[發明專利]一種低碳免回火全貝氏體組織塑料模具鋼及制備方法

無效

• 申請號: 201210419491.4
• 申請日: 2012-10-29
• 公開（公告）號: CN102877001A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 武會賓;張鵬程;蔡慶伍;趙征志;周洪寶;李旭
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C38/54
• 分類號: C22C38/54;C22C38/58;C21D8/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 于永進

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技術領域

本發明屬于鋼鐵技術領域，涉及一種低碳免回火全貝氏體組織塑料模具鋼的制備方法。

背景技術

塑料已經跟鋼鐵、木材、水泥一樣成為四大基礎材料，而塑料制品的成形離不開模具，隨著社會的發展，塑料模具也逐漸向大型化發展以滿足各種不同的要求，這就為塑料模具鋼的開發提出了巨大挑戰，因此大截面塑料模具鋼就成為鋼鐵材料領域一個研究的熱點。傳統的調質塑料模具鋼由于要經過淬火和回火處理，內部會產生很大的內應力，而對于截面較大的塑料模具鋼來說，這種內應力的影響是相當巨大的，而非調質塑料模具鋼由于其相對較小的內應力，受到更為廣泛的關注。

專利CN101096743A?公開了一種超厚非調質塑料模具鋼的制造方法，化學成分為：0.20-0.32%?C,?0.20-0,80%?Si,1.80-2.50?Mn,?0.80-1.50%?Cr,?0.20-0.60%?Mo,?0.08-0.20%?V,?0.0010-0.0030%?B,?0.02-0.06?Ti?等元素，可以實現超過300mm厚塑料模具鋼的非調質化。

發明內容

本發明是提供一種低碳免回火全貝氏體組織塑料模具鋼及其制造方法，克服了預硬型塑料模具鋼生產成本高，淬火內應力較大等缺點。保證在大截面內能夠獲得全粒狀貝氏體組織，硬度范圍為HRC36-42。采用鍛后保溫然后冷卻的工藝。

為了達到上述目的，本發明技術方案是：低碳免回火全貝氏體組織塑料模具鋼，成分質量分數百分比為：C：0.10-0.20%，Si：0.25-0.45%，Mn：1.20-1.70%，Ni：0.40-0.65%，Cr：1.8-2.2%，Mo：0.15-0.25%，Ti：0.02-0.035%，B：0.0020-0.0030%，Zr：0.01-0.03%，S：≤0.01%，P：≤0.01%，O：≤0.01%，N：≤0.005%。余量為Fe。

本發明的低碳免回火全貝氏體組織塑料模具鋼的制造方法步驟包括：

（1）按照上述成分冶煉，澆鑄成鋼錠。

（2）鍛造，鍛造開始溫度為1150-1200℃，分階段加熱，保溫時間為3-6小時，隨后進行反復鍛造和拉拔工藝，當溫度到達950℃時停止鍛造。最好是在澆鑄后能夠立刻鍛造，這樣可以節約能源，且降低鑄造后由于內部組織不均勻，存在枝晶而帶來的開裂的風險。

（3）鍛造后將模塊在0.01-15℃/s冷卻速率下冷卻至表面300℃，然后空冷至室溫。

本發明成分設計基于以下原理：

C：0.10-0.20%，C是提高鋼的硬度和耐磨性的主要元素，固溶強化效果顯著，是保證非調質狀態下能夠達到預硬型塑料模具鋼所能達到硬度的必不可少的元素。C含量過高則提高鋼的貝氏體轉變的冷卻速度，降低貝氏體轉變性能。

Si：0.25-0.45%，Si具有較好的脫氧效果，在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，能夠有效抑制碳化物的析出，但過高則降低鋼的焊接性能和焊接性能。

Mn：1.20-1.70%：Mn可強烈推遲珠光體轉變，有利于貝氏體形成，但過高可使得晶粒粗化，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。并且Mn含量增加，可提高馬氏體淬透性，不利于鋼的組織均勻性。

Ni：0.40-0.65%：高的強度、高的韌性和良好的淬透性，Ni可降低臨界點并增加奧氏體的穩定性，所以其淬火溫度可降低，淬透性好。當它同Cr、W或Cr、Mo結合時，淬透性更好。但Ni過多可降低鋼的淬火層的硬度。

Cr：1.8-2.2%：Cr是強烈推遲珠光體和鐵素體轉變元素，有利于貝氏體形成并提高強度，，鉻碳化物是最細小的一種，它可均勻地分布在鋼體積中，所以具有高的強度、硬度、屈服點和高的耐磨性。Cr可降低脫碳作用。但同時降低塑性和韌性。Cr過高容易降低貝氏體轉變溫度。

Mo：0.15-0.25%：Mo可強烈抑制珠光體轉變，可降低鋼的過熱傾向性，提高強度、硬度，細化晶粒，提高韌性，使鍛造加工容易。?但過多可促進脫碳，Mo是鐵素體形成元素，當Mo含量較多時就易出現鐵素體δ相或其它脆性相而使韌性降低。

Ti：Ti主要作為固N元素加入，同時也起到脫氧的作用，以便提高有效硼的含量。

B：微量的B可明顯提高鋼的淬透性，強烈推遲鐵素體轉變，對中低碳鋼最為有效，但B含量超過0.0035%時，其催淬透性的作用開始降低，且容易引起脆性。

Zr：微量Zr的加入可以明顯抑制奧氏體晶粒長大，起到細化晶粒的作用。