一种高氮耐蚀塑料模具钢的热处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及模具钢热处理领域，具体涉及一种高氮耐蚀塑料模具钢的热处理方法。
【背景技术】
[0002]模具作为一种高附加值的技术密集型产品，其技术水平已经成为衡量一个国家制造业水平的重要评价指标。模具钢是模具行业最重要的技术和物质基础。我国汽车、化工、电子等装备制造工业的快速发展，极大地推动了模具工业的繁荣，促进了模具钢产业的飞速发展。同时，对t旲具钢的尚纯净度、尚抛光性能、超细晶组织、尚均质化、尚耐蚀性等也提出了更高的要求。目前国外通过加压电渣重熔工艺生产的高氮耐蚀镜面塑料模具钢具有更高的纯净度，组织更均匀、更细小，同时具有最佳的抛光性能，极佳的耐腐蚀性能，良好的韧性、加工性能和尺寸稳定性，主要满足高端耐蚀镜面塑料模具市场需求。
[0003]塑料模具钢为马氏体不锈钢，可以通过热处理工艺(淬火、回火)对其性能进行调整。马氏体不锈钢有明显的相变点，可以通过淬火强化，而且高氮耐蚀塑料模具钢中铬含量较高，淬透性较好。回火过程中可以在较大的范围内调整其硬度、强度和耐蚀性。此类钢中氮的加入扩大了奥氏体相区的温度范围，有效地抑制了铁素体的形成;在保证间隙固溶强化的同时，可使碳化物细化，并伴有氮化物等的弥散析出，不仅显著提高了马氏体不锈钢的强度、硬度，而且不降低韧性。然而目前国内对于高氮耐蚀塑料模具钢品种的热处理研究较少。该类钢中碳、铬含量较高，常存在共晶碳化物，并存在碳化物分布不均匀、偏析严重等问题。此外，若耐蚀塑料模具钢的淬火温度过低，碳化物不能充分溶解，不仅使基体中的铬含量下降，影响耐腐蚀性能，并使钢的硬度降低。而若淬火温度过高，除了致使晶粒粗化外，还会产生大量的铁素体而使其韧性降低。因此，探索出一种高氮耐蚀塑料模具钢的热处理工艺，使其晶粒细小、组织均匀、硬度和耐磨性高、韧性好耐蚀性强，显得尤为重要。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术的高氮耐蚀塑料模具钢中碳、铬含量较高，常存在共晶碳化物，并存在碳化物分布不均匀、带状偏析严重且无法获得优异的综合力学性能与耐蚀性等技术问题，提供了一种有效提升高氮耐蚀塑料模具钢各项性能的热处理方法。通过所述热处理方法能够获得极优的淬火与回火组织，其硬度和耐磨性高、韧性好且耐蚀性强，为我国高端镜面耐蚀塑料模具钢的开发提供技术指导，提高该类产品的市场竞争力，缩小我国此类钢种与国际先进水平的差距。
[0005]根据本发明的示例性实施例，提供了一种高氮耐蚀塑料模具钢，其中，所述高氮耐蚀塑料模具钢的化学元素成分按重量百分比计包括:0.50%?0.55%的C，0.30%?0.50%的Si，0.40 % ?0.50 % 的Mn，16.50 % ?17.50 % 的Cr，0.90 % ?I.10 % 的Mo，0.08 % ?
0.12%的V，0.20%?0.25%的N，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0006]根据本发明的示例性实施例，所述高氮耐蚀塑料模具钢的热处理方法具体包括如下步骤:
[0007](I)高温扩散退火
[0008]将高氮耐蚀塑料模具钢钢锭表面喷涂不锈钢防氧化涂料并自然干燥后，于350°C以下装炉，以60°C/h?80°C/h的速度升温至900°C?950°C并保温3?5h，以均匀钢锭内外温差，减少热应力，从而形成奥氏体+碳化物的组织；随后以100°C/h?120°C/h的速度加热到1240°C?1280°C并保温5h?1h，以使共晶碳化物及带状组织消失。
[0009]这里所述的高氮耐蚀塑料模具钢钢锭表面喷涂的不锈钢防氧化涂料，其成分按重量百分比计包括:65%?70%的Si02，3%?5%的2抑2，1%?5%的8203，2%?7%的]\%0，
2% ?4% 的 CaO，4% ?9% 的Na20,10% ?20% 的 Al2O3。
[0010]⑵锻造
[0011 ] 将通过步骤(I)得到的钢锭在炉中以40°C/h?60°C/h的冷却速度冷却至1130°C?1150°C，然后保温2?5小时；然后，采用“两墩两拔”方式进行锻造，锻造比控制在3?5，即，第一次沿钢锭纵向下压，使截面积变为原截面积的3?5倍，之后沿钢锭横向下压，使截面积变为原来的1/5?1/3，接着再沿纵向下压，使截面积变为原截面积的3?5倍，最后再沿钢锭横向下压，使其截面积变为原截面积的1/5?1/3，终锻温度控制在950°C?980°C;由于此温度范围为奥氏体区域，该钢种具有良好的高温延展性和变形性，从而可以避免在变形过程中发生变形开裂。锻造完成后先进行喷水冷却，冷却速度为200°C/s?300°C/s，冷却至400°C?500°C，之后空冷，得到锻件。
[0012](3)球化退火
[0013]将通过步骤(2)得到的锻件于300°C以下装炉，以60°C/h?80°C/h的速度升温至880°C?900°C，保温4h?6h，之后以20°C/h?40°C/h的速度降温到710°C?730°C，保温2h?6h;最后，以20°C/h?40°C/h的速度降温至550°C?600°C，然后出炉空冷至室温，获得钢样。
[0014]依据上述球化退火工艺方法，形成了如图1所示的高氮耐蚀塑料模具钢球化退火控制图。
[0015](4)淬火
[0016]将通过步骤(3)球化退火的钢样于室温移至淬火炉内并以60°C/h?80°C/h的速度升温至850°C?900°C，保温3h?5h以完成奥氏体化;随后，继续以60°C/h?80°C/h的速度升温至1030°C?1050°C，保温30min?40min后，在淬火油中冷到室温。
[0017](5)回火
[0018]将通过步骤(4)得到的淬火钢样经清洗后立即装入回火炉中，将温度升高到400°C?450°C进行两次回火，每次回火保温T时间，之后空冷，每次保温时间至少为2h;第一次回火后，立即将回火钢样重新放入回火炉中，温度与时间与第一次回火相同，第二次回火后得到产品，其组织为隐针马氏体+粒状碳化物硬度为55HRC?60HRC;
[0019]其中，保温时间按照下述公式进行计算:
[0020]T = L/20，
[0021 ]其中，T为保温时间，单位为h; L为试样厚度，单位为mm。
[0022]根据以上本发明的详细描述，根据本发明的高氮耐蚀塑料模具钢的热处理方法，具有以下有益效果:
[0023](I)根据本发明的示例性实施例的高氮耐蚀塑料模具钢的热处理方法，可消除由高的碳、铬含量引起的带状偏析以及共晶碳化物，且球化退火后的硬度值为240HB?260HB;
[0024](2)根据本发明的示例性实施例的高氮耐蚀塑料模具钢的热处理方法，可获得极优的淬火及回火组织，大大提高该类钢种的综合性能，将硬度值控制在55HRC?60HRC，冲击功范围为40J?45J，在25°C下3.5wt%NaCl水溶液中点蚀电位为280mV?310mVSCE;
[0025](3)根据本发明的示例性实施例的高氮耐蚀塑料模具钢的热处理方法，对设备要求较低、操作性强、成本低、合格率高，可满足高端耐蚀镜面塑料模具市场的需求。
【附图说明】
[0026]图1为根据本发明的示例性实施例的高氮耐蚀塑料模具钢的球化退火控制图；
[0027]图2为根据本发明的示例性实施例的高氮耐蚀塑料模具钢的1030°C淬火组织图；
[0028]图3为根据本发明的示例性实施例的高氮耐蚀塑料模具钢的1030°C淬火400°C回火组织图；
[0029]图4为根据本发明的示例性实施例的高氮耐蚀塑料模具钢的1050°C淬火组织图；
[0030]图5为根据本发明的示例性实施例的高氮耐蚀塑料模具钢的1050°C淬火450°C回火组织图。
【具体实施方式】
[0031]本发明的示例性实施例提供了一种高氮耐蚀塑料模具钢的热处理方法，在所述方法中首先进行高温扩散退火，以消除显微偏析及共晶碳化物；随后重新加热锻造得到极小的晶粒;经过淬火，可使高氮耐蚀镜面塑料模具钢获得晶粒细小的马氏体组织，残余奥氏体含量较低，且碳化物均匀的弥散分布在马氏体基体上;再经过回火，钢中的残余奥氏体发生转变，析出特殊的碳氮化物导致晶格畸变，产生二次硬化。经过所述热处理方法得到的钢种的硬度和耐磨性高、韧性好、耐蚀性强，能够提高高氮耐蚀塑料模具钢的产品质量，并且能够延长模具的使用寿命，从而可以基本满足市场对高端耐