一種用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼及其製造方法

2023-06-17 20:51:11

專利名稱：：一種用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼及其製造方法
技術領域：
：本發明涉及一種塑料模具模架鋼及其製造方法，具體地，本發明涉及這樣一種塑料模具模架鋼及其製造方法，所述塑料模具模架鋼屬於一種低合金非調質鋼，所述塑料模具模架鋼坯料籍由軋後空冷即可直接得到要求的硬度，可以不經淬火回火處理直接加工成模架。所述塑料模具模架鋼適合製造高檔塑料製品的模具架和塑料模具型腔。背聚技術塑料製品行業的快速發展已經使塑料模具成為一個相當重要的產業。模具由模架和模芯及相關配件組成，模架和配件由專業的廠家按常用的系列規格做好供選擇，模具工廠一般只做模芯加工和裝配。模具的各種不同主要是在模芯，針對不同形狀的產品，模具設計人員把模芯設計成各種形式，如點進料、直進料、潛進料、滑塊、抽芯、直頂出、推板頂出、二次頂出、熱流道、氣體輔助等，其目的是為了能按產品設計要求成型和方便完整地脫出模具，同時也要考慮到模芯在加工時的易加工性及模具使用的壽命。模具各部分用的鋼材各有不同，模架一般用中碳鋼45#或50#，配件用高碳鋼加熱處理，模芯的鋼材用成分較複雜的合金鋼，有預硬鋼和熱處理鋼及鏡面鋼等，其不同的國家用的牌號各不相同，如NAK80、718、SKD61(日本)P20、H13、(美國)2344、2738(德國)S136、8407(瑞士)等。現在通常說模具質量的好壞，主要區別在模芯的加工精密程度和模具的反覆使用壽命，這又很大程度上依靠精密的加工設備和合理的模具材料及結構上的設計。塑料模架是模具最重要的標準件。塑料模架以材質狀態分為調質模架和非調質模架。國內的塑料模架都以45鋼或40Cr鋼為模板材料。模架生產廠家在使用上出現兩種方式，一種對模架進行熱處理"調質"處理，以實現其硬度的提高及良好的金相組織，從而提高模具的耐用性和穩定性。另一種方式則考慮到熱處理工序需增加設備投資，增加生產成本等因素，因此不釆用調質處理，而是直接在模坯鋸切下料進行模架生產。這種方式生產的塑料模架硬度偏低，波動大，耐用性差，不能滿足高檔塑料模架的質畺要求。中碳45鋼以熱軋空冷狀態交貨，多數用戶對硬度沒有特別要求，一般不經調質處理就可直接使用，其硬度約在1S0200冊。但如欲提高其使用性能，則需進行調質處理。個別用戶經過調質後，使用硬度可達到2226HRC。中碳45鋼的特性是淬透性差，強度一般，耐磨性差，但價格便宜，切削加工性能好，通常，適用於製造中、小型的低檔次塑料模具及模架等部件。40Cr鋼是典型的調質鋼，是機械製造業中使用最廣泛的鋼種之一。根據用途，40Cr鋼往往需經調質處理。40Cr鋼經調質處理後，具有良好的綜合力學性能。其特性是鋼的淬透性良好，切削性能較好。40Cr鋼適於製作中型塑料模具，性能優於45鋼。45鋼和40Cr鋼的化學成分示於表1。表l(%):tableseeoriginaldocumentpage5目前高檔模架使用的材料主要是45或40Cr的調質鋼。如果由用戶對所述材料進行調質處理，則存在工序複雜、成本增加，環境汙染的問題。隨著高檔模架使用的材料對45或40Cr鋼的調質要求日益提高，用戶也日益希望生產廠家可提供直接使用的預硬模具鋼。為了滿足用戶的要求，為用戶提供可直接使用的、無須再度進行調質處理的預硬模具鋼，目前，有兩種方案。其一是，直接供應調質鋼。但是，鋼廠必須具有相關的系列熱處理設備。其二是，開發非調質的預硬模具鋼。申請號為"CN86101988"、發明名稱為"塑料模具鋼"的中國專利公開了一種製造精密塑料模具用鋼。所述製造精密塑料模具用鋼是一種高合金時效塑模鋼，其硬度高(HRC4348)。其成分為C《0.06%;Ni5.56.5%;Crl.301.60%;MoO.901.20;TiO.901.30%;A10.300.90%;VO.080.16%;Mn《0.50%;Si;《0.50。其HRC達4348。申請號為"CN86103713"、發明名稱為"易切削高韌性塑料模具鋼"的中國專剎公開這樣一種蔬鈣復會系塑料模具鋼，所逑磕鈣復旮系塑料模具鋼在預硬狀態下(HRC3045)，可順利進行各種切削加工，並具有較高韌性。籍由採用電弧爐冶煉，噴射冶金加鈣等工藝，所述硫鈣複合系塑料模具鋼適用做大、中、小形及腔形複雜的塑料模具。所述硫鈣複合系塑料模具鋼的基本成分如下-S0.040.20%,Ca0.0020.02%,C0.300.65%、NiO.302.00%及適量的Mn、Cr、Mo、V、Si、餘量為Fe。這是一種電爐工藝生產的易切削塑料模具鋼，其硬度服C達3045。申請號為"CN98111772.4"、發明名稱為"一種微合金化塑料模具鋼的製造方法"的中國專利申請公開了一種微合金化貝氏體型塑料模具鋼的製造方法。所述微合金化貝氏體型塑料模具鋼的化學成分(重量％)如下CO.200.30，SiO.100.60，Mnl.72.5，PO.0350.08，S0.010.04，MoO.200.50，V0.050.20，BO.00050.0050，CaO.00050.010，NO.00500.0080，Ti/N=34。這是一種非調質塑料模具鋼，但成分設計不同。又，申請號為"CN200410053281.3"、發明名稱為"一種貝氏體大截麵塑料模具鋼及其製造方法"的中國專利申請公開了一種貝氏體大截麵塑料模具鋼及其製造方法，所述貝氏體大截麵塑料模具鋼的化學成分如下(重量％):C0.050.19%，Si0.100.60%，Mn1.01.65%，V0.040.20%，Cr1.01.70%，Mo0.150.50%，P《0.02%，S《0.01%,Ni00.50%，N《0.01%，Ti0.0050.025%，Ca00.0050%，Al0.010.04%。所述貝氏體大截麵塑料模具鋼為粒狀貝氏體組織，其硬度水平達到冊C2833。這是一種非調質塑料模具鋼，但其硬度要求不同，成分設計不同。國外典型的合金塑料模具鋼都採用調質預硬化工藝處理，主要特點如下:tableseeoriginaldocumentpage6上述材料都是用於塑料模具的型腔，而對於高檔塑料模具模架的非調質鋼材料一直沒有新的品種。鑑於上述，本發明人經多次、反覆的研究、試驗後，發現通過獨特的成分設計，配置以相應的去應力退火工藝，經過預硬化，籍此，可保證模具鋼材料所要求的硬度，同時，又可以免去調質工藝，用戶可以直接鋸切使用，由此，可同時為供需雙方為高檔塑料模具模架的非調質鋼材料的獲得降低生產成本.，提高生產效率，由此，完成了本發明。
發明內容本發明的目的在於提供一種用於高檔塑料模具模架鋼的經過預硬化的低合金非調質鋼，上述低合金非調質鋼具有獨特的成分設計，既保證模具鋼材料要求的硬度，可保證模具鋼材料所要求的硬度，同時，又可以免去調質工藝，用戶可以直接鋸切使用，由此，可同時為供需雙方為高檔塑料模具模架的非調質鋼材料的獲得降低生產成本，提高生產效率。本發明的目的又在於提供一種用於高檔塑料模具模架鋼的經過預硬化的低合金非調質鋼的製造方法，上述低合金非調質鋼的製造方法通過獨特的成分設計，配置以相應的去應力退火工藝，經過預硬化，既保證模具鋼材料要求的硬度，可保證模具鋼材料所要求的硬度，同時，又可以免去調質工藝。由此，獲得一種經過預硬化後有較高硬度要求的高檔模架鋼，用戶可以直接鋸切使用。無需調質處理，用戶可以直接鋸切使用，不僅節省能源，減少環境汙染，而且提高了生產效率，降低生產成本，提高生產效率。本發明的用於高檔塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼新材料的化學成分如下-(質量百分比，％)C:0.30-0.40Si:0.20-0.70Mn:1.00-1.50P:《0.030S:《0.025Cr:1.00-1.50Mo:0.IO-O.30Ni:0.10-0.30Ti:0.010-0,030本發明的用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼的成品硬度24-29服C左右(預硬化)。本發明的用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼的製造方法包括下述工序-轉爐冶煉，經爐外精煉和真空脫氣處理，鋼水採用鎮靜鋼鋼錠澆注，按熱錠方式裝爐均熱，初軋機軋製成材，軋後採取去應力退火(非調質)工藝，消除鋼坯的內應力，鋼坯切割。本發明的用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼新材料的化學成分如下C:0.30-0.40Si:0.20-0.70Mn:1.00-1.50P:《0.030S:《0.025Cr:1.00-1.50Mo:0.10-0.30Ni:0.10-0.30Ti:0.010-0.030根據本發明的成分設計原理，要求軋後空冷組織是貝氏體，硬度要均勻穩定。因此，選用Cr-Mo鋼作為新材料的基材。Cr-Mo鋼是在含Cr量W的材料中，添加0.15-0.30%的Mo。含有Cr、Mo的合金鋼硬化能大，抗高溫軟化性能好，不易產生回火脆性，再添加其它少量合金強化元素，以達到材料要求的硬度和穩定性。合金鋼中常用的合金元素很多，按照其與碳結合的傾向大小，可分非碳化物形成元素和碳化物形成元素。非碳化物形成元素Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。這些元素與碳親合力很弱，在鋼中不和碳化合，而是溶入鐵素體內形成合金鐵素體，對基體起固溶強化作用。中強碳化物形成元素Mn、Cr、Mo、W等。一般能夠置換滲碳體中的鐵原子而形成合金滲碳體，如(Fe、Mn)3C、(Fe、Cr)3C、(Fe、W)3C等，合金滲碳體仍具有滲碳體的複雜六方晶格。滲碳體是一種穩定性最低的碳化物，因為Fe與C的親和力較弱。.合金滲碳體較滲碳體穩定性略為提高，硬度也較高，是一般低合金鋼中存在的主要碳化物。強碳化物形成元素Mo、W、Ti、Zr、Nb、V。這些合金元素含量較高("Me>5%)時，才傾向於形成合金碳化物，如Cr7C3、Cr23C5、Fe3W3等。它比合金滲碳體具有更高的熔點、硬度、耐磨性，且更穩定。基材的主要成分是O.35%C、0.60%Mn、0.25%Si、1.00%Cr、0.20%M。。按非調質工藝生產，材料實際硬度只有2024服C，達不到2429服C的要求。為了提高材料硬度，在CrMo鋼的基礎上進一步添加合金元素Mn、Ni、Cr、Ti，對材料起強化作用。Mn:錳對提髙低碳和中碳珠光體鋼的強度有顯著的作用，這裡添加較多的錳以增強鋼的強度和硬度，錳鐵也是一種較低廉的合金。當錳的含量超過1.5%時，會使鋼的韌性和焊接性能變壞。因此，Mn含量控制在1.01.5X之間。Si:矽對提高硬度的作用很大，但矽含量高，會引起材料的導熱性能變差，材料的韌性也急劇下降，對模具的使用壽命是不和的。一般Si含量控制在0.200.70%。Cr:鉻可提高鋼的強度和硬度。形成碳化物，增強鋼的硬化能和抗高溫軟化性能，提高耐磨性能。鉻的加入量主要考慮需達到的硬度，試驗表明Cr控制在1.001.50%較合適。Cr含量太低，硬度達不到，Cr含量太高，鋼坯易出現表面裂紋。Mo:鉬對鐵素體有固溶強化作用。提高鋼的熱強性，提高鋼的淬透性，提高鋼的強度和硬度，消除回火淬性。但考慮鉬鐵合金的成本太高，Mo含量一般控制在0.100.30%就可以起到效果。Ni:鎳是一種固溶強化元素，可提高鋼的強度而不顯著降低其韌性。這裡的M是特別添加的元素。能顯著改善鋼硬度的均勻性和穩定性，提高鋼的加工性和可焊性。少量的鎳就可以起到有效的作用，經過試驗，鎳的添加量只要0.100.30%就可以了。Ti:細化晶粒，與碳形成碳化物TiC，析出強化。鈦能改善鋼的熱強性，提高鋼的高溫強度；防止高溫冷卻時的脆化現象。加入Ti，起到細化鋼的組織晶粒度。一般不超過0.030%。由此，得到上述的新材料的化學成分。本發明的用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼的製造方法製造的低合金非調質鋼的設計硬度為2429冊C，適用鋼板厚度《200咖。根據本發明的用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼的製造方法，所述轉爐出鋼鋼包目標溫度為1580—1620。C。根據本發明的用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼的製造方法，所述轉爐吹煉中，停吹碳》0.04%,防止吹煉過氧化。根據本發明的用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼的製造方法，由LF爐外精煉，完成合金化、升溫、脫氧任務。根據本發明的用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼的製造方法，RH真空脫氣，朋處理時間》24分鐘，保證氫含量小於2ppm。根據本發明的用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼的製造方法，RH結束鋼包溫度1550±5°C。根據本發明的用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼的製造方法，鋼水採用鋼錠按下注方式進行澆注，澆鑄全程採用氬氣保護澆注。根據本發明的用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼的製造方法，鋼錠均熱模式為前期保溫60分鐘，然後以50。C/hr升溫至1000。C，保溫300分鐘，再以150°C/hr升溫至1290°C,均熱420分鐘。根據本發明的用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼的製造方法，板坯軋後空冷至室溫。根據本發明的用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼的製造方法，所述板坯去應力退火工藝為翻鵬咖駄餅起始鵬。c°C/h保溫鵬°C保溫時間h降^M。C/h出爐鵬。c厚度60200常溫150±2090±10450±1012爐冷350±20具體實施方式以下，以實施例，具體說明本發明。實施例1製造本發明的用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼的製造方法。包括下述工序轉爐冶煉，經爐外精煉和真空脫氣處理，鋼水採用鎮靜鋼鋼錠澆注，按熱錠方式裝爐均熱，初軋機軋製成材，軋後採取去應力退火(非調質)工藝，消除鋼坯的內應力，鋼坯切割。本發明的用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼化學成分設計如下表1所7K:表l(質量百分比，％)tableseeoriginaldocumentpage11轉爐冶煉工藝-轉爐出鋼鋼包目標溫度1580。C;停吹碳》0.04%，防止吹煉過氧化；擋渣出鋼，防止下渣回磷。LF爐外精煉完成合金化、升溫、脫氧任務。RH真空脫氣RH處理時間》24分鐘，保證氫含量小於2卯m;RH結束鋼包溫度1550±5°C。鋼水澆注採用鋼錠按下注方式進行澆注，澆鑄全程採用氬氣保護澆注；鋼錠澆注後，鎮靜時間120分鐘，400分鐘開始脫模時間，鋼錠脫模後熱送均熱爐。鋼錠均熱工藝-前期保溫60分鐘，然後以50°C/hr升溫至1000°C，保溫300分鐘，再以150°C/hr升溫至1290°C,均熱420分鐘。初軋機軋制-.板坯鋼錠均熱後經初軋機軋製成板坯，鋼錠切頭率不低於10%，切尾率不低於2%;板坯軋後空冷至室溫，禁止堆冷、緩冷。板坯去應力退火工藝見表2表2板坯去應力退火工藝tableseeoriginaldocumentpage12板坯退火後表面禁止火焰清理，採用鋸切方式切割。按照上述方法，製得作為本發明的用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼的11爐鋼，其各項指標見表3。表3tableseeoriginaldocumentpage12硬度的均勻性指標見表4。表4tableseeoriginaldocumentpage12由上述可見，本發明的用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼材料硬度均勻較好，平均值為27.2冊C,標準差1.7服C。根據本發明的用於塑料模具模架鋼的經過預硬化的低合金非調質鋼及其製造方法，所述低合金非調質鋼具有獨特的成分設計，既保證模具鋼材料要求的硬度，可保證模具鋼材料所要求的硬度，同時，又可以免去調質工藝，用戶可以直接鋸切使用，由此，可同時為供需雙方為高檔塑料模具模架的非調質銅材料的獲得降低生產成本，提高生產效率。權利要求1.一種用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼，其特徵在於，低合金非調質鋼的化學成分(質量％)如下C0.30-0.40Si0.20-0.70Mn1.00-1.50P≤0.030S≤0.025Cr1.00-1.50Mo0.10-0.30Ni0.10-0.30Ti0.010-0.030。2.如權利要求1所述的用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼，其特徵在於，所述低合金非調質鋼的成品預硬化硬度為24-29冊C。3.—種用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼的製造方法，所述低合金非調質鋼新材料的化學成分如下0.30-0.40Si:0.20-0.70Mn:1.00-1,50P:《0.030Sr《0.025Cr:1.00-1.50Mo:0,10-0.30Ni:0.10-0.30Ti:0.010—0.030，所述低合金非調質鋼的方法包括下述工序轉爐冶煉，經爐外精煉和真空脫氣處理，鋼水採用鎮靜鋼鋼錠澆注，按熱錠方式裝爐均熱，初軋機軋製成材，軋後採取去應力退火的非調質工藝，消除鋼坯的內應力，鋼坯切割。4.如權利要求3所述的用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼的製造方法，其特徵在於，所述低合金非調質鋼的設計硬度為2429HRC，適用鋼板厚度《200mm。5.如權利耍求3所迷的用子塑料模具模架鋼的低會壘非調質銅的制遑方法，其特徵在於，所述轉爐出鋼鋼包目標溫度為1580—1620°C,在所述轉爐吹煉中，停吹碳》0.04%，防止吹煉過氧化，在所述LF爐外精煉，完成合金化、升溫、脫氧任務，在所述RH真空脫氣中，RH處理時間^24分鐘，保證氫含量小於2ppm，所述RH結束鋼包溫度1550±5°C，所述鋼水採用鋼錠按下注方式進行澆注，澆鑄全程採用氬氣保護澆注。6.如權利要求3所述的用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼的製造方法，其特徵在於，所述鋼錠均熱模式為前期保溫60分鐘，然後以50。C/hr升溫至1000。C，保溫300分鐘，再以150。C/hr升溫至1290°C，均熱420分鐘。7.如權利要求3所述的用於塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼的製造方法，其特徵在於，所述板坯軋後空冷至室溫。8.如權利要求3所述的用於高檔塑料模具模架鋼的低合金非調質鋼的製造方法，其特徵在於，所述板坯去應力退火工藝為適用鋼板厚度60200mm,裝入條件常溫，起始溫度。C:150±20，保溫溫度。C:450±10，保溫時間h:12，降溫速度TVh:爐冷，出爐溫度°。350±20。全文摘要本發明提供一種用於塑料模具模架鋼的經過預硬化的低合金非調質鋼及其製備方法，上述低合金非調質鋼低合金非調質鋼的化學成分(質量％)為C0.30-0.40，Si0.20-0.70，Mn1.00-1.50，P≤0.030，S≤0.025，Cr1.00-1.50，Mo0.10-0.30，Ni0.10-0.30，Ti0.010-0.030。預硬化硬度為24-29HRC，既保證模具鋼材料要求的硬度，可保證模具鋼材料所要求的硬度，同時，又可以免去調質工藝，用戶可以直接鋸切使用，由此，可同時為供需雙方為高檔塑料模具模架的非調質鋼材料的獲得降低生產成本，提高生產效率。文檔編號C22C38/50GK101230442SQ20071003671公開日2008年7月30日申請日期2007年1月22日優先權日2007年1月22日發明者蔣錫軍申請人:寶山鋼鐵股份有限公司