一种低成本耐腐蚀印刷模具板用扁钢及其制造方法与流程

本发明涉及铁基合金，具体涉及一种模具用钢及其制造方法。

背景技术：

1、印刷模具板用扁钢是指专门用于制造印刷模具板的矩形断面钢，要求有高的疲劳强度及足够的塑性和韧度、耐磨性。由于暴露于外部空气环境，在潮湿具有一定腐蚀性介质(含cl离子)条件下其易发生腐蚀断裂，影响使用安全，尤其是东南沿海地区气温高、空气湿度大，腐蚀性更高，模具表面产生腐蚀坑后，使用过程中由于应力集中而产生疲劳裂纹，疲劳裂纹缓慢扩展直至断裂，使模具提前失效并产生一系列的质量安全隐患，目前行业也缺少对印刷模具板耐腐蚀性的规定或标准。

2、专利公开号cn103060698a公开了一种耐腐蚀模具钢的制备工艺，包括浇注模具钢坯料步骤，该模具钢成分重量百分比为：c：1.0-1.2％，cr：16-19％，co：1.3-1.8％，mn：0.2-0.6％，si：0.2-0.7％，mo：0.9-1.4％，v：0.05-0.2％，ti：0.05-0.4％，稀土re：0.05-0.4％和余量铁,所述钢种具有一定的硬度和韧性，其通过加入稀土la和ce，由于稀土具有强烈的化学活性，可以中和钢中的氧、硫，使之发生剧烈的反应，净化钢并变质，减轻甚至消除了微量杂质的危害，改善了冶金的质量和淬透性，其主要工艺流程为通过模铸锭进行电渣冶炼后轧制成扁钢，但其化学成分中贵重合金元素mo、co、v等加入偏多，大幅增加了成本，仅mo铁一项就增加合金成本至少3000元/吨以上，且钢水在精炼并真空处理结束后，由于要加入化学反应活泼的稀土合金re，在本已处理纯净的钢水中易带入杂质而重新浸染钢水，从而对产品质量造成不利影响，生产难度控制较大，这对于制造耐蚀印刷模具板并不合适。

3、印刷行业的印刷模具板一般使用低合金扁钢制造，在沿海等地由于长期空气潮湿且海风腐蚀性强，普通低合金钢模具板在空气中极易发生点状腐蚀，从而影响使用寿命，同时由于市场竞争激烈和加工成本的限制，企业又不愿使用价格高昂的高合金耐蚀不锈钢，目前市场缺少相应的低成本耐蚀低合金模具扁钢。

4、另外钢中的非金属夹杂物破坏了金属的连续性和均匀性，在使用条件下，夹杂物易于引起应力集中，成为疲劳裂纹源，降低疲劳寿命，特别是对于硬脆性夹杂物，如不变形的大颗粒点状或球状夹杂(ds类)，由于其不具有塑性，在加工和使用过程中难以变形，使疲劳裂纹萌生期缩短，影响了疲劳性能的提高。为提高最终产品的使用寿命，钢材的纯净度非常重要，必须尽可能降低钢中非金属夹杂物。

5、由于印刷模具板在使用过程对表面质量要求较高，除了不允许表面或皮下存在夹杂物破坏基体的连续性外，如果表面脱碳层过深，会降低表面硬度和耐磨性，从而降低使用寿命，导致产品达不到使用寿命要求，另外如果扁钢表面本身就存在折叠、划伤、压入的氧化铁皮等表面缺陷，同样会直接导致产品的早期失效。因此需要保证扁钢产品有较低的脱碳和良好的表面质量。

技术实现思路

1、本发明涉及一种低成本耐腐蚀印刷模具板用扁钢及其制造方法，本发明所述的模具板用扁钢，采用改进性55crmn弹簧扁钢制造，其较背景技术中引用的现有技术耐腐蚀钢种具有低合金成本、易生产的优势，且较目前普遍所用的常规低合金钢品种，在不明显降低钢种强度、硬度等前提下，具有优良的耐腐蚀性，按照本发明所述制造方法获得的扁钢产品具有表面脱碳层浅、表面质量好、耐大气腐蚀性好、生产成本低的特点，有利于提高沿海等空气潮湿地区的印刷模具板的使用寿命。

2、本发明的具体技术方案为：一种低成本耐腐蚀印刷模具板用扁钢，其化学成分重量百分比为c:0.50-0.60％，si:0.20-0.30％，mn:0.80-1.00％，p:0.015-0.030％，s:0.013-0.030％，cr:0.90-1.10％，ni:0.15-0.31％，cu:0.25-0.35％，al:0.015-0.040％，ca:0.0015-0.0035％，o≤0.0015％，余量为fe和不可避免的杂质。

3、上述方案中，通过化学成分中限值百分比计算legault-leckie理论耐大气腐蚀性指数i:

4、i＝26.01×(％cu)+3.88×(％ni)+1.20×(％cr)+1.49×(％si)+17.28×(％p)-7.29×(％cu)×(％ni)-9.10×(％ni)×(％p)-33.39×(％cu)2＝7.1，符合低合金钢通常不低于6的要求。

5、采用上述化学成分生产的扁钢，生产规格为厚度：6-20mm，宽度：50-120mm，按照jb/t 7901-2001金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法检测，相对于对比案例，从3小时-12小时的腐蚀速率都有较一定幅度的下降，下降幅度最小超过12％。

6、本发明的扁钢的所含组分的作用及用量选择依据如下：

7、碳：c是钢中最经济、最基本的强化元素，通过固溶强化和析出强化可明显提高钢的硬度以及耐磨性，但c过高会对钢的韧性及延性能带来不利影响，也不利于耐大气腐蚀。本发明c含量的范围确定为0.50～0.60％，本发明涉及钢材属于中碳钢范畴；

8、硅：钢中加入si，可以强化铁素体，提高强度、弹性极限和淬透性，一定含量的硅在高温下加热时，可在钢表面形成一层二氧化硅薄膜，阻止钢的氧化，从而提高耐蚀性能，但是si使钢中的过热敏感性、裂纹和脱碳倾向增大。本发明si含量的范围确定为0.20-0.30％。

9、锰：mn作为炼钢过程的脱氧元素，能提高钢的淬透性，利于钢在弱腐蚀环境中形成稳定的腐蚀层，降低腐蚀速率，提高钢的耐蚀性能，但过度的mn会导致腐蚀产物颗粒的长大，提高腐蚀率但mn会促进脱碳和晶粒粗化，并且回火脆性倾向明显。本发明mn含量的范围确定为0.80-1.00％。

10、铬：cr是碳化物形成元素，能够提高钢的淬透性，提高钢的耐腐蚀性和抗氧化性和钝化能力，当铬和铜同时加入时，效果更明显，本发明cr含量的范围确定为0.90-1.10％。

11、铜：相较于常规钢，加入cu可在钢基体上能形成防锈保护层，尤其是和铬一起加入时能显著提高耐大气腐蚀性能，但过高的cu含量不利于钢板的焊接性能，而且也易产生铜脆现象，恶化钢材的表面性能。本发明控制cu含量为0.25～0.35％。

12、镍：ni能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性，在腐蚀环境中还有助于提高合金抗腐蚀性能，同时加镍可改善含铜钢的铜脆裂纹质量缺陷，可使晶间产生cuni化合物，熔点较高，防止铜脆裂纹现象产生。但由于ni是较稀缺的贵重资源，同时为了降低成本，故本项目钢种将ni含量的范围确定为0.15-0.31％。

13、铝：al作为钢中脱氧元素加入，除为了降低钢水中的溶解氧之外，al与n形成弥散细小的氮化铝夹杂可以细化晶粒，但al含量大，钢水熔炼过程中易形成al2o3等脆性夹杂，降低钢水纯净度。本发明al含量的范围确定为0.015-0.040％。

14、钙：微量钙能显著提高钢的整体耐蚀性，在钢表面膜的电解液中形成溶解的cao及cas，增加腐蚀界面的碱度，从而降低其腐蚀性，但过高的钙易使钢的性能变差。本发明ca含量的范围确定为0.0015-0.0035％。

15、氧：大量试验表明，氧含量的降低对提高弹性元件的疲劳寿命显著有利。本发明o含量的范围确定为≤0.0015％。

16、磷：是提高钢耐大气腐蚀最有效的合金元素之一，当铜与磷共同加入时，能显示出更好的复合反应，但过高的磷会引起冶炼时钢水凝固时的偏析，且磷会增加冷脆性，本发明磷含量的范围确定为0.015-0.030％。

17、硫：通常情况下硫对耐蚀起不良作用，且易使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，但是当钢中加入铜时，在钢表面可形成cu2s钝化膜，阻止腐蚀的进行，但过高含量则易产生大量硫化物夹杂从而破坏基体的连续性，本发明s含量的范围确定为0.013-0.030％。

18、如上所述的低成本耐腐蚀印刷模具板用扁钢通过连铸连轧来制造是这样实现的：

19、按所述钢材的化学成分配制冶炼原料，依次经kr铁水预处理、转炉或电炉冶炼、lf精炼、rh或vd精炼和连铸，lf精炼时加强脱氧，真空脱气破空后先喂铝线再进行其他合金含量调整，全部合金调整完后再进行钢包软吹氩10分钟以上；经rh或vd真空处理之后钢水中的h含量≤0.00015％，生产出高纯净度钢水和断面面积≥5.76×104mm2的具有低中心偏析和疏松、无裂纹且纯净度高的连铸坯；

20、连铸完成后对连铸坯进行剥皮，去除连铸坯表面的氧化层和表面缺陷，同时通过抛丸去除剥皮后铸坯四周特别是角部的残留飞边；

21、将经过上述处理的连铸坯加热至1050～1150℃，保温≥3小时，且最长高温段保温时间应≤1.3min*坯料规格最小边长或厚度，使合金元素充分固溶的同时抑制轧材表面脱碳程度，保温完成后，高压水除鳞去除表面氧化层，然后进行控制轧制，设置开轧温度1000-1100℃，终轧温度900-930℃，直接轧至目标尺寸的扁钢，粗轧采用菱方孔型，中精轧平立轧机交替布置；轧制过程中粗轧采用大压下量，前两道粗轧压下量应≥50％，次两道的压下量应≥30％，轧制坯到材总压缩比应≥16，以保证轧材的致密度与综合力学性能；轧后控冷：在冷床保温罩下待温缓冷，轧材温度≤400℃后出罩切断。

22、优选地，所述连铸坯满足，中心偏析：等于或优于1.0级，中心疏松：等于或优于1.0级，无中心裂纹、角裂纹和三角区裂纹；夹杂物：a、b、d类粗、细系≤1.5，c类粗、细系≤0.5，ds类≤1.0；

23、连铸时钢水的目标过热度控制在20～35℃，且尽可能缩短铸坯在高温区的停留时间，连铸全程防氧化保护，采用m-ems和f-ems双联措施，有效地改善和降低连铸坯的成分偏析。

24、优选地，对连铸坯的剥皮深度≥2mm。

25、优选地，lf精炼过程中对钢水加强脱氧，保持脱氧良好的炉渣时间大于15分钟且有好的流动性；真空脱气的条件：真空压力在1.33mbar以下，保持时间15分钟以上。

26、优选地，粗轧过程中，前两道粗轧压下量为50-60％，次两道轧制的压下量为30-40％。

27、与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明针对耐腐蚀印刷模具板用扁钢的需求，使用微合金化设计的化学成分、高的钢水纯净度、优化的连铸工艺生产的高纯净度的连铸方坯直接作为坯料，采取控制轧制+控制冷却的方法制造出满足这一要求的扁钢。扁钢厚度为6-20mm，宽度为50-120mm，最终金相组织为铁素体+珠光体，硬度≤300hbw，表面脱碳层≤0.20mm，具有表面脱碳层浅、表面质量好、耐大气腐蚀性好，相对于高铬镍不锈钢具有成本低的特点。按照本发明所述方法制造的低合金扁钢，相较于同类低合金钢扁钢产品，实验室均匀腐蚀全浸试验其腐蚀速率下降幅度最小超过10％，能够满足沿海等空气潮湿且海风腐蚀性强地区使用，具有很好的应用前景。