[发明专利]一种经济型塑料型腔模具用钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及模具用钢及其制造方法，特别涉及一种经济型塑料型腔模具用钢及其制造方法。

背景技术

随着工业生产技术的发展和不断出现的新材料，塑料制品已经成为一种重要的工业材料并广泛用于国民经济的各部门。从航天器到舰艇，从建筑材料到农业生产，从家用电器到儿童玩具都离不开塑料制品。为此，不少工业发达国家塑料模具的产值已经在模具制造业中位居首位。塑料模具用钢按大类分，有模架模具制造用钢和型腔模具制造用钢，使用硬度要求为：用于模架模具用钢的硬度为HRC22～24，代表钢种有日本钢S50C～55C，为调质型模架模具用钢，用于型腔模具用钢的硬度分为HRC28～32、HRC33～37和HRC38～43，代表钢种有美国AISI标准的P20、P20+Ni和日本Daido公司的NAK80，均为调质型型腔模具用钢。

型腔模具用钢的钢板厚度通常在15～500mm之间，其关键技术是要保证钢板厚度方向组织和硬度分布的均匀性，从而获得优良的抛光性能、耐大气腐蚀性能和较低的气割裂纹敏感性。长期以来，型腔模具用钢均采用中碳合金成分设计体系，钢中的Cr、Ni、Mo等贵金属含量较高，目的是通过调质热处理工艺来获得制造模具时所需要的性能和硬度要求。

如表1所示，有的专利采用Mn-Cr-Mo-Ni高合金成分体系，如中国专利号CN86103713A，CN1576382A以及欧洲专利号EP0247415A2；有的专利采用Cr-Mo-Ni-Cu高合金成分体系，如日本专利号JP2003-201537A、中国专利号CN86103713A；有的专利是Mn-Mo-B合金成分体系，专利号有中国专利公开号CN1224769A。

中国专利公开号CN1224769A“一种微合金塑料模具钢的制造方法”，其合金成分为(重量％)，C 0.20～0.30，Si 0.10～0.60，Mn 1.70～2.50，P 0.035～0.080，S 0.010～0.040，Mo 0.20～0.50，V 0.05～0.20，B 0.0005～0.0050，Ca 0.00050～0.010，N 0.0050～0.0080，Ti/N＝3～4，其余为Fe和不可避免的杂质。

该专利关键性合金元素为C、Mn、Mo和B，这些元素虽然使钢具有较高的淬透性，在热加工后空冷条件下也能获得单一的贝氏体组织。问题是由于该钢的碳含量为0.20～0.25％之间，锰含量为1.70～2.50％，而且硼含量为0.0005～0.0050％，由于碳、锰属于易偏析合金元素，过高的锰含量会导致工业生产大截面板坯芯部偏析严重，而合金偏析严重的直接后果就是板坯在热加工后芯部偏析带易获得脆性的马氏体组织。这种马氏体组织虽然能通过后续高温回火热处理转变为回火索氏体组织，但回火索氏体硬度与正常部位贝氏体组织硬度相差很大，由于芯部和其它部位组织不同，切削加工性和抛光性能受到不良影响，并且硼含量在冶炼时难于精准控制。因此，该发明专利虽然成功采用了非调质贝氏体钢的成分设计思路，但难于保证一定厚度钢板整个截面组织和硬度的等同性和均匀性。

中国专利公开号CN1576382A“机械加工性优异的塑料注射成型模具用钢”的专利，其合金成分为(重量％)，C 0.10～0.30％，Si 0.40～0.70％，Mn 0.90～1.50％，S 0.005～0.020％，Cr 1.0～2.50％，Ni 0.10～0.50％，Mo0.20～0.50％，V 0.0010～0.20％，其余为Fe和不可避免的杂质。

该专利关键性合金元素为Cr、Mo。这些元素匹配主要是提高钢的淬透性，使该专利钢能在淬火(油淬)后得到马氏体组织，回火后转变为回火索氏体和析出碳化物并起到钢的二次硬化作用。

由于该专利钢是通过后续热处理(淬火+回火)来达到大截面塑料模具钢的硬度和其它性能要求，调质后的硬度也能达到HRC29～31。问题是大截面模块表面和中心在淬火过程(油淬)中的冷却速度极其不均匀性，造成模块厚度上的组织和硬度差距较大，同时淬火过程中形成的马氏体组织，使大截面模块淬火裂纹敏感性提高。另外，钢在油淬时环境污染比较严重，不利于绿色环保要求。

随着世界钢铁产量的突飞猛进，铁矿石贵金属Mo、Ni价格的飙升，造成型腔用塑料模具钢的价格也随之不断攀升。开发成本低且具有较好耐蚀性和抛光性、硬度在HRC28～32的型腔塑料模具用钢成为目前模具钢生产企业的重要课题。

发明内容