一种预硬型塑料模具钢板芯部残余奥氏体分解方法与流程

本发明涉及塑料模具钢板制造技术领域，特别涉及一种预硬型塑料模具钢板芯部残余奥氏体分解方法。

背景技术：

塑料制品在工业及日常生活中的应用越来越广泛，塑料模具工业对模具钢的需求也越来越大。在塑料成型加工中，模具质量对制品质量起着决定性作用。目前塑料模具已向精密化、大型化和多腔化的方向发展，对塑料模具钢的性能要求也越来越高，为避免模具加工后进行热处理而导致变形、开裂、脱碳等缺陷发生，预硬型塑料模具钢脱颖而出，成为众多塑料模具钢中市场份额最大的种类。预硬型塑料模具钢含碳量一般在0.30％～0.50％范围内，添加有cr、mo、mn、ni、v等合金元素，通常厚度60mm以上需求量最多。预硬型模具钢板一般采用钢坯热轧、空冷，再由钢厂进行调质、正火+回火或单一回火等预硬化处理后出厂。用户最关注的问题是钢板锯切加工性能。由于预硬型塑料模具钢碳含量较高，同时含有较多的cr、mn、ni等奥氏体强稳定性元素，尤其是钢板芯部成分偏析区的c、cr、mn、ni含量相对更高，该区域的过冷奥氏体稳定性也相对更强，使得轧后钢板芯部偏析区不可避免地出现大量的马氏体和残余奥氏体的混合组织(见图1、图2)，这部分混合组织因存在一定体积百分数的马氏体而硬度升高，从而导致锯切困难。而锯切又打破了这种混合组织的平衡，使部分残余奥氏体发生马氏体转变，体积膨胀导致锯切面外突(见图3中锯切面芯部呈鼔凸形态)。为了解决这一问题，现有技术一般采用深冷处理来降低钢中残余奥氏体量，即钢以5℃/min的冷速降至-160℃～-196℃深冷处理8～10小时；或采用正火+多次回火来实现。这对钢厂提出了更多的生产设备(深冷处理系列设备)要求，不仅增加了投资和制造成本，而且生产流程更长，无疑降低了产品的市场竞争力。因此，探索一种新的方法，在不增加能源消耗和设备投资的前提下，能有效降低钢中残余奥氏体量，以改善预硬型模具钢板锯切加工性能，一直是材料工作者致力的方向。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种不增加能源消耗、设备投资和制造成本就能有效分解钢板芯部残余奥氏体的经济型方法。

通过以下技术方案可实现本发明的目的：一种预硬型塑料模具钢板芯部残余奥氏体分解方法，钢板采用高温再结晶控轧工艺轧制，开轧温度≥1060℃，终轧温度≥960℃，道次压下率大于16％，控制钢板在冷床上的冷速1～3℃/s；当钢板冷却至ms+20℃～50℃范围时，吊入缓冷箱内堆冷48小时以上；钢板出箱后进行530℃～630℃高温回火；其特征在于：钢板回火出炉空冷，当钢板表面温度降至250℃～280℃范围时，放置在缓冷箱中堆冷12小时以上，随后空冷至室温，其组织为下贝氏体和少量细小弥散状残余奥氏体组织。

本发明工艺流程为：铁水→转炉→精炼→连铸→热送加热→轧制→进箱堆冷→探伤→回火→进箱堆冷→精整入库。

本发明技术方案的总体思路是：1)采用高温再结晶控轧工艺轧制，钢坯变形抗力小，形变渗透性好，不仅使钢板内部更致密，钢板部偏析区也更窄；2)通过控制钢板在冷床上以1～3℃/s冷速冷却，确保热轧钢板中过冷奥氏体在冷却过程中不发生高温相变(珠光体相变)，全部进入低温相变区；3)当钢板轧后冷却至ms+20℃～50℃范围时，吊入缓冷箱内堆冷的主要作用是确保钢板长时间位于下贝氏体相变温度区内(ms+20℃～50℃)，一方面使钢中过冷奥氏体尽可能的发生贝氏体相变；另一方面，能有效降低钢中的残余应力，防止钢板开裂，提高探伤合格率。4)钢板高温回火的目的是调节钢板的硬度，对钢板进行预硬化处理，以满足用户对钢板硬度要求。5)当钢板高温回火出炉后表面温度降至250℃～280℃范围时，放置缓冷箱中堆冷12小时以上，其核心作用是钢板在这一特定温度区间堆冷，一方面，钢板芯部混合组织中的马氏体得以分解，从而大大降低了混合组织中的残余奥氏体稳定性，失稳的残余奥氏体在ms点以下发生马氏体相变；另一方面，新生成的马氏体也得以分解。如此使得钢板芯部大量残余奥氏体消失，剩余的只是少量细小弥散的残余奥氏体，从而有效解决了钢板锯切面鼔凸及锯切困难问题。

本发明的优点在于：采用高温再结晶控轧、轧后分级控冷、高温回火使钢板获得以贝氏体为主的基体组织和较均匀的硬度。当钢板高温回火出炉后表面温度降至250℃～280℃范围时，放置在缓冷箱中堆冷，钢板芯部偏析处残余奥氏体由原来大量条块状残余奥氏体有效分解或消失，剩下少量细小弥散状残余奥氏体，满足了其加工性和模具尺寸精度要求。因此，相比现有技术，不需要增加能源消耗、设备投资和制造成本，就能切实有效解决锯切面鼔凸，锯切困难问题，从而提高了产品质量，改善了其加工性能。

附图说明

图1为90mm厚，牌号为p20的预硬型塑料模具钢板高温回火后芯部条状残余奥氏体形态金相组织(放大200倍，比较例)。

图2为110mm厚，牌号为2311的预硬型塑料模具钢板高温回火后芯部块状残余奥氏体形态金相组织(放大200倍，比较例)。

图3为图1预硬型塑料模具钢板实物锯切面芯部(钢板中层b)条块状残余奥氏体大量存在致使芯部呈鼔凸形态(比较例)。

图4为图3预硬型塑料模具钢板实物锯切面芯部(钢板中层b)金相组织(放大500倍，比较例)。

图5为150mm厚，牌号2311预硬型塑料模具钢板板厚1/4处金相组织(放大500倍，本发明例)。

图6为150mm厚，牌号2311预硬型塑料模具钢板芯部金相组织(放大200倍，本发明例)。

图7为120mm厚，牌号738h预硬型塑料模具钢板芯部金相组织(放大200倍，本发明例)。

图8为120mm厚，牌号738h预硬型塑料模具钢板实物锯切面芯部平整状态(本发明例)。

图中：1-贝氏体；2-残余奥氏体；3-马氏体；a-钢板上层；b-钢板中层；c-钢板下层。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。一种预硬型塑料模具钢板芯部残余奥氏体分解方法，钢板采用高温再结晶控轧工艺轧制，开轧温度≥1060℃，终轧温度≥960℃，道次压下率大于16％，控制钢板在冷床上的冷速1～3℃/s；当钢板冷却至ms+20℃～50℃范围时，吊入缓冷箱内堆冷48小时以上；钢板出箱后进行530℃～630℃高温回火；其特征在于：钢板回火出炉空冷，当钢板表面温度降至250℃～280℃范围时，放置在缓冷箱中堆冷12小时以上，随后空冷至室温，其组织为下贝氏体1和少量细小弥散状残余奥氏体2组织。

本发明工艺流程为：铁水→转炉→精炼→连铸→热送加热→轧制→进箱堆冷→探伤→回火→进箱堆冷→精整入库。

发明人对按背景技术所述常规工艺生产的预硬型塑料模具钢板(见图1、图2)出现锯切困难和锯切面芯部膨胀(见图3)现象进行微观和宏观形态分析，如图1、图2所示，通过金相组织微观分析可知，钢板芯部存在大量条块状残余奥氏体2(见图中白亮色部分)和针状马氏体3的混合组织。通过端面宏观形态分析，可以看出，图3显示了钢板上层a区域和钢板下层c区域锯切面平整，芯部即钢板中层b区域呈鼔凸状态。通过对全厚度试样进行硬度检测分析发现：钢板上层a区域和钢板下层c区域的硬度大体一致：30-33hrc，属用户要求的硬度范围，而钢板中层b区域的硬度为35-38hrc，大大高出了用户的硬度要求，从图1、图2可以解释这一现象，钢板芯部存在一定体积百分数的马氏体3而硬度升高，从而导致钢板芯部锯切困难。图4是从图2所述钢板的锯切面芯部(钢板中层b区域)获取的金相组织。从图4的金相组织结合图2的金相组织，可以看出，在钢板锯切过程中，打破了内部组织的平衡，大量条块状残余奥氏体2分解或消失，体量在减少，使这部分残余奥氏体2发生转变，相变为马氏体3或贝氏体1，而残余奥氏体2的比容最小，马氏体3比容最大，锯切面体积膨胀不可避免，最终导致锯切面外凸。

实施例1：本实施例生产德国的2311牌号预硬型塑料模具钢板，是由以下重量百分比的组分组成：c：0.40％，si：0.33％，mn：1.45％，cr：1.91％，mo：0.18％，alt：0.023％，p：0.016％，s：0.006％，其余量为铁fe和不可避免的杂质。钢板厚度为150mm。

钢板采用高温再结晶控轧工艺轧制，开轧温度1060℃，终轧温度960℃，道次压下率大于18％，控制钢板在冷床上的板间距1.2米，以便快速散热，同时调整鼓风机的鼓风量，控制钢板在冷床上的冷速2～3℃/s；根据ms与成分关系的经验计算公式ms＝539-423c-30.4mn-20si-12.1cr-17.7ni-7.5mo，经过计算得出该成分ms温度为295℃，确定该钢板下冷床表层温度ms+50℃，即345℃时，吊入缓冷箱内缓冷50小时；钢板出箱后进行610℃高温回火；钢板回火出炉空冷，当钢板表面温度降至260℃时，放置在缓冷箱中堆冷12小时，随后空冷至室温，其组织为下贝氏体1和少量细小弥散状残余奥氏体2组织。在板宽1/2处取样进行板厚1/2处、1/4处金相分析。1/4处金相分析结果见图5，图5显示：钢板板厚1/4处金相组织中无残余奥氏体2，全部为下贝氏体1。1/2处金相分析结果见图6，图6显示：钢板芯部板厚1/2处金相组织为下贝氏体1和少量细小弥散状残余奥氏体2组织。从图5、图6可以看出，通过控制钢板在冷床上以1～3℃/s冷速冷却，确保钢板在冷却过程中不发生高温相变(珠光体相变)，全部进入低温相变区，并且钢板轧后冷却至ms+20℃～50℃范围时，吊入缓冷箱内堆冷的作用获得了下贝氏体1，产品获得更好的使用性能，而关键工序是钢板采用高温回火后，放置在缓冷箱中堆冷，原钢板中芯部大量条块状残余奥氏体2有效的分解或消失，残余奥氏体2(见图中点状白亮色部分)变为细小弥散状，此时钢板芯部细小弥散状的残余奥氏体2对锯切不产生影响，从而解决了锯切困难、锯切面鼔凸问题。

实施例2：本实施例生产738h牌号预硬型塑料模具钢板，是由以下重量百分比的组分组成：c：0.41％，si：0.31％，mn：1.51％，cr：1.85％，mo：0.21％，ni：0.95％，alt：0.028％，p：0.016％，s：0.005％，其余量为铁fe和不可避免的杂质。钢板厚度为120mm。

钢板采用高温再结晶控轧工艺轧制，开轧温度1070℃，终轧温度975℃，道次压下率大于16％，控制钢板在冷床上的板间距1.5米，以便快速散热，同时调整鼓风机的鼓风量，控制钢板在冷床上的冷速1.5～2.5℃/s；根据ms与成分关系的经验计算公式ms＝539-423c-30.4mn-20si-12.1cr-17.7ni-7.5mo，得出该成分ms温度为273℃，确定该钢板下冷床表层温度ms+35℃，即308℃时，进缓冷箱内缓冷49小时；钢板出箱后进行530℃高温回火；钢板回火出炉空冷，当钢板表面温度降至280℃时，放置在缓冷箱中堆冷13小时，随后空冷至室温，其组织为下贝氏体1和少量细小弥散状残余奥氏体2组织。在板宽1/2处取样进行板厚1/2处金相分析。钢板芯部组织照片见图7，钢板锯切效果见图8。

图7显示：钢板芯部板厚1/2处金相组织也为下贝氏体1和少量细小弥散状残余奥氏体2组织。图8显示：锯切面芯部平整，无鼔凸现象，说明钢板芯部细小弥散状的残余奥氏体2对锯切不产生影响，从而解决了钢板锯切困难、锯切面鼔凸问题。

从图5～图8可以看出，采用本发明技术方案可以获得稳定的下贝氏体1，特别是钢板采用高温回火后，放置在缓冷箱中堆冷，原钢板中芯部大量条块状残余奥氏体2得以有效分解或消失，变为细小弥散状残余奥氏体2，从而提高了产品质量，改善了加工性能，解决了其锯切困难、锯切面鼔凸问题。