[发明专利]屈氏体预硬型塑料模具钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种塑料模具用屈氏体型塑料模具材料及其制造方法，属塑料模具钢材料及其制造工艺领域。

背景技术

目前市场上许多塑料模具由中碳钢制作，如45#、SM50、SM55、S50C、S55C等，这些钢材用于制造塑料模模架以及具有一定技术性能要求的型腔模具。正火态使用时硬度为180～230HB，用这种钢制作的型腔模具，硬度低、耐磨性差、表面光洁度低，制作出的塑料制品质量差，模具寿命也短；30Cr2Mo、40Cr等调质型塑料模具钢，可直接进行机加工，制作多种塑料模具，但热处理成本比较高。

因此基于市场的巨大需求，如何在保持低成本的条件下开发出满足一定技术性能要求的模具材料及其制造工艺至关重要，而开发非调质模具材料是一条有效途径。

中国专利200610028195.6公开了一种超厚非调质塑料模具钢及其制造方法，克服了调质型预硬化塑料模具钢制造成本高和已有非调质塑料模具钢成形厚度小的缺点，并实现了厚度超过300mm的锻件获得贝氏体及适当硬度的非调质化。

中国专利201110218086.1公开了一种非调质塑料模具钢厚板的生产工艺，通过控制成分和轧后冷速控制，实现了320mm连铸坯生产厚度120mm以下规格的贝氏体型塑料模具钢厚钢板，提高了该规格贝氏体型塑料模具钢的成材率和生产效率，进一步控制了模具材料成本。

以上公开专利分别实现了超厚模块和厚板的贝氏体型塑料模具钢非调质生产，其以贝氏体为主的组织脆性较大，尤其是厚度越厚的模块同时受到心部与表面的热应力和组织应力的综合作用，所以必须尽快高温长时回火，防止模块加工过程中变形和开裂；此外，为推迟铁素体、珠光体相变区而加入的贵金属Ni、Mo等元素一定程度上限制了该类非调质钢的成本优势。

珠光体类组织具有生产工艺简单、成本低、性能稳定的特点，而且耐磨性较好，若要进一步提高其在耐磨性方面的应用必须强化铁素体基体、减小片层间距、增加渗碳体比例和硬度，这可以从提高C及合金元素含量(Si、Mn、Cr、V、Mo、Ni、Cu等)入手，但过多的合金元素会使奥氏体连续冷却曲线(CCT曲线)强烈右移，大大降低产生马氏体的临界冷速，容易产生贝氏体或马氏体的脆性组织，造成组织和硬度的不均匀。

专利200510022442.7公开了一种珠光体类高强度低合金钢及其制备方法，C含量为共析或过共析含量，复合加入Si、Mn、Cr、V等元素，得到全珠光体组织，并且硬度在320~340HV之间，还具有良好的韧性和耐磨性。该种成分的钢及其生产工艺只适合钢轨等小规格制件，对于厚度100~500mm，宽度300~800mm的大规格模块，由于冷速的差异，并不能实现其组织的全珠光体化及其高硬度高耐磨特点。

要实现大规格塑料模块组织的全珠光体化及细片化，必须解决两方面问题，一是合金成分设计，应以能够获得屈氏体组织的冷速范围越大为设计目标；二是热加工成形后的控冷工艺，应根据制件规格确定合理的冷却规范，以使模块获得屈氏体（细片珠光体）。

发明内容

本发明的目的是提供一种塑料模具用预硬型塑料模具钢材料，其特征在于具有以下的化学组成及重量百分含量：

C 0.48~0.65%， Si 0.3~0.8%， Mn 1.1~2.0%， Cr 0.8~2.2%， P<0.02%， S<0.02%， （Nb+V+Ti）：0.05~0.15%， Fe余量

在以上成分范围内，（Cr+Mn）/C质量比值应在4~5范围内，这对于获得高强度高硬度和耐磨性至关重要。比值高于5时不利于合金元素在奥氏体中的固溶，也易于在冷却过程中析出碳化物发生离异共析转变，产生球化珠光体组织；低于4时，对珠光体片层间距的减小作用降低，对组织的强化作用减弱。

在以上两个成分特征基础上，控制(Nb+V+Ti)/C质量比在0.2~0.3之间，以保证基体中固溶适当C量及对晶粒的细化作用，并且在适当的冷却条件下通过有效析出强化，可满足一定力学性能的要求。高于0.3后细晶及析出强化作用没有明显进一步增加，低于0.2时这两方面作用不明显。

上述成分模具材料的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

a. 依据上述设计的材料化学组成进行配料，冶炼成钢锭。锻前于1150~1250℃保温适当时间(视锭型和保温温度而定，如6~20h)后进行压钳把，然后返炉保温适当时间(一般2~4h)后墩拔成模块，850℃以上停止锻造。