一种含钒塑料模具钢板及其制造方法与流程

本发明涉及一种塑料模具钢板及其制造方法，尤其是涉及含钒非调质塑料模具钢板及其制造方法。

背景技术：

随着世界模具制造重心从发达国家向以中国为代表的发展中国家转移，我国塑料模具制造业成长迅速。同时工业大型设备和自动化的迅速发展，必然推动塑料模具钢向高纯净度、高等向性、高均匀性、易切削方向发展。其次，钢铁行业面临严峻的市场竞争压力，都在摸索利用低成本生产高质量合金模具钢的新工艺。

我国模具钢板成分体系以cr-mo系和cr-mo-ni系为主，模具钢生产企业在这方面已有较多的研究，如中国专利cn102286698a、cn102312168a等。近几年也有部分企业在美国p20钢成分的基础上进行优化，开发了以mn-cr为主，添加ti、nb、b等微合金元素的塑料模具钢，如中国专利cn103981451a、cn103981447a、cn103757544a等。在采用mn-cr-v成分体系生产塑料模具钢方面研究较少。我国目前已发现的钒铁储量是钼铁的五倍以上，且品位较高，与钼铁矿相比开采难度较小。同时钒元素在钢中以碳氮化物形式存在，对模具钢回火硬度稳定性具有很大作用。因此，利用丰富的钒铁资源开发出含钒塑料模具钢有重要意义。中国专利文献cn105063512a公布了一种含钒塑料模具钢及其制造方法，所述模具钢化学成分按重量百分比为c：0.30-0.50%；si：0.30-0.60%；mn：1.40-1.80%；p≤0.030%；s≤0.015%；cr：1.00-2.00%；v：0.10-0.20；cu≤0.25；cu+ni≤0.55；al：0.02-0.05%；ti：0.01-0.03%；b：0.001-0.0025%，其余为不可避免的杂质和fe。从其成分可以看出钢中含有较高的mn、cr、v元素，同时还添加了cu、ni等贵重元素，合金成本较高；在冶炼过程采用al脱氧，容易形成b类夹杂物，影响模具钢内部质量和可加工性能；轧制过程采用控轧控冷工艺，工艺复杂。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种含钒非调质塑料模具钢及其制造方法。采用mn-cr-v成分设计，无需添加mo、ni、nb、cu、ni等贵重合金，合金成本低；且生产工艺流程简单，具有回火工艺窗口宽，周期短，效率高的特点；所得模具钢板具有较高的硬度稳定性，能够用于制造塑料模具。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

所述钢板化学成分按重量百分比为c：0.28～0.40%、si：0.20～0.50%、mn：1.20～1.60%、p≤0.030%、s≤0.025%、cr：0.80～1.20%、v：0.05～0.15%、ti：≤0.030%、b：≤0.0025%，余量为fe及不可避免的夹杂，其中mn+cr+v为2.4～2.7%，cr/v为9-11，ti/b≥8。

以下对本发明一种非调质含钒塑料模具钢板中所含组分的作用及其添加比例作简要分析说明：

c：c能明显的提高钢板的硬度，但c含量过高会导致钢板韧性下降。本发明c含量0.28～0.40%，在满足钢板硬度要求的同时保证较好的韧性。

si：si元素固溶于奥氏体中能够抑制珠光体的形成，促进贝氏体/马氏体相变，从而提高钢板硬度，但si含量过高会严重影响钢板表面质量。本发明si含量控制在0.20～0.50%。

mn、cr、v：mn元素具有增加奥氏体稳定性的作用，cr元素作为弱碳化物形成元素可以增加钢的淬透性，v作为强碳氮化物形成元素，可与c、n形成纳米级析出物，产生沉淀析出强化的作用，当mn+cr+v为2.4～2.7%，cr/v为9-11时，可使钢板在较宽的回火温度范围内硬度保持在一定水平。本发明mn控制在1.2～1.6%，cr控制在0.8～1.2%，v控制在0.5～0.15%。

ti、b：b能明显增加钢板的淬透性，钢中含有极少量的自由b即可显著增加钢的淬透性，但b作为一种相对活泼的化学元素可与o、n形成化合物，从而失去了增加淬透性的作用。ti作为一种活泼的金属元素，其与o、n的结合力要比b强，当钢中添加有一定量的ti时，o、n、s等杂质元素优先与ti化合，从而使钢中有更多的自由b存在，使b的淬透性得到更充分的发挥。本发明ti控制在≤0.030%，b控制≤0.0025%，ti/b≥8。

p、s：p、s为钢种的有害元素，其含量越低对钢板性能越好，但追求过低的磷硫含量会增加脱磷脱硫的成本。本发明p控制≤0.030%，s控制≤0.025%。

上述含钒非调质塑料模具钢板的制造方法，包括以下步骤：

（1）冶炼：120吨转炉冶炼，钢包炉lf精炼，真空脱气炉rh精炼，钢包出rh炉后钙处理，从钢包底部向钢水进行软吹ar气，吹ar气时间≥10分钟；所得钢水的化学成分（按重量）百分比为c：0.28～0.40%、si：0.20～0.50%、mn：1.20～1.60%、p≤0.030%、s≤0.025%、cr：0.80～1.20%、v：0.05～0.15%、ti：≤0.030%、b：≤0.0025%，余量为fe及不可避免的夹杂，其中mn+cr+v为2.4～2.7%，cr/v为9-11，ti/b≥8；

（2）浇注：钢包到中间包采用长水口保护出钢，中间包到结晶器采用浸入式水口保护浇注，中间包钢水过热度控制在≤30℃；连铸过程总轻压下量≥5mm，二冷电磁搅拌全程投入，制得270mm厚度的连铸坯；

（3）轧制：采用热送温装工艺，入炉温度250～500℃，冷坯预热后装炉，铸坯加热时间按10～13min/cm控制，钢板加热温度1150～1250℃，开轧温度≥1030℃，轧制压缩比≥3，前四道次轧制压下量≥29.0mm，第五道次压下量≥15mm，最后3个道次的轧制温度900～960℃，终轧温度880～930℃，轧后空冷，钢板轧制厚度15～80mm；

（4）回火：回火加热温度530～630℃，保温时间3.0min/mm+30min，出炉后空冷，保证所有规格钢板硬度在280～330hbw。

本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、采用mn-cr-v成分设计，充分利用v元素作用，不添加mo、ni、nb、cu、ni等贵重合金元素，制得的15～80mm厚度钢板在530～630℃温度范围内硬度达到280～330hbw，与现有技术相比，合金成本低；

2、采用热轧+回火工艺生产，无需控制轧制、控制冷却和调质处理，生产工艺流程简单，周期短，效率高；且回火工艺窗口宽，产品硬度稳定。

附图说明

图1为实施案例1对应的钢板硬度随回火温度变化曲线；

图2为实施案例2对应的钢板硬度随回火温度变化曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明，但不限于此。

实施例1

该钢化学成分按重量百分比为c：0.38%、si：0.41%、mn：1.45%、p：0.013%、s：0.005%、cr：0.80～1.20%、v：0.05～0.15%、ti：≤0.03%、b：0.0017%，余量为fe及不可避免的夹杂，其中mn+cr+v为2.4～2.7%，cr/v为9-11，ti/b≥8。

（1）冶炼：按上述化学成分冶炼。120吨转炉冶炼，钢包炉lf精炼，真空脱气炉rh精炼，钢包出rh炉后钙处理，从钢包底部向钢水进行软吹ar气，吹ar气时间≥10分钟；

（2）浇注：钢包到中间包采用长水口保护出钢，中间包到结晶器采用浸入式水口保护浇注，中间包钢水过热度控制在≤30℃；连铸过程总轻压下量≥5mm，二冷电磁搅拌全程投入，制得270mm厚度连铸坯；

（3）轧制：采用热送温装工艺，入炉温度250～500℃，冷坯预热后装炉，铸坯加热整体时间按铸坯厚度计时率10～13min/cm控制，钢板加热温度1150～1250℃，开轧温度≥1030℃，轧制压缩比≥3，前四道次轧制压下量≥29.0mm，第五道次压下量≥15mm，最后3个道次的轧制温度900～960℃，终轧温度880～930℃，轧后空冷，钢板轧制厚度15mm；

（4）回火：回火加热温度530~630℃，保温时间75min，出炉后空冷。钢板硬度随回火温度的变化曲线如附图1所示，典型回火温度下钢板全板面硬度检测结果见表1。

实施例2

该钢化学成分按重量百分比为c：0.38%、si：0.40%、mn：1.55%、p：0.013%、s：0.005%、cr：0.80～1.20%、v：0.05～0.15%、ti：≤0.03%、b：0.0017%，余量为fe及不可避免的夹杂，其中mn+cr+v为2.4～2.7%，cr/v为9～11，ti/b≥8。

（1）冶炼：按上述化学成分冶炼。120吨转炉冶炼，钢包炉lf精炼，真空脱气炉rh精炼，钢包出rh炉后钙处理，从钢包底部向钢水进行软吹ar气，吹ar气时间≥10分钟；

（2）浇注：钢包到中间包采用长水口保护出钢，中间包到结晶器采用浸入式水口保护浇注，中间包钢水过热度控制在≤30℃；连铸过程总轻压下量≥5mm，二冷电磁搅拌全程投入，制得270mm厚度连铸坯；

（3）轧制：采用热送温装工艺，入炉温度250～500℃，冷坯预热后装炉，铸坯加热整体时间按铸坯厚度计时率10～13min/cm控制，钢板加热温度1150～1250℃，开轧温度≥1030℃，轧制压缩比≥3，前四道次轧制压下量≥29.0mm，第五道次压下量≥15mm，最后3个道次的轧制温度900～960℃，终轧温度880～930℃，轧后空冷，钢板轧制厚度80mm；

（4）回火：回火加热温度530~630℃，保温时间270min，出炉后空冷。钢板硬度随回火温度的变化曲线如附图2所示，典型回火温度下钢板全板面硬度检测结果见表1。

表1实施例所得塑料模具钢的全板面硬度检测结果。