一种低成本无Mo塑料模具钢钢板及其生产工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种低成本无Mo塑料模具钢钢板及其生产工艺，包括以下重量百分比含量的化学成分组成：C：0.36～0.42％、Si：0.26～0.34％、Mn：0.55～0.59％、P≤0.020％、S≤0.010％、Cr：1.25～1.55％、Nb：0～0.015％、B：0.0015～0.0025％，其余为Fe和不可避免的杂质，其中Cr/Mn为2.1～2.6，Si+Cr+Mn为2.1％～2.4％。本发明采用热轧+在线淬火+回火工艺，钢板组织为马氏体、马氏体+贝氏体或马氏体+贝氏体+少量珠光体，硬度为28～34HRC。本发明不含Mo等贵重合金，工艺简单，周期短，成本低，可广泛用于各种塑料模具。
【专利说明】一种低成本无Mo塑料模具钢钢板及其生产工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种塑料模具钢钢板，特别涉及一种低成本无Mo塑料模具钢钢板及其生产工艺，属于塑料模具钢领域。
【背景技术】
[0002]模具是工业产品批量生产的基础工艺装备，机械制造工业零件粗加工的70%，精加工的5%都需要模具来完成。塑料模具钢是重要的模具材料，广泛应用于家用电器、电子及通讯设备、塑料制品、汽车摩托车等各类行业。
[0003]随着世界钢铁产量的突飞猛进，Mo、N1、V等金属原材料价格的飙升，造成塑料模具钢的价格也随之不断攀升。开发低成本无Mo且硬度在28~34HRC的塑料模具用钢成为目前模具钢生产企业的重要课题。
[0004]目前已有不少塑料模具钢钢板的制造专利，从成分上看，专利CN101792886A，CN102286698A, CN101002638A, CN101956136A, CN102312168A, CN102899571A 等，其成分中均含有0.1~1.0%不同含量的Mo，从目前市场价格来看，添加0.1%的Mo仅合金成本就需180元/吨，在钢铁行业普遍巨额亏损的大行情下，180元的吨钢新增利润则可使得一个钢铁企业迅速扭亏为盈。从工艺来看，对于目前已有的塑料模具钢钢板的专利或现有产品中，一部分采用模铸工艺，如专利CN102899571A ;—部分采用锻造工艺，如专利CN102650021A，CN102877001A, CN101967608A, CN102796959A等；还有一部分则是采用离线热处理的方法，如专利CN103510023A，采用855~875°C油淬+200°C回火，专利CN103397261A，采用830~880°C正火+500~550°C回火。不管是模铸、锻造或是离线热处理，其生产周期较长，生产效率低下，同时多出的铸、锻、淬火、正火等工序使得生产成本急剧上升。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出一种低成本无Mo塑料模具钢钢板及其生产工艺。本发明突破传统模具钢合金设计模式，不含有Mo合金,通过合理匹配S1、Cr、Mn、Nb、B等廉价合金元素，采用热轧+在线淬火+回火工艺，得到整个厚度方向上硬度为28~34HRC的模具钢；同时，当厚度≤40mm时，组织为马氏体；当厚度为41~80mm时，组织为马氏体+贝氏体；当厚度为81~140mm时，组织为马氏体+贝氏体+少量珠光体。
[0006]为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]所述钢板以重量百分比计的化学成分组成如下:C:0.36~0.42%、S1:0.26~0.34 Mn:0.55 ~0.59 %、P ≤ 0.020 %、S≤ 0.010 %、Cr:1.25 ~1.55 %、Nb:0 ~0.015%, B:0.0017~0.0023%，其余为Fe和不可避免的杂质，其中Cr/Mn为2.1~2.6，Si+Cr+Mn 为 2.1 %~2.4%。
[0008]以下对本发明的低成本塑料模具钢钢板中所含组分的作用及其用量的选择具体分析说明:
[0009]C:C对材料的硬度起着重要的作用。C的含量控制过低(如低于0.030% )，则不能够保证强度，含量过高时(如高于0.50 % )，则焊接性能和低温韧性较难控制。本发明中，C含量选择在0.36~0.42%，能够保证一定的硬度。
[0010]S1:在钢中起脱氧和固溶强化作用，可以增加材料的强度，因此Si的含量控制在
0.26 ~0.34%。
[0011]Mn:Mn能够提高钢的淬透性，并起到固溶强化作用，但过量的Mn将在钢板中形成偏析，严重恶化钢板在厚度方向上的均匀性。因此Mn的含量控制在0.55~0.59%。
[0012]Cr:Cr是钢中重要的强化元素之一，可使珠光体转变曲线向右向上移，且其偏析倾向较Mn小。Cr和Mn配合，能有效提高钢的淬硬性。因此Cr的含量控制在1.25~
1.55%。S1、Mn、Cr复合添加可提高钢板的淬透性，当Cr/Mn比为2.1~2.6，Si+Mn+Cr为
2.1%~2.4%时，可使得钢板在？ 80mm厚的范围内得到马氏体或马氏体+贝氏体组织，厚度在81~140mm时，心部仅出现少量珠光体，同时硬度为28~34HRC。
[0013]Nb =Nb的加入能提高奥氏体未再结晶温度，使得后续整个轧制过程均在未再结晶区完成。Nb还可以起到细化晶粒作用。Nb的含量控制在O~0.015%。
[0014]B:B能提高钢板的淬透性，但是过量的B易引起偏聚，因此B含量控制在0.0017~
0.0023%。
[0015]P、S:P、S为钢中的 有害元素，理论上要求越低越好，但是考虑到炼钢成本等原因，控制 P ≤ 0.020%, S ≤ 0.010%。
[0016]一种低成本无Mo塑料模具钢钢板的生产工艺，其包括如下步骤:
[0017](I)按照权利要求1所述的化学成分重量百分比，用180吨转炉进行冶炼，连铸成220mm或320mm (厚)X 1800~2700mm (宽)X 2600~4800mm (长)的连铸坯，连铸坯单重
<30 吨；
[0018](2)在加热工序中，连铸坯加热温度为1170~1210°〇，加热方式以10~201:/1^11的速度加热至800°C后保温30min，继续加热，以≤10°C /min的速度升温至1170~1210°C保温60~90min ；
[0019](3)在热轧工序中，将均热后的板坯，在5m宽厚板轧机上采用普通热轧工艺轧制成15~140mm(厚)X2000~4800(宽)X6000~20000 (长)的钢板，其中≤70mm厚的成品板由220mm厚连铸坯轧制，71~140mm厚的成品板由320mm厚连铸坯轧制而成；
[0020](4)在热轧工序中，热轧温度为980~1120°C，道次变形率？ 15% ;轧后直接采用MULPIC水冷却系统进行在线淬火，分两段式冷却，前1/4段采用低压水进行预冷，冷速为
<15°C /s，后3/4段采用高压水进行快速冷却，冷速> 25°C /s，终冷温度≤180°C，之后置于冷床上缓冷至室温。采用两阶段冷却，其目的是减小钢板表面和心部的冷速差，从而减小钢板厚度方向的硬度差，同时防止钢板因淬火产生内应力而开裂。
[0021](5)在回火工序中，当板厚≤40mm时，回火温度选取为570~590°C ;当板厚为41~80mm时，回火温度选取为540~560°C ;当板厚为81~140mm时，回火温度选取为500~530°C ;加热方式为以10~20°C /min的速度升温至目标温度后保温，保温时间为2 ~2.5min/mm+10 ~40mino
[0022]本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果:
[0023]1、成分简单,不含有Mo、N1、V等贵重合金,合金成本极低；采用热轧+在线淬火+回火工艺，轧制工艺简单，工艺窗口较大，无需控制轧制，后续热处理中无需淬火或正火热处理，仅需回火，工艺成本较低。整个工艺流程简单，生产周期短，效率高。
[0024]2、整个厚度范围内(15~140_)，均采用同一成分，同一热轧工艺，仅通过微调在线淬火工艺中的冷速、回火温度和时间来调整模具钢钢板的硬度，使得不同厚度钢板硬度得到统一，达到柔性化生产的目的，从而降低生产成本。通过此成分和工艺生产时，当厚度(40mm时，组织为马氏体；当厚度为41~80mm时，组织为马氏体+贝氏体；当厚度为81~140mm时，组织为马氏体+贝氏体+少量珠光体，整个厚度方向上硬度为28~34HRC。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为实施例1中钢板截面1/8、1/4、1/2处的显微组织照片；
[0026]图2为实施例2中钢板截面1/8、1/4、1/2处的显微组织照片；
[0027]图3为实施例3中钢板截面1/8、1/4、1/2处的显微组织照片；
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图及若干较佳实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，但不限于此。
[0029]实施例1
[0030]该钢由以下组分组成(wt%):C:0.39%, Si:0.30%、Mn:0.58%、P ≤0.020%,S ≤ 0.010%, Cr:1.25 ~1.55%, Nb:0 ~0.015%, B:0.0020%，其余为 Fe 和不可避免的杂质，其中 Cr/Mn 为 2.1 ~2.6，Si+Cr+Mn 为 2.1 %~2.4%。
[0031](I)按照上述化学成分重量百分比，用180吨转炉进行冶炼，连铸成220mm的连铸坯；
[0032](2)在加热工序中，连铸坯加热温度为1170~1210°C，加热方式以10~20°C /min的速度加热至800°C后保温15min，继续加热，以≤5°C /min的速度升温至1170~1210°C保温60~90min，将均热后的板坯，在5m宽厚板轧机上采用热轧工艺轧制成30mm厚的宽厚板；
[0033](3)在热轧工序中，热轧温度为980~1120°C，道次变形率？ 15% ;轧后直接采用MULPIC水冷却系统进行在线淬火，分两段式冷却，前1/4段采用低压水进行预冷，冷速为
<15°C /s，后3/4段采用高压水进行快速冷却，冷速> 25°C /s，终冷温度≤180°C，之后置于冷床上缓冷至室温。
[0034](4)在回火工序中，回火温度选取为570~590°C，加热方式为以10~20°C /min的速度升温至目标温 度后保温，保温时间为2~2.5min/mm+10~40min。
[0035]实施例2
[0036]该钢由以下组分组成C:0.39 %、Si:0.30 %, Mn:0.58 %, P ^ 0.020 %、S ≤ 0.010%, Cr:1.25 ~1.55%, Nb:0 ~0.015%, B:0.0020%，其余为 Fe 和不可避免的杂质，其中 Cr/Mn 为 2.1 ~2.6，Si+Cr+Mn 为 2.1 %~2.4%。
[0037](I)按照上述化学成分重量百分比，用180吨转炉进行冶炼，连铸成220mm的连铸坯；
[0038](2)在加热工序中，连铸坯加热温度为1170~1210°C，加热方式以10~20°C /min的速度加热至800°C后保温15min，继续加热，以≤5°C /min的速度升温至1170~1210°C保温60~90min，将均热后的板坯，在5m宽厚板轧机上采用热轧工艺轧制成70mm厚的宽厚板；
[0039](3)在热轧工序中，热轧温度为980~1120°C，道次变形率？ 15% ;轧后直接采用MULPIC水冷却系统进行在线淬火，分两段式冷却，前1/4段采用低压水进行预冷，冷速为
<15°C /s，后3/4段采用高压水进行快速冷却，冷速> 25°C /s，终冷温度≤180°C，之后置于冷床上缓冷至室温。
[0040](4)在回火工序中，回火温度选取为540~560°C，加热方式为以10~20°C /min的速度升温至目标温度后保温，保温时间为2~2.5min/mm+10~40min。
[0041]实施例3
[0042]该钢由以下组分组成(wt%):C:0.39%, S1:0.30%、Mn:0.58%、P ≤ 0.020%,S ≤ 0.010%, Cr:1.25 ~1.55%, Nb:0 ~0.015%, B:0.0020%，其余为 Fe 和不可避免的杂质，其中 Cr/Mn 为 2.1 ~2.6，Si+Cr+Mn 为 2.1 %~2.4%。
[0043](I)按照权利要求1所述的化学成分重量百分比，用180吨转炉进行冶炼，连铸成320mm厚的连铸坯；
[0044](2)在加热工序中，连铸坯加热温度为1170~1210°C，加热方式以10~20°C /min的速度加热至800°C后保温30min，继续加热，以≤10°C /min的速度升温至1170~1210°C保温60~90min，将均热后的板坯，在5m宽厚板轧机上采用热轧工艺轧制成105mm厚的宽
厚板；
[0045](3)在热轧工序中，热轧温度为980~1120°C，道次变形率？ 15% ;轧后直接采用MULPIC水冷却系统进行在线淬火，分两段式冷却，前1/4段采用低压水进行预冷，冷速为
<15°C /s，后3/4段采用高压水进行快速冷却，冷速> 25°C /s，终冷温度≤180°C，之后置于冷床上缓冷至室温。
[0046](5)在回火工序中，回火温度选取为500~530°C，加热方式为以10~20°C /min的速度升温至目标温度后保温，保温时间为2~2.5min/mm+10~40min。
[0047]表1本发明实施例1-3涉及的塑料模具钢硬度表
[0048]
【权利要求】
1.一种低成本无Mo塑料模具钢钢板，其特征在于，所述钢板以重量百分比计的化学成分组成如下:c:0.36 ~0.42%, Si:0.26 ~0.34%, Mn:0.55 ~0.59%, P ≤ 0.020%,.S ≤ 0.010%,Cr:1.25 ~1.55%,Nb:0 ~0.015%,B:0.0017 ~0.0023%，其余为 Fe 和不可避免的杂质,其中Cr/Mn为2.1~2.6，Si+Cr+Mn为2.1 %~2.4%。
2.根据权利要求1所述的一种低成本无Mo塑料模具钢钢板，其特征在于所制得钢板:当厚度≤40mm时，组织为马氏体；当厚度为41~80mm时，组织为马氏体+贝氏体；当厚度为81~140mm时，组织为马氏体+贝氏体+少量珠光体，整个厚度方向上硬度为28~.34HRC。
3.根据权利要求1所述一种低成本无Mo塑料模具钢钢板的生产工艺，其特征在于所述的制备方法包括以下步骤: (1)用转炉进行冶炼，连铸成220mm或320mm(厚)X1800~2700mm(宽)X2600~.4800mm (长)的连铸坯，连铸坯单重≤ 30吨； (2)在加热工序中，连铸坯加热温度为1170~1210°C，加热方式以10~20°C/min的速度加热至800°C后保温15min，继续加热，以≤5°C /min的速度升温至1170~1210°C保温 60 ~90min ； (3)在热轧工序中，将均热后的板坯，在5m宽厚板轧机上采用普通热轧工艺轧制成.15~140mm(厚)X2000~4800mm(宽)X6000~20000mm(长)的钢板，其中≤70mm厚的成品板由220mm厚的连铸坯轧制，71~140mm厚的成品板由320mm厚的连铸坯轧制而成； (4)在热轧工序中，热轧温度为980~1120°C，道次变形率？15% ;轧后直接采用MULPIC水冷却系统进行在线淬火，分两段式冷却，前1/4段采用低压水进行预冷，冷速为< 15°C /s，后3/4段采用高压水进行快速冷却，冷速> 25°C /s，终冷温度≤180°C，之后置于冷床上缓冷至室温； (5)在回火工序中，当板厚≤40mm时，回火温度选取为570~590°C;当板厚为41~.80mm时，回火温度选取为540~560°C ;当板厚为81~140mm时，回火温度选取为500~.5300C ;加热方式为以10~20°C /min的速度升温至目标温度后保温，保温时间为2~.2.5min/mm+1O ~40mino
【文档编号】C21D8/02GK103981447SQ201410231378
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】镇凡, 张宽, 杨浩, 曲锦波 申请人:江苏省沙钢钢铁研究院有限公司