一种低成本耐蚀模具扁钢及其生产方法与流程

本发明涉及塑料模具扁钢制造领域，尤其涉及一种低成本耐蚀模具扁钢及其生产方法，尤其是一种吨重为3.2t～7t扁锭生产厚度规格为50～130mm，宽度规格为450～1100mm厚规格模具扁钢的生产方法。

背景技术：

1、模具是工业发展的基础，是工业化实现产品批量生产和新产品研发所不可缺少的成型工具。没有高水平的模具，就不会有高水平的工业产品。日本称模具是“促进社会繁荣的动力”；德国称模具是“工业发展的基石”。世界各国的制造业为了降低产品成本、提高产品质量和生产效率、改善材料利用率、节约能源，据统计，有超过80％的工业产品需要模具成型。一般成型(形)的方式包括注射、锻造、冲压、挤压、3d打印等等，其中注射成型与化工及塑料行业的发展息息相关。由于塑料具有优异的加工性能和品种多样化的特点，目前已成为社会上广泛使用的四大材料(木材、水泥、钢铁、塑料)中发展最快的材料。

2、本发明的低成本耐蚀塑料模具钢属于中碳高铬型耐蚀塑料模具钢，适宜制造承受高负荷、高耐磨及腐蚀介质作用下的塑料模具、透明塑料制品模具等，具有硬度均匀、抛光性能良好的特性，其相对应德国材料牌号为din1.2083。经过特定热处理工艺后，该低成本耐蚀塑料模具材料的洛氏硬度值最高可达52～56hrc，在一定的抛光工艺下，模具表面可达高镜面效果，并对氯氟等气体有很好的抗腐蚀能力，机械加工性能好，因此，深受广大模具钢用户青睐，将成为用量较大的高等级耐蚀塑料模具钢之一。

3、模具扁钢开发和生产的主要经济指标为成材率和探伤合格率，关键生产工艺环节在于扁锭锭型的设计和浇注工艺的设计，一方面尽量增加锭重，降低浇注和轧制生产成本，提高成材率，减少切头尾的损失；另一方面，必须满足厚规格扁钢的探伤要求，充分焊合凝固时所形成的不同三维尺寸的疏松和孔洞缺陷，另外破碎粗大晶粒以及液析碳化物，使组织细密，碳化物尺寸均匀。

技术实现思路

1、根据上述提出的技术问题，而提供专用的低成本成分和浇注工艺，专门用于生产厚度为50～130mm、宽度规格为450～1100mm厚规格模具扁钢，解决该规格范围模具钢成材率和探伤合格率低以及生产成本高的难题。本发明采用的技术手段如下：

2、一种低成本耐蚀模具扁钢，其化学成分按质量百分数计为：c：0.35～0.65％、si：0.45～0.80％、mn：0.30～0.60％、cr：9.0～15.0％、ni：0.05～0.10％、mo：0.08～0.35％、v：0.06～0.12％、cu：0.50～1.50％、n：0.10～0.50％，其余为fe和其他杂质元素。

3、进一步地，所述其他杂质元素按质量百分数计包括：al≤0.01％、p≤0.015％、s≤0.005％、o≤0.002％、h≤0.0002％。

4、本发明还公开一种生产所述通过适当提高si含量、实现高n富铜的低成本塑料模具扁钢锭的工艺方法，所述的工艺方法包括钢水冶炼、模具扁钢锭几个步骤，其中，

5、在钢水冶炼时，通过向合金钢水中添加富氮的低成本锰基材料来获得氮含量不低于0.08％的高氮中低锰钢水，

6、扁锭钢液的浇注温度控制在1540℃～1550℃之间。

7、进一步地，所述的合金钢水为包含有上述组分的微碳洁净钢坯或者微碳微合金钢坯边角料在电炉中添加锰基材料vn合金化熔炼获得的钢水。

8、上述方案的优选方式是，所述的低成本锰基材料为包含有下述重量份组分的富氮添加料，按质量百分数计包括：mn：40～50％、c：8～15％、mno：3～8％、n：20～40％，其余为铁。

9、进一步地，在电炉中进行vn合金化熔炼高氮中低锰钢水时是按下述步骤进行，

10、步骤1、按上述化学成分选择废钢坯或者微碳微合金钢坯边角料，置于电炉中进行熔炼，熔炼温度为1640～1665℃、炉内气压为1个标准大气压，获得钢液；然后将钢液倒入lf炉中，吹氩气，在5～10min后，加入造渣剂，所述造渣剂至少含有石灰、萤石、石灰砂和三氧化二铝；

11、步骤2、钢液造渣脱硫完成后，先后加入配好的增碳剂、富氮的低成本锰基材料和上述成分所需合金，插入电极棒升温熔炼；

12、步骤3、15～30min后，取样并根据检验结果微调合金成分及氮含量、硅含量、铜含量成分，并将钢液温度调整在1545～1560℃之间完成高氮中锰钢水的冶炼。

13、进一步地，步骤4、选用浇铸凝固停留时间为2.5～3.5h后的钢锭直接进行高温红送到加热炉加热，加热温度在1180～1230℃范围，均热时间2～5h，之后采用直接进入轧机进行以轧代锻轧制。

14、本发明还设计了与上述锭型相匹配的浇注工艺，要求吊包温度高于所浇模具钢液相线40～70℃，浇钢温度要求过热度为30～60℃，锭身浇注时间为380～750s、冒口浇注时间为260～550s。浇注完成，冷却120～380min后脱模。

15、轧制后，产品经两次回火处理：回火时间2～6h，回火温度300～650℃。

16、本发明具有以下优点：

17、高硅高氮富铜的低成本塑料模具扁钢的高温回火硬度高于原对比din1.2083或4cr13钢，本发明低成本钢在650℃的硬度仍可达到37hrc左右，钢中添加的硅、氮可提高低成本塑料模具扁钢的回火抗性；由于钢中添加大量的硅元素推迟了马氏体的分解，但由于氮、铜的纳米析出强化作用，尤其在530℃以后的高温回火时冲击值仍略高于原对比din1.2083或4cr13钢，本发明低成本钢拉伸强度和屈服强度也均高于原对比din 1.2083或4cr13钢。cu是一种不依赖碳、氮元素，可在钢中形成纳米富cu相，时效过程中cu粒子在基体上析出提高了钢的硬度和强度。氮也是一种析出强化元素，同时能减少其他合金元素添加，大幅降低成本，同时还提高了钢的耐蚀性能。但含氮钢很难在冶炼过程全部通过吸n2达到所需成分控制要求，且同一工艺也很不稳定。本发明还通过向合金钢水中添加富氮的锰基材料来获得氮含量不低于0.08％的高氮中锰钢水，在后续过程获得最终所需氮含量要求。

技术特征：

1.一种低成本耐蚀模具扁钢，其特征在于，其化学成分按质量百分数计为：c：0.35～0.65％、si：0.45～0.80％、mn：0.30～0.60％、cr：9.0～15.0％、ni：0.05～0.10％、mo：0.08～0.35％、v：0.06～0.12％、cu：0.50～1.50％、n：0.10～0.50％，其余为fe和其他杂质元素。

2.根据权利要求1所述的低成本耐蚀模具扁钢，其特征在于，其化学成分按质量百分数计为：c：0.38～0.42％、si：0.50～0.60％、mn：0.50～0.68％、cr：9.5～12％、ni：0.08～0.10％、mo：0.10～0.15％、v：0.08～0.12％、cu：1.00～1.40％、n：0.32～0.44％。

3.根据权利要求1所述的低成本耐蚀模具扁钢，其特征在于，所述其他杂质元素按质量百分数计包括：al≤0.01％、p≤0.015％、s≤0.005％、o≤0.002％、h≤0.0002％。

4.一种权利要求1～3任一项所述的低成本耐蚀模具扁钢的生产方法，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述的合金钢水为包含有上述组分的微碳洁净钢坯或者微碳微合金钢坯边角料在电炉中添加锰基材料vn合金化熔炼获得的钢水。

6.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述的低成本锰基材料为包含有下述重量份组分的富氮添加料，按质量百分数计包括：mn：40～50％、c：8～15％、mno：3～8％、n：20～40％，其余为铁。

7.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，在电炉中进行vn合金化熔炼高氮中低锰钢水时是按下述步骤进行，

8.根据权利要求7所述的生产方法，其特征在于，步骤4、选用浇铸凝固停留时间为2.5～3.5h后的钢锭直接进行高温红送到加热炉加热，加热温度在1180～1230℃范围，均热时间2～5h，之后采用直接进入轧机进行以轧代锻轧制。

9.根据权利要求8所述的生产方法，其特征在于，浇注工艺，要求吊包温度高于所浇模具钢液相线40～70℃，浇钢温度要求过热度为30～60℃，锭身浇注时间为380～750s、冒口浇注时间为260～550s，浇注完成，冷却120～380min后脱模。

10.根据权利要求9所述的生产方法，其特征在于，轧制后，产品经两次回火处理：回火时间2～6h，回火温度300～650℃。

技术总结
本发明提供一种低成本耐蚀模具扁钢及其生产方法。本发明化学成分按质量百分数计为：C：0.35～0.65％、Si：0.45～0.80％、Mn：0.30～0.60％、Cr：9.0～15.0％、Ni：0.05～0.10％、Mo：0.08～0.35％、V：0.06～0.12％、Cu：0.50～1.50％、N：0.10～0.50％，其余为Fe和其他杂质元素。本发明具有高的高温回火硬度，通过对氮含量的调控，减少其他合金元素添加，大幅降低成本，同时还提高了钢的耐蚀性能。通过向合金钢水中添加富氮的锰基材料来获得氮含量不低于0.08％的高氮中锰钢水，在后续过程获得最终所需氮含量要求。

技术研发人员：罗许,胡浩然,刘序江,肖强
受保护的技术使用者：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13