一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼，所述的塑料模具鋼中個(gè)組分的重量百分比為：C：0.20-0.32％，Si：0.12-0.15％，Mn：0.05-0.15％，P：0.06-0.08％，S：0.01-0.015％，N：0.1-0.15％，Ni：3.5-4.0％，Cr：8.5-10.5％，Cu：0.25-0.45％，Mo：0.45-0.5％，Cr+Ni=12-14.5％，余量為Fe和煉制過(guò)程中帶進(jìn)的其他雜質(zhì)；將原料經(jīng)過(guò)下料、鍛造鋼錠→保溫回火→粗加工、熱軋→高溫回火→精加工、鍛造→回火→冷卻后得到塑料模具鋼產(chǎn)品；本發(fā)明通過(guò)控制塑料模具鋼中銅、鉻和鎳混合元素的量，在保證了塑料模具鋼原有的強(qiáng)度、延伸率、耐磨性和切削性能的前提下，大大提高了塑料模具鋼的耐腐蝕性能，提高了其應(yīng)用范圍。
【專利說(shuō)明】一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及塑料模具鋼的生產(chǎn)工藝領(lǐng)域，尤其涉及一種抗腐蝕性能高，適用范圍廣的塑料模具鋼。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著塑料制品在工業(yè)及日常生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，塑料模具工業(yè)對(duì)模具鋼的需求也越來(lái)越大。在塑料成型加工中，模具的質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的保證作用是不言而喻的。塑料模具已向精密化、大型化和多腔化的方向發(fā)展，對(duì)塑料模具鋼的性能的要求越來(lái)越高，塑模鋼的性能應(yīng)根據(jù)塑料種類、制品用途、生產(chǎn)批量、尺寸精度和表面質(zhì)量的要求而定。但是模具在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)和保持過(guò)程中，容易生銹受蝕，而且隨著塑料成型中添加各種成分，模具更容易受蝕。
[0003]同時(shí)市面上有很多種類具有抗腐蝕性能的塑料模具鋼，但是這些抗腐蝕的塑料模具鋼的應(yīng)用范圍較小，僅僅能適用于大氣腐蝕或者水體腐蝕，在更換了其應(yīng)用范圍時(shí)，需要選擇不同的配方進(jìn)行生產(chǎn)，同時(shí)許多抗腐蝕性能的塑料模具鋼因?yàn)榕淞现刑砑拥目垢g的元素，因此其鋼本身的耐磨性、耐沖擊性和拋光后的表面粗糙度低于同類的塑料模具鋼，不符合企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種抗腐蝕性能高，適用范圍較廣的塑料模具鋼、
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼，所述的塑料模具鋼中個(gè)組分的重量百分比為:c:0.20-0.32%, S1:0.12-0.15%, Mn: 0.05-0.15 %, P:0.06-0.08 %, S:0.01-0.015 %, N:0.1-0.15 %, Ni:3.5-4.0 %, Cr:
8.5-10.5%,Cu:0.25-0.45%,Mo:0.45-0.5%,Cr+Ni=12-14.5%，余量為 Fe 和煉制過(guò)程中帶進(jìn)的其他雜質(zhì)。
[0005]本發(fā)明的成分設(shè)計(jì)基于以下原理:
碳是提高鋼的硬度和強(qiáng)度最為有效的元素，固溶強(qiáng)化作用顯著，是保證模具鋼硬度必不可少的元素。C是形成鉻碳化物等各種碳化物的不可缺少的基本元素，C含量過(guò)高會(huì)造成鋼中碳化物數(shù)量的增多及偏聚，降低韌性及耐腐蝕性能；C含量過(guò)低不能滿足模具鋼的高硬度要求；本發(fā)明所述的塑料模具鋼中碳元素的比例為c:0.20-0.24%或C:0.25-0.32%。
[0006]鋼中含有少量的硅有較好的脫氧作用，但Si含量過(guò)高則降低鋼的焊接和切削加工性能，本發(fā)明優(yōu)選的Si的比例為:0.12-0.15%。
[0007]鋼中錳含量過(guò)高，有導(dǎo)致晶粒粗化的現(xiàn)象，同時(shí)增加鋼的回火脆性，因此本發(fā)明將Mn含量控制在較低的含量范圍，本發(fā)明優(yōu)選的Mn的比例為:0.05-0.15%。
[0008]磷是易切削元素。磷溶解在鐵素體中，能提高鐵素體硬度，改進(jìn)零件的表面光潔度和切削性能，但鋼中磷太高會(huì)增加 冷脆，本發(fā)明優(yōu)選的P比例為:0.06-0.08%。[0009]硫元素在鋼中以硫化物的形式存在，降低鋼的橫向延展及韌性性能；本發(fā)明優(yōu)選的S的含量為:0.01-0.015%。
[0010]氮能增加鋼中鐵素體，在鋼中能改善切削加工性，本發(fā)明優(yōu)選的N的含量為:0.1-0.15%。
[0011]鉻是保證鋼具有良好的耐蝕性的元素，與碳結(jié)合形成彌散的碳化物，從而使鋼具有良好的耐磨性，而鎳元素可以提高鋼材的淬透性和耐腐蝕性，一般鎳與銅和鉻的配合效果尤為明顯，其中當(dāng)在HI(Ni) =3.5%左右時(shí)，鋼材的耐腐蝕性最好，而當(dāng)M(Ni)低于1%時(shí)，尤其當(dāng)鋼中含合銅時(shí)，改善耐蝕的效果并不明顯；本發(fā)明所述的塑料模具鋼中鎳元素和鉻元素的比例為N1:3.5-4.0%, Cr:8.5-10.5 兩種元素的混合比例為Cr+Ni=12.0-12.5 % 或 Cr+Ni=12.8-14.5 %。
[0012]銅元素可在鋼的腐蝕層與銅的富積層之間形成緊密的薄氧化銅中間層，形成雙層結(jié)構(gòu)的銹層，緊貼鋼基體的內(nèi)層，非常致密、完整，附著性強(qiáng)，可減緩腐蝕介質(zhì)腐蝕鋼板內(nèi)部；本發(fā)明優(yōu)選的Cu比例為:0.3-0.38%。
[0013]鑰能有效提高鋼抗大氣腐蝕能力，在大氣環(huán)境下尤其工業(yè)大氣可使鋼腐蝕速度降低1/2以上，本發(fā)明優(yōu)選的Mo的比例為:0.45-0.5% 0
[0014]本發(fā)明所述的一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼的制造方法，所述的塑料模具鋼的制造方法包括以下幾個(gè)步驟:下料、鍛造鋼錠一保溫回火一粗加工、熱軋一高溫回火一精加工、鍛造一回火一冷卻，具體包括以下幾個(gè)步驟: O下料、鍛造鋼錠:根據(jù)配比將原料加入到冶煉鋼水中，將滿足成分的鋼水澆注成鋼
錠；
2)保溫回火:將上述鋼錠放置在鍛造加熱爐中進(jìn)行加熱，加熱溫度為1200°C~1280°C，保溫4~6小時(shí);
3)粗加工、熱軋:降溫冷卻到1150°C~1180°C，在此溫度條件下將鋼錠進(jìn)行初步加工成鍛坯；
4)高溫回火:鍛坯重新送回鍛造加熱爐中繼續(xù)加熱回火，回火溫度1200°C~1280°C，保溫I~2小時(shí)；
5)精加工:鍛坯進(jìn)行精加工，開(kāi)鍛溫度1180°C，停鍛溫度1100°C，精加工后得到鍛件；
6)回火:將鍛件退火處理過(guò)程中，回火溫度為700°C~750°C，保溫4-6小時(shí)；
7)冷卻:在自然溫度下將鍛件冷卻至室溫。
[0015]本發(fā)明所述的保溫回火過(guò)程中，加熱爐的升溫效率為120°C /小時(shí)~150°C /小時(shí)；為了保證鍛坯中各個(gè)組分之間混合效率，加熱爐的升溫效率不易太高也不易太低，過(guò)高的升溫效率導(dǎo)致各個(gè)熔點(diǎn)不同的組分在同一時(shí)間進(jìn)入到熔融狀態(tài)，不方便操作人員的操作和監(jiān)控，混合效果變差；過(guò)低的升溫效率導(dǎo)致企業(yè)的整體生產(chǎn)時(shí)間變長(zhǎng)，加熱過(guò)程中熱量的損失率較大，大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)成本。
[0016]本發(fā)明所述的粗加工、熱軋過(guò)程中，保持鍛造爐的工作溫度，保證粗加工前后的反應(yīng)爐體溫差不超過(guò)I~5°c，初步加工過(guò)程中，由于不同溫度下鍛坯的體積會(huì)發(fā)生一定的變化，為了保證鍛坯前后的一致性，需要保證在同一溫度下進(jìn)行粗加工和熱軋，保證大量生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)產(chǎn)品大小和質(zhì)量的均一性，提高企業(yè)流水化作業(yè)的工作效率。
[0017]本發(fā)明所述的精加工過(guò)程中，在逐步降溫的條件下進(jìn)行鍛坯的精加工，當(dāng)溫度到達(dá)1100°c時(shí)，保持該溫度，在該溫度下完成鍛坯的精加工操作；穩(wěn)定的降溫效率保證各個(gè)金屬元素在冷卻和鍛坯在加工過(guò)程中之間連接的穩(wěn)定性，防止鍛坯表面開(kāi)裂，提高了鋼材表面的流平性，同時(shí)在溫度低于1100°C的時(shí)候，溫度過(guò)低，鍛坯的各個(gè)組分之間連接緊密，精加工操作難度變大，不方便實(shí)際的生產(chǎn)操作。
[0018]本發(fā)明所述的回火步驟過(guò)程中，緩慢降低鍛件的溫度，鍛件的溫度下降速率保持在60~80°C /小時(shí)；回火過(guò)程中，為了進(jìn)一步提高鍛件中各個(gè)組分連接的穩(wěn)定性，保證鍛件各個(gè)位置上均勻的回火冷卻效果，防止鍛件表面開(kāi)裂，需要緩慢降低回火溫度。
[0019]本發(fā)明所述的冷卻步驟過(guò)程中，當(dāng)鍛件的穩(wěn)定高于250°C時(shí)，需要在氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下進(jìn)行冷卻；當(dāng)鍛件的溫度低于250°C時(shí)，將鍛件在自然條件下進(jìn)行冷卻，整體冷卻時(shí)間為36h。，回火操作完成后，為了防止鍛件在冷卻的過(guò)程中與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，保證鍛件表面的整體性能，需要在氮?dú)獗Ｗo(hù)的調(diào)節(jié)下進(jìn)行冷卻；當(dāng)鍛件溫度較低時(shí)，為了節(jié)省企業(yè)的生產(chǎn)成本，在自然條件下進(jìn)行冷卻，較長(zhǎng)的冷卻時(shí)間為了保證鍛件的充分冷卻，方便企業(yè)對(duì)產(chǎn)品的性能檢測(cè)。
[0020]本發(fā)明通過(guò)控制塑料模具鋼中銅、鉻和鎳混合元素的量，在保證了塑料模具鋼原有的強(qiáng)度、延伸率、耐磨性和切削性能的前提下，大大提高了塑料模具鋼的耐腐蝕性能，通過(guò)鉻和鎳的混合比例保證了塑料模具鋼原有的耐磨性和淬透性，方便適用于各個(gè)領(lǐng)域的塑料模具鋼的需求，同時(shí)鑰用來(lái)提高塑料模具鋼在大氣環(huán)境下的耐腐蝕性能，通過(guò)銅元素在鋼的腐蝕層與銅的富積層之間形成緊密的薄氧化銅中間層，提高了塑料模具鋼在潮濕或者水體中的耐腐蝕性，整體工藝操作簡(jiǎn)單，控制精準(zhǔn)，均勻的穩(wěn)定控制防止高溫鐵素體相析出的作用，塑料模具鋼整體穩(wěn)定性和拋光性能高。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0022]實(shí)施例1:企業(yè)在單組生產(chǎn)線上配置塑料模具鋼中個(gè)組分的重量百分比為:C:0.20%, Si:0.12 %, Mn:0.05 %, P:0.06 %, S:0.01 %, N:0.1 %, Ni:3.5 %, Cr:8.5 %,Ni+Cr=12%, Cu:0.3%, Mo:0.45%，余量為Fe和煉制過(guò)程中帶進(jìn)的其他雜質(zhì)。
[0023]將上述原料經(jīng)過(guò)下料、鍛造鋼錠一保溫回火一粗加工、熱軋一高溫回火一精加工、
鍛造一回火一冷卻步驟后，得到塑料模具鋼產(chǎn)品A。
[0024]實(shí)施例2:企業(yè)在單組生產(chǎn)線上配置塑料模具鋼中個(gè)組分的重量百分比為:C:0.24%, S1:13 %, Mn:0.08 %, P:0.07 %, S:0.008 %, N:0.12 %, Ni:3.5 %, Cr:9 %,Ni+Cr=12.5%, Cu:0.33%, Mo:0.46%，余量為Fe和煉制過(guò)程中帶進(jìn)的其他雜質(zhì)。
[0025]將上述原料經(jīng)過(guò)下料、鍛造鋼錠一保溫回火一粗加工、熱軋一高溫回火一精加工、鍛造一回火一冷卻步驟后，得到塑料模具鋼產(chǎn)品B。
[0026]實(shí)施例3:企業(yè)在單組生產(chǎn)線上配置塑料模具鋼中個(gè)組分的重量百分比為:C:0.25 %, S1:14 %, Mn:0.12 %, P:0.06 %, S:0.012 %, N:0.14 %, Ni:3.8 %, Cr:9 %,Ni+Cr=12.8%, Cu:0.35%, Mo:0.48%，余量為Fe和煉制過(guò)程中帶進(jìn)的其他雜質(zhì)。
[0027]將上述原料經(jīng)過(guò)下料、鍛造鋼錠一保溫回火一粗加工、熱軋一高溫回火一精加工、鍛造一回火一冷卻步驟后，得到塑料模具鋼產(chǎn)品C。
[0028]實(shí)施例4:企業(yè)在單組生產(chǎn)線上配置塑料模具鋼中個(gè)組分的重量百分比為:C:0.32 %, Si: 0.15 %, Mn:0.15 %, P:0.08 %, S:0.015 %, N:0.15 %, Ni: 4.0 %, Cr:
10.5%,Ni+Cr=14.5%, Cu:0.38%, Mo:0.5%，余量為Fe和煉制過(guò)程中帶進(jìn)的其他雜質(zhì)。
[0029]將上述原料經(jīng)過(guò)下料、鍛造鋼錠一保溫回火一粗加工、熱軋一高溫回火一精加工、
鍛造一回火一冷卻步驟后，得到塑料模具鋼產(chǎn)品D。
[0030]實(shí)施例5:對(duì)實(shí)施例1-4所得的產(chǎn)品A、B、C、D和市面上常用的普通的塑料模具鋼型號(hào)4Crl3S和常用的耐腐蝕的塑料模具鋼4Crl3Cu進(jìn)行對(duì)比。
[0031]鹽霧試驗(yàn):試樣選用50±5g/L的NaCl水溶液進(jìn)行噴霧72小時(shí)測(cè)定腐蝕速率，試樣大小為:40_X20_X2mm。
[0032]拋光度和硬度試驗(yàn):試樣用粒度符合GB2477-81規(guī)定的砂布或砂紙按順序進(jìn)行研磨，研磨后的試樣在自動(dòng)拋光機(jī)上進(jìn)行拋光，拋光參數(shù)為:時(shí)間為:2分鐘:壓力為:180N ;轉(zhuǎn)速為:300N / min。
[0033]拉伸試驗(yàn):試樣在室溫條件下采用SANS萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，夾頭移動(dòng)速度為0.3rnm / min,采用計(jì)算機(jī)記錄儀記錄了試驗(yàn)結(jié)果。
[0034]沖擊試驗(yàn):試樣在室溫下，采用JB30B型沖擊試驗(yàn)機(jī)，按照GB2106-80標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，試樣的厚度均為10mm。
[0035]根據(jù)上訴試驗(yàn)所得的結(jié)果如下表所示:
【權(quán)利要求】
1.一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼，其特征在于，所述的塑料模具鋼中個(gè)組分的重量百分比為:C:0.20-0.32 %，Si:0.12-0.15 %，Mn:0.05-0.15 %, P:0.06-0.08 %, S:0.01-0.015 %, N:0.1-0.15 %, N1:3.5-4.0 %, Cr:8.5-10.5 %, Cu:0.25-0.45 %, Mo:0.45-0.5%, Cr+Ni=12-14.5%，余量為Fe和煉制過(guò)程中帶進(jìn)的其他雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑料模具鋼，其特征在于，所述的塑料模具鋼中碳元素的比例為 C:0.20-0.24% 或 C:0.25-0.32%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的塑料模具鋼，其特征在于，所述的塑料模具鋼中鎳元素和鉻元素的混合比例為 Cr+Ni=ll.5-12.5%, Cr+Ni=12.8-14.5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的塑料模具鋼，其特征在于，所述的塑料模具鋼中銅元素的比例為 Cu:0.3-0.38%ο
5.一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼的制造方法，其特征在于，所述的塑料模具鋼的制造方法包括以下幾個(gè)步驟:下料、鍛造鋼錠一保溫回火一粗加工、熱軋一高溫回火一精加工、鍛造一回火一冷卻，具體包括以下幾個(gè)步驟: 下料、鍛造鋼錠:根據(jù)配比將原料加入到冶煉鋼水中，將滿足成分的鋼水澆注成鋼錠； 保溫回火:將上述鋼錠放置在鍛造加熱爐中進(jìn)行加熱，加熱溫度為1200°C~1280°C，保溫4~6小時(shí)； 粗加工、熱軋:降溫冷卻到1150°C~1180°C，在此溫度條件下將鋼錠進(jìn)行初步加工成鍛坯； 高溫回火:鍛坯重新送回鍛造加熱爐中繼續(xù)加熱回火，回火溫度1200°C~1280°C，保溫I~2小時(shí)； 精加工:鍛坯進(jìn)行精加工，開(kāi)鍛溫度1180°C，停鍛溫度1100°C，精加工后得到鍛件； 回火:將鍛件退火處理過(guò)程中，回火溫度為700°C~750°C，保溫4-6小時(shí)； 冷卻:在自然溫度下將鍛件冷卻至室溫。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼的制造方法，其特征在于，所述的保溫回火過(guò)程中，加熱爐的升溫效率為120°C /小時(shí)~150°C /小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼的制造方法，其特征在于，所述的粗加工、熱軋過(guò)程中，保持鍛造爐的工作溫度，保證粗加工前后的反應(yīng)爐體溫差不超過(guò)I~8。。。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼的制造方法，其特征在于，所述的精加工 過(guò)程中，在逐步降溫的條件下進(jìn)行鍛坯的精加工，當(dāng)溫度到達(dá)1100°C時(shí)，保持該溫度，在該溫度下完成鍛坯的精加工操作。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼的制造方法，其特征在于，所述的回火步驟過(guò)程中，緩慢降低鍛件的溫度，鍛件的溫度下降速率保持在60~80°C /小時(shí)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼的制造方法，其特征在于，所述的冷卻步驟過(guò)程中，當(dāng)鍛件的穩(wěn)定高于250°C時(shí)，需要在氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下進(jìn)行冷卻；當(dāng)鍛件的溫度低于250°C時(shí)，將鍛件在自然條件下進(jìn)行冷卻，整體冷卻時(shí)間為36h。
【文檔編號(hào)】C21D8/00GK103866197SQ201410124967
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】李敬, 李占春, 曲景春 申請(qǐng)人:江蘇聯(lián)峰能源裝備有限公司