[发明专利]超厚非调质塑料模具钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金行业模具钢的生产方法，尤其是指大型塑料模具钢模块的制造方法。

背景技术

塑料模具是塑料成形加工工业的重要工艺装备，占模具工业总产值的第一位。由于其材料用量大，品种、规格多，形成了专用的塑料模具钢。目前塑料模具正向高精度、多型腔、大型化的方向发展，模具型腔复杂，加工精度要求高，因此高品质的塑料模具均采用预硬化状态的塑料模具钢。所谓预硬型塑料模具钢是指将热加工后的模块预先进行调质处理，通过淬火处理及高温回火处理，获得回火索氏体组织，达到塑料模具钢所要求的硬度HRC30～36的硬度范围，再进行刻模加工，待模具成形后不需要再进行最终热处理，从而可以避免由于最终热处理而引起的模具变形和裂纹问题。代表钢种为P20和718。

预硬型塑料模具钢虽然具有上述优点，但也存在淬火裂纹敏感性高、生产成本高、制造周期长的缺点。P20和718钢中碳含量为0.34～0.42％，另外还含有一定量的Cr、Mn、Ni、Mo等合金元素，碳含量及碳当量均较高。由于钢锭在凝固过程中存在选分结晶现象，造成钢锭各部位产生成分偏差，即成分偏析。尤其在钢锭心部，为钢中碳元素的正偏析区，即钢锭中上部位心部的碳含量高于其它部位的碳含量。因此钢锭正偏析区碳含量必然大于0.34％，导致淬火裂纹敏感性很高，淬火冷却方法控制不当则易产生开裂现象；预硬型塑料模具钢尤其是大截面的塑料模具钢，对淬透性有很高的要求，典型钢种P20和718就是通过添加Cr、Mn、及贵金属Ni、Mo等提高淬透性的合金元素，从而达到提高淬透性的目的。但是添加Ni、Mo等贵金属合金元素却导致模具钢的制造成本升高；塑料模具钢的预硬化不仅增加了制造成本，而且还使该类模具钢的制造周期加长。

采用非调质钢来代替调质处理是一个很好的克服预硬型塑料模具钢上述缺点的解决方案。所谓非调质钢即为通过采用Cr、Mn、Mo等主要元素进行合金化，提高淬透性，并添加微量的V、Ti、N等微合金化元素进行沉淀强化和细晶强化，使钢在锻轧后空冷即可获得调质处理所能得到的性能。目前非调质钢在汽车零部件领域应用较为广泛，非调质钢所能生产的规格也仅限于热轧材及小规格锻材。非调质钢在塑料模具钢方面的应用也获得了一定的进展，例如公开号为CN1224769的专利公开了一种微合金化塑料模具钢的制造方法，化学成分为：0.20～0.30％C，0.10～0.60％Si，1.70～2.50％Mn，0.035～0.08％P，0.01～0.04％S，0.20～0.50％Mo，0.05～0.20％V，0.0005～0.0050％B，0.0005～0.010％Ca等，为贝氏体型非调质钢。虽然该钢添加P、S、等易切削合金元素并通过C钙处理提高切削性能，却降低了冲击性能，U型缺口冲击功10J左右。该发明的实施仅停留在截面厚度<300mm热轧扁钢产品。该发明虽然提到由热模拟试验数据可推算出最大厚度可以做到450mm，但没有指明宽度能够做到多少，在相同截面厚度的情况下，中心部位的冷却速度随截面宽度的增加而降低，淬透性降低，若要满足厚度为450mm、宽度超过450mm的模块，即有效厚度超过450mm的模块的非调质处理需要更高的淬透性，因此上述发明专利无法满足超厚截面塑料模具钢非调质的需求。另外非调质模块采用常规的锻造之后热装退火的工艺也是无法做到的。

发明内容

本发明的目的在于开发一种超厚非调质塑料模具钢及其制造方法，以克服预硬化塑料模具钢制造成本高，制造周期长，淬火裂纹敏感性高及已有非调质塑料模具钢轧制成形厚度小的缺点，保证大截面模具钢能够获得贝氏体组织及预硬化塑料模具钢所要求达到的硬度HRC30～36，并采用锻造的方式进行热加工成形，控制锻后的冷却速度，实现了厚度超过300mm的超厚塑料模具钢的非调质化。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，超厚非调质塑料模具钢，其成分质量百分比为，

C      0.20～0.32

Si            0.20～0.80

Mn            1.80～2.50

Cr            0.80～1.50

Mo            0.20～0.60

V             0.08～0.20

B             0.0010～0.0030

Ti            0.02～0.06

P             ≤0.035

S             ≤0.035

余铁          和不可避免杂质；

其组织状态是贝氏体。