本发明涉及一种塑料模具厚扁钢，尤其是涉及一种截面硬度均匀的塑料模具厚扁钢，属于冶金生产工艺技术领域。
背景技术：
随着我国塑料工业的迅速发展，需求也越来越大，对塑料模具提出了越来越高的要求，这促进了塑料模具的不断发展。模具材料是制造生产模具的基础。目前塑料模具正朝着高效率、高精度、高寿命方向发展。尽管如此，我国的模具技术及模具寿命仍落后于一些工业发达国家，模具用材和热处理塑料模具结构复杂，对塑料模具型腔尺寸精度和表面粗糙度要求很高，对塑料模具型腔材料的要求比较苛刻。因此正确选用模具材料及其热处理方法，对于提高模具质量，延长模具使用寿命是非常重要的。
随着塑料制品的日趋大型化，塑料模具钢厚度规格要求也越来越大，然而厚度规格的扩大，对钢板整板的性能控制难度增加很多。硬度分布均匀性是塑料模具钢厚板的重要性能指标之一，硬度均匀性差会导致钢板切削加工中的抖动，降低切割面的质量，造成应力各向异性或者局部应力过度集中等缺陷，硬度均匀性差会增大切削加工过程中锯条的磨损程度，增加生产本，加工过程中甚至会发生锯条崩断的现象，危害到加工人员的人身安全。
如何通过成分控制和工艺控制获截面硬度均匀的塑料模具用钢板，便成为了本领域技术人员急需解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是：提供一种加工性能好，制成模具的性能显著改善的截面硬度均匀的塑料模具厚扁钢。本发明还提供一种生产所述塑料模具厚扁钢的工艺方法。
为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种截面硬度均匀的塑料模具厚扁钢，所述的塑料模具厚扁钢为包含有下述重量份组分的模铸热锻扁钢，
c0.25～0.45％、si0.30～0.70％、mn0.50～1.0％、cr1.30～2.0％、mo0.20～0.50％、n0.05～0.10％、ti≤0.03％、b≤0.002％、al≤0.02％、p≤0.015％、s≤0.005％、其余为fe和其他杂质元素。
一种生产所述塑料模具厚扁钢的工艺方法，所述的工艺方法包括钢水优化冶炼、开合式模铸机浇注、热锻堆冷处理和热处理几个步骤，
其中，在钢水优化冶炼时，通过加入微量的ti细化晶粒、加入微量b延缓浇注过程中奥氏体-珠光体转变的孕育期，
开合式模铸机浇注时，采用低温底注上补缩浇注工艺浇注，使钢液不承受任何收缩阻力，保证模铸坯宽面无裂纹。
进一步的是，所述的开合式模铸机为开合式水冷模铸机，其模铸钢坯的适应范围为厚度500～550mm，宽度2.2～2.6m，长度4.0～6.0m。
上述方案的优选方式是，在浇注钢坯的过程中，采用循环水冷却结晶器使钢液快速凝固，钢锭浇铸完成20分钟后，采用喷水雾继续冷却直至500℃以下，
其中喷水雾继续冷却时的喷雾压力为6.0～6.5mpa。
进一步的是，热锻堆冷处理时，是按下述步骤进行的，
先在1240℃±10℃范围加热钢锭，使合金元素充分固溶；然后采用高温大压下量的三镦三拔工艺进行锻造，锻造温度控制在1050～1200℃之间，终锻温度控制在850～870℃；锻造后风冷至250℃以下时采用锻后堆冷，堆冷时间在24～38h获得到成品厚扁锭，
其中，高温大压下量的三镦三拔工艺中，每个道次的压下量不低于25％，拔长压下量不低于30％。
上述方案的优选方式是，锻前的固溶加热采用热送温装，入炉温度大于250℃。
进一步的是，
锻后热处理包括以下述步骤，
a、加热：加热温度850～900℃，加热时间8～15h，
b、淬火：出炉空冷2～3min，喷雾冷却2～4min，然后喷水冷至表面温度700℃，再风冷2～3min，然后继续喷水冷至400℃，再风冷3～5min，然后继续喷水冷至200℃，出热处理槽空冷，
c、回火：520～580℃回火，回火时间8～14h，横断面硬度为43～48hrc。
本发明的有益效果是：本申请通过通供一种包括有以下重量份组分的模铸热锻扁钢，即c0.25～0.45％、si0.30～0.70％、mn0.50～1.0％、cr1.30～2.0％、mo0.20～0.50％、n0.05～0.10％、ti≤0.03％、b≤0.002％、al≤0.02％、p≤0.015％、s≤0.005％、其余为fe和其他杂质元素的模铸热锻扁钢，并采用钢水优化冶炼、开合式模铸机浇注、热锻堆冷处理和热处理几个步骤完成该模铸热锻扁钢的生产，尤其是在钢水优化冶炼时，通过加入微量的ti细化晶粒、加入微量b延缓浇注过程中奥氏体-珠光体转变的孕育期，在开合式模铸机浇注时，采用低温底注上补缩浇注工艺浇注，使钢液不承受任何收缩阻力，保证模铸坯宽面无裂纹。从而使采用本申请提供的上述工艺方法生产的上述组分的模铸热锻扁钢的截面硬度尽可能的均匀，进而提高所述塑料模具厚扁钢的加工性能，以及制成模具后显著改善模具的性能。
具体实施方式
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供的一种加工性能好，制成模具的性能显著改善的截面硬度均匀的塑料模具厚扁钢，以及生产所述塑料模具厚扁钢的工艺方法。所述的塑料模具厚扁钢为包含有下述重量份组分的模铸热锻扁钢，c0.25～0.45％、si0.30～0.70％、mn0.50～1.0％、cr1.30～2.0％、mo0.20～0.50％、n0.05～0.10％、ti≤0.03％、b≤0.002％、al≤0.02％、p≤0.015％、s≤0.005％、其余为fe和其他杂质元素。所述的工艺方法包括钢水优化冶炼、开合式模铸机浇注、热锻堆冷处理和热处理几个步骤，其中，在钢水优化冶炼时，通过加入微量的ti细化晶粒、加入微量b延缓浇注过程中奥氏体-珠光体转变的孕育期，开合式模铸机浇注时，采用低温底注上补缩浇注工艺浇注，使钢液不承受任何收缩阻力，保证模铸坯宽面无裂纹。本申请通过通供一种包括有以下重量份组分的模铸热锻扁钢，即c0.25～0.45％、si0.30～0.70％、mn0.50～1.0％、cr1.30～2.0％、mo0.20～0.50％、n0.05～0.10％、ti≤0.03％、b≤0.002％、al≤0.02％、p≤0.015％、s≤0.005％、其余为fe和其他杂质元素的模铸热锻扁钢，并采用钢水优化冶炼、开合式模铸机浇注、热锻堆冷处理和热处理几个步骤完成该模铸热锻扁钢的生产，尤其是在钢水优化冶炼时，通过加入微量的ti细化晶粒、加入微量b延缓浇注过程中奥氏体-珠光体转变的孕育期，在开合式模铸机浇注时，采用低温底注上补缩浇注工艺浇注，使钢液不承受任何收缩阻力，保证模铸坯宽面无裂纹。从而使采用本申请提供的上述工艺方法生产的上述组分的模铸热锻扁钢的截面硬度尽可能的均匀，进而提高所述塑料模具厚扁钢的加工性能，以及制成模具后显著改善模具的性能。
上述实施方式中，为了保证模铸坯料的铸坯质量，为后序的锻造和热处理提供优质的坯料，所述的开合式模铸机为开合式水冷模铸机，其模铸钢坯的适应范围为厚度500～550mm，宽度2.2～2.6m，长度4.0～6.0m。在浇注钢坯的过程中，采用循环水冷却结晶器使钢液快速凝固，钢锭浇铸完成20分钟后，采用喷水雾继续冷却直至500℃以下，其中喷水雾继续冷却时的喷雾压力为6.0～6.5mpa。
由于锻造和热处理直接决定着成品塑料模具扁钢的质量，为此，本申请热锻堆冷处理时，是按下述步骤进行的，先在1240℃±10℃范围加热钢锭，使合金元素充分固溶；然后采用高温大压下量的三镦三拔工艺进行锻造，锻造温度控制在1050～1200℃之间，终锻温度控制在850～870℃；锻造后风冷至250℃以下时采用锻后堆冷，堆冷时间在24～38h获得到成品厚扁锭，其中，高温大压下量的三镦三拔工艺中，每个道次的压下量不低于25％，拔长压下量不低于30％。并且在锻前的固溶加热采用热送温装，入炉温度大于250℃。相应的，锻后热处理包括以下述步骤，
a、加热：加热温度850～900℃，加热时间8～15h，
b、淬火：出炉空冷2～3min，喷雾冷却2～4min，然后喷水冷至表面温度700℃，再风冷2～3min，然后继续喷水冷至400℃，再风冷3～5min，然后继续喷水冷至200℃，出热处理槽空冷，
c、回火：520～580℃回火，回火时间8～14h，横断面硬度为43～48hrc。
综上所述，采用本申提供的上述工艺方法来加工上述组分的塑料模具厚扁钢，克服了现有塑料模具钢厚板生产存在的问题，该生产工艺利用水雾冷模铸厚钢坯，通过控制轧制，利用轧后余热、控制冷却实现在线预硬化，然后球化退回火，接着等温淬火-回火，达到该类钢进行预硬化处理目的。由于含有较多的cr，mo合金元素使其具有良好的淬透性，在钢板轧制结束进入冷床空冷阶段，表面风冷即进入淬火阶段。通过降低升温速度、提高均温温度以及延长均温时间有助于合金元素在奥氏体中成分扩散，改善坯料芯部偏析。采用二次正火工艺可有效的改善钢板偏析，均匀组织，提高硬度均匀性。
本的工艺方法不仅可以减少能源消耗，减少污染；并能提高组织和硬度的均匀性和热处理工艺的稳定性。
具体实施例
一种截面硬度均匀的塑料模具钢厚板生产工艺，其特征在于该生产工艺对传统塑料模具钢的成分进行优化调整，采用开合式水雾冷却模铸机浇注、合理的加热制度及锻造工艺、并通过加工后中温回火处理得到塑料模具钢厚板，具体步骤如下：
1)在传统模具钢p20的成分基础上进行了优化调整后的新型塑料模具钢，在满足硬度的前提下，适当降低碳量，同时加入微量ti细化晶粒，加入微量b提高淬透性，使截面硬度更加均匀；塑料模具钢的化学成分重量百分比为：c0.25～0.45％、si0.30～0.70％、mn0.50～1.0％、cr1.30～2.0％、mo0.20～0.50％、n0.05～0.10％、ti≤0.03、b≤0.002％、al≤0.02％、p≤0.015％、s≤0.005％、其余为fe和其他杂质元素。
2)采用开合式模铸机浇注，采用低温浇注，底注上补缩的浇注工艺，循环水冷结晶器使钢液快速凝固，钢锭浇铸20分钟后，采用喷水雾继续冷却直至500℃以下，其中钢液不承受任何收缩阻力，保证模铸坯宽面无裂纹；其中所述喷雾冷中喷雾压力为5～8mpa；优选为6.2mpa。
3)确定加热炉内加热制度，钢锭的加热温度不超过1260℃，使合金元素充分固溶；钢锭采用热送温装，入炉温度大于250℃。锻造温度为1050-1200℃，锻造阶段采用高温大压下量，锻造过程采用三镦三拔工艺，道次压下量大于25％，终锻温度≥850℃；锻造后风冷，温度250℃以下时采取锻后堆冷，堆冷时间在20～48h左右，得到成品厚扁锭；
4)对钢板进行热处理：(a)加热温度850～900℃，加热时间8～15h，(b)淬火：出炉空冷2～3min，喷雾冷2～4min，然后喷水冷至表面温度700℃，再风冷2～3min，然后继续喷水冷至400℃，再风冷3～5min，然后继续喷水冷至200℃，出热处理槽空冷；(c)回火：520～580℃回火，回火时间8～14h，横断面硬度为43～48hrc。
本发明步骤2)中，低温浇注可防止柱状晶粗大；在循环下水冷加水雾冷却，凝固成坯，在表面形成较细的一层等轴晶，表面质量好；角部设有用来分散应力的圆弧，得到的模铸坯无角裂；模铸坯中心等轴晶率≥30％，可视缩孔为零。步骤3)中，采用合适的加热制度，控制终锻温度和下线温度，采用在线风冷的方法实现在线预硬化处理；并通过循环热处理消除应力，降低厚钢锭断面硬度差。
本发明在传统模具钢p20的成分基础上进行了适当调整，碳对钢的强韧性、硬度、耐磨性有决定性影响，碳量增多，硬度、强度和耐磨性增高，但韧性下降。在满足硬度的前提下，适当降低碳量，同时加入微量ti细化晶粒，加入微量b提高淬透性，使截面硬度更加均匀。冶炼化学成分c、cr、mo、mn必须控制在很窄的范围。
本发明通过控制锻造变形，利用锻后余热、控制冷却实现在线直接正火，然后中温回火，达到该类钢进行预硬化处理目的。
本发明在采用开合式水冷加水雾模铸机浇注时，钢液静态结晶，无拉矫，出现角裂和内裂的机会少。底注工艺，夹杂物易上浮。角部设有用来分散应力的圆弧，圆弧为r25mm，得到的模铸坯无角裂；循环水冷加水雾结晶器使钢液结晶速度快，无2次和3次枝状晶；铸坯品种规格调整更换容易，适用范围广；可进行高温脱模，条件允许，钢坯可实现热送，温装；铸坯内部质量与连铸坯相近，由于无震痕，角裂和表面氧化，表面质量明显优于连铸坯。
本发明中120～360mm厚的钢锭经锻造和热处理后，硬度值有一定差异，但一般随钢板厚度的增加，硬度有下降趋势。同一厚度钢板的边部硬度最高，芯部硬度最低，且随钢板厚度的减小，硬度差减小。通过锻造变形加热处理的手段，实现塑料模具钢组织和硬度的均匀性和热处理回火工艺的稳定性。
生产的钢锭规格可达120～360mm厚，其组织为回火马氏体和少量贝氏体组织，在此状态具有良好的强韧性和足够的硬度，硬度在43-48hrc之间。通过控轧控冷替代离线正火，可节约能源，为企业创造巨大的经济效益和社会效益。
实施例一
一种截面硬度均匀的塑料模具钢厚扁锭生产工艺，该生产工艺采用合适的化学成分设计、开合式水冷模铸机浇注、通过合理的加热制度及控轧控冷工艺、控轧控冷后直接回火处理得到截面硬度均匀塑料模具钢厚板，具体步骤如下：
1)在满足硬度的前提下，适当降低碳量，同时加入微量ti细化晶粒，加入微量b延缓奥氏体-珠光体转变的孕育期，提高淬透性，使截面硬度更加均匀。冶炼化学成分c、cr、mo、mn必须控制在很窄的范围。预硬化塑料模具钢p20化学成分重量百分比：c：0.30～0.35％、si：0.40～0.50％、mn：0.65～0.80％、cr：1.40～1.60％、mo：0.30～0.45％、n0.07～0.10％、ti：0.015～0.03、b≤0.002％、al：0.018％左右、p≤0.010％、s≤0.003％、其余为fe和其他杂质元素。
2)采用开合式模铸机浇注，采用低温浇注，底注上补缩的浇注工艺，循环水冷结晶器使钢液快速凝固，钢锭浇铸20分钟后，采用喷水雾继续冷却直至500℃以下，其中钢液不承受任何收缩阻力，保证模铸坯宽面无裂纹；其中所述喷雾冷中喷雾压力优选为6.2mpa。使用的开合式水冷模铸机适合浇注厚度520mm，宽度2.5m，长度4.0m范围的钢坯。
3)确定加热炉内加热制度，该范围钢锭的加热温度1240℃±10℃，使合金元素充分固溶；钢锭采用热送温装，入炉温度大于250℃。锻造温度为1080-1150℃，锻造阶段采用高温大压下量，锻造过程采用三镦三拔工艺，道次压下量27％，拔长压下量30％，终锻温度850～870℃；锻造后风冷，温度250℃以下时采取锻后堆冷，堆冷时间在24～38h左右，得到成品厚扁锭，实施实例规格320mm*1300mm*2800mm；
4)对钢板进行热处理：(a)加热温度870℃左右，加热时间10h，(b)淬火：出炉空冷3min，喷雾冷3min，然后喷水冷至表面温度700℃，再风冷2min，然后继续喷水冷至400℃，再风冷4min，然后继续喷水冷至200℃，出热处理槽空冷；(c)回火：550℃回火，回火时间12h，横断面硬度为44～45.5hrc。
钢板回火工艺：回火温度550-580℃左右，保温时间2.5min/mm。经热处理得到性能合格的塑料模具钢厚扁锭。同一块截面的不同部位，经同一循环淬火、回火温度处理后，其硬度值差比回火前明显减小，同一块钢板的芯部与边部硬度值基本相同，同截面硬度相差2hrc。随着回火温度的升高，硬度降低。
研究表明，预硬化塑料模具钢厚板经控轧控冷和回火处理后，截面硬度均匀，平均洛氏硬度为43-45hrc，同截面硬度相差2hrc，常温冲击功达到50j。超声波检测通过gb/t2970-2004标准i级，夹杂物级别较低，100mm厚钢板晶粒度为8.5级，综合性能好。