 20%，Μη为2. 30%，Cr为1. 30%，Mo为0. 20%， V 为 0· 20%，P < 0· 020%，S < 0· 015%，Ni 为 0· 20%，Nb 为 0· 08%，Fe 余量。
[0007] 本发明在718的基础上降低Mo的含量，大大降低甚至不用Ni元素，大幅度提高Μη 元素的含量，从而大大降低该钢的合金成本，即每吨钢降低合金成本约1000元，相当于一 副30吨的汽车保险杆模具节约合金成本约3万元以上。
[0008] 本发明的另一目的在于提供一种超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢的制备方法， 包括冶炼、高温扩散热处理、锻造热加工、锻后预硬化处理和回火热处理工序，具体步骤如 下： (1) 冶炼：按超上述大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢的化学成分及重量百分比为进行 配料、电弧炉冶炼和精炼、然后进行真空脱气和浇铸，然后热送锻造加热炉； (2) 高温扩散热处理：加热温度为1150?1250°C，保温时间为15?20h ; (3) 锻造热加工：将经过高温扩散热处理的钢锭降温至950?1200°C温度范围内进行 多向锻造加工，采用两镦两拔锻造方式，总锻造压缩比彡3,终锻温度彡850°C ; (4) 锻后预硬化处理：锻后采用水冷或雾冷，以大于0. 015°C /s的速度快速冷却，至温 度降到200°C以下装回火加热炉； (5) 回火热处理：加热至450?600°C，保温20?40小时后冷速< 30°C /h冷至250°C 以下，出炉空冷。
[0009] 进一步的，所述的高温扩散热处理，钢锭升温过程中分多级升温，保证钢锭内外温 度均匀，即分别在600°C、80(TC和1KKTC等温；高温扩散热处理后在950?1200°C温度等 温，当钢锭温度均匀后进行锻造处理。
[0010] 所述锻后预硬化处理，锻后采用风冷或雾冷或水冷至200°c，立即回火处理，回火 处理2次，每次回火温度450?600°C，每次回火保温时间15?20h。
[0011] 本发明钢种没有或含有较低的Ni含量，因而不会有白点问题，所以在制造过程中 省去了长时间的扩氢热处理工序，这样一方面大大缩短制造周期(缩短约7天时间)，另一方 面降低制造成本(每吨钢降低约800-1000元)。
[0012] 此外，本发明钢种由于较高含量的Μη元素，而具有较高的淬透性，在制造过程中 不需要像718或1. 2738钢那样采用调质(淬火+回火)处理工艺来预硬化，而是可以利用锻 造预热，在锻后进行风冷或雾冷或水冷等方式达到预硬化的目的。因此，这一方面缩短制造 周期(缩短约6天时间)，另一方面降低制造成本(每吨钢降低约1200-1500元)。
[0013] 本发明的有益效果：与718或1. 2738钢相比，本发明钢种缩短制造周期约13-15 天，并且每吨钢降低制造成本约3000-3500元。这为我国制造业尤其是汽车制造业带来巨 大的贡献，并且提高我国模具钢制造水平和市场竞争力。 【专利附图】

【附图说明】
[0014] 图1为实施例1的超大截面贝氏体预硬化模具钢CCT曲线。
[0015] 图2为实施例1的超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢的金相组织。
[0016] 图3为实施例1的超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢头部截面硬度分布。
[〇〇17] 图4实施例1的超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢尾部截面硬度分布。
[0018] 图5为实施例1的超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢皮纹蚀刻案例。
[〇〇19] 图6为实施例2的超大截面贝氏体预硬化模具钢CCT曲线。
[0020] 图7为实施例2的超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢的金相组织。
[0021] 图8为实施例2的超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢的头部截面硬度分布。
[0022] 图9实施例2的超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢的尾部截面硬度分布。
[0023] 图10为实施例2的超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢皮纹蚀刻案例。
[0024] 图11为实施例3的超大截面贝氏体预硬化模具钢CCT曲线。
[0025] 图12为实施例3的超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢的金相组织。
[0026] 图13为实施例3的超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢的头部截面硬度分布。
[0027] 图14为实施例3的超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢的尾部截面硬度分布。
[0028] 图15为实施例3的超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢皮纹蚀刻案例。
[0029] 图16为对比例1的预硬化模具钢CCT曲线。
[0030] 图17为对比例1的预硬化塑胶模具钢的金相组织。
[0031] 图18为对比例1的预硬化塑胶模具钢的头部截面硬度分布。
[0032] 图19为对比例1的预硬化塑胶模具钢的尾部截面硬度分布。
[0033] 图20为对比例1的预硬化塑胶模具钢皮纹蚀刻案例。
[0034] 图21为对比例2的预硬化模具钢CCT曲线。
[0035] 图22为对比例2的预硬化塑胶模具钢的金相组织。
[0036] 图23为对比例2的预硬化塑胶模具钢的头部截面硬度分布。
[0037] 图24为对比例2的预硬化塑胶模具钢的尾部截面硬度分布。
[0038] 图25为对比例2的预硬化塑胶模具钢皮纹蚀刻案例。 【具体实施方式】
[0039] 下面结合具体实施例对本发明的技术方案作详细说明。
[0040] 实施例1 采用热作模具钢的组成成分及其重量百分比如下： C 为 0· 28%，Si 为 0· 20%，Μη 为 2. 30%，Cr 为 1. 30%，Mo 为 0· 20%， V 为 0· 20%，P 为 0· 020%，S 为 0· 015%，Ni 为 0· 20%，Nb 为 0· 08%，Fe 余量。
[0041] 超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢的工艺过程和步骤如下： 1) 电炉冶炼：按上述的合金元素配比在电弧炉中进行冶炼，然后炉外精炼和真空脱气， 浇铸成钢锭后热送锻造加热炉； 2) 高温扩散热处理：加热温度为1200?1250°C，保温时间为15?20h ; 3) 锻造热加工：将经过高温扩散热处理的钢锭降温至1150?1200°C温度范围内进行 多向锻造加工，采用两镦两拔锻造方式，总锻造压缩比彡3,终锻温度彡850°C ; 4) 锻后预硬化处理：锻后采用风冷或雾冷或水冷，保证钢获得贝氏体组织，至温度降到 200°C以下装回火加热炉； 5) 回火热处理：加热至500?550°C，回火处理两次，保温20?30小时后炉冷至250°C 以下，出炉空冷。
[〇〇42] 本实施例超大截面贝氏体预硬化模具钢经过上述冶炼及热加工和热处理后，最终 成品规格为(长\宽\厚）2500_\1300_\1200_模块，取样进行性能测试： A相变特性： 本实施例钢的CCT曲线如附图1所示。
[0043] B显微组织： 本实施例钢的显微组织如附图2所示。
[0044] C硬度均匀性测试： 本实施例钢的截面硬度测试结果如附图3所示。由图可见，该钢具有较高的硬度均匀 性，整个截面硬度波动在± 1. 5HRC范围内。
[0045] D皮纹蚀刻性能： 本实施例的皮纹蚀刻案例如附图4所示。由图可见，该钢具有较好的皮纹蚀刻性能。
[0046] 实施例2 采用热作模具钢的组成成分及其重量百分比如下： C 为 0· 15%，Si 为 0· 10%，Μη 为 3. 00%，Cr 为 1. 00%，Mo 为 0· 30%， V 为 0· 10%，P 为 0· 015%，S 为 0· 025%，Ni 为 0· 10%，Nb 为 0· 14%，Fe 余量。
[0047] 本实施例超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢的制备方法同实施例1，其中回火加 热至450?500°C。
[0048] 本实施例超大截面贝氏体预硬化模具钢经过上述冶炼及热加工和热处理后，最终 成品规格为(长\宽\厚）2500_\1300_\1200_模块，取样进行性能测试： A相变特性： 本实施例钢的CCT曲线如附图5所示。
[0049] B显微组织： 本实施例钢的显微组织如附图6所示。
[0050] C硬度均匀性测试： 本实施例钢的截面硬度测试结果如附图7所示。由图可见，改钢具有较高的硬度均匀 性，整个截面硬度波动在± 1. 5HRC范围内。
[0051] D皮纹蚀刻性能： 本实施例的皮纹蚀刻案例如附图8所示。由图可见，该钢具有较好的皮纹蚀刻性能。
[0052] 实施例3 采用热作模具钢的组成成分及其重量百分比如下： C 为 0· 30%，Si 为 0· 30%，Μη 为 2. 00%，Cr 为 2. 00%，Mo 为 0· 10%， V 为 0· 30%，P 为 0· 03%，S 为 0· 03%，Ni 为 0· 30%，Nb 为 0· 10%，Fe 余量。
[0053] 本实施例超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢的制备方法同实施例1。
[0054] 本实施例超大截面贝氏体预硬化模具钢经过上述冶炼及热加工和热处理后，最终 成品规格为(长\宽\厚）2500_\1300_\1200_模块，取样进行性能测试： A相变特性： 本实施例钢的CCT曲线如附图9所示。
[0055] B显微组织： 本实施例钢的显微组织如附图10所示。
[0056] C硬度均匀性测试： 本实施例钢的截面硬度测试结果如附图11所示。由图可见，改钢具有较高的硬度均匀 性，整个截面硬度波动在± 1. 5HRC范围内。
[0057] D皮纹蚀刻性能： 本实施例的皮纹蚀刻案例如附图12所示。由图可见，该钢具有较好的皮纹蚀刻性能。
[0058] 对比例1 718组成成分及其重量百分比如下： C 为 0· 37, Si 为 0· 30, Μη 为 1. 40, Cr 为 2. 00, Mo 为 0· 20, P 为 0· 020, S 为 0· 003, Ni 为1.00, Fe余量。
[0059] 采用常规方法制备，成品规格为（长X宽X厚）2500mmX1300mmX1200mm模块， 取样进行性能测试： A相变特性： 本实施例钢的CCT曲线如附图13所示。
[0060] B显微组织： 本实施例钢的显微组织如附图14所示。
[0061] C硬度均匀性测试： 本实施例钢的截面硬度测试结果如附图15所示。由图可见，改钢具有较高的硬度均匀 性，整个截面硬度波动在± 2HRC范围内。
[0062] D皮纹蚀刻性能： 本实施例的皮纹蚀刻案例如附图16所示。由图可见，该钢具有较好的皮纹蚀刻性能。
[0063] 对比例2 1. 2738组成成分及其重量百分比如下： C 为 0· 36, Si 为 0· 30, Μη 为 1. 50, Cr 为 2. 00, Mo 为 0· 20, P 为 0· 020, S 为 0· 003, Ni 为1.00, Fe余量。
[0064] 采用常规方法制备，成品规格为（长X宽X厚）2500mmX1300mmX1200mm模块， 取样进行性能测试： A相变特性： 本实施例钢的CCT曲线如附图17所示。
[0065] B显微组织： 本实施例钢的显微组织如附图18所示。
[0066] C硬度均匀性测试： 本实施例钢的截面硬度测试结果如附图19所示。由图可见，改钢具有较高的硬度均匀 性，整个截面硬度波动在± 3HRC范围内。
[0067] D皮纹蚀刻性能： 本实施例的皮纹蚀刻案例如附图20所示。由图可见，该钢具有较好的皮纹蚀刻性能。
[0068] 表1为本发明的钢种和对比例钢种的性能比较
【权利要求】
1. 超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢，其特征在于：所述钢的化学成分中各合金元素的质量百分比为刃为0.25?0.40%，5丨为0.10?0.30%，]?11为2.00?3.00%，0为1.00? 2. 00%，Mo 为 0· 10 ?0· 30%，V 为 0· 10 ?0· 30%，P < 0· 03%，S < 0· 03%，Ni 为 0· 10 ?0· 30%， Nb < 15%，Fe 余量。
2. 根据权利要求1所述的超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢，其特征在于：所述钢的 化学成分中各合金元素的质量百分比为：C为0. 28%，Si为0. 20%，Μη为2. 30%，Cr为1. 30%， Mo 为 0· 20%，V 为 0· 20%，P < 0· 020%，S < 0· 015%，Ni 为 0· 20%，Nb 为 0· 08%，Fe 余量。
3. -种实现权利要求1的超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢的制备方法，其特征在 于：包括冶炼、高温扩散热处理、锻造热加工、锻后预硬化处理和回火热处理工序，具体步骤 如下： (1) 冶炼：按超上述大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢的化学成分及重量百分比为进行 配料、电弧炉冶炼和精炼、然后进行真空脱气和浇铸，然后热送锻造加热炉；(2) 高温扩散热处理：加热温度为1150?1250°C，保温时间为15?20h ;(3) 锻造热加工：将经过高温扩散热处理的钢锭降温至950?1200°C温度范围内进行 多向锻造加工，采用两镦两拔锻造方式，总锻造压缩比彡3,终锻温度彡850°C ;(4) 锻后预硬化处理：锻后采用水冷或雾冷，以大于0. 015°C /s的速度快速冷却，至温 度降到200°C以下装回火加热炉；(5) 回火热处理：加热至450?600°C，保温20?40小时后冷速< 30°C /h冷至250°C 以下，出炉空冷。
4. 根据权利要求3所述的超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢的制备方法，其特征在 于：所述高温扩散热处理，采用多级升温，分别在600°C、80(TC和1KKTC等温处理；高温扩 散热处理后在950?1200°C温度等温，钢锭温度均匀后进行锻造处理。
5. 根据权利要求3所述的超大截面贝氏体预硬化塑胶模具钢的制备方法，其特征在 于：所述回火处理工序回火处理2次，回火处理时间温度均为450?600°C,回火处理时间 分别为15?20h。
【文档编号】C22C38/58GK104046921SQ201410171834
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】周青春, 徐卫明, 吴晓春, 顾金才, 钱强, 王小飞, 丁勇, 刘鑫 申请人:如皋市宏茂重型锻压有限公司