用于制造塑料模具的低合金钢制造技术

用于制造塑料注塑模具的钢，含有以重量计：０．３５％≤Ｃ≤０．５％，０％≤Ｓｉ≤０．５％，０．２≤Ｍｎ≤２．５％，０％≤Ｎｉ≤４％，０％≤Ｃｒ≤４％，０％≤Ｍｏ＋Ｗ／２≤２％，０≤Ｃｕ≤１％，０％≤Ｖ＋Ｎｂ／２＋Ｔａ／４≤０．５％，０．００５％≤Ａｌ≤０．２％，０％≤Ｂ≤０．０１５％，０％≤Ｔｉ＋Ｚｒ／２≤０．３％，０％≤Ｓ＋Ｓｅ＋Ｔｅ≤０．２％，０％≤Ｐｂ＋Ｂｉ≤０．２％，０％≤Ｃａ≤０．１％，其余为铁和生产过程形成的杂质，该化学组成满足下列关系式：Ｃｒ＋３×（Ｍｏ＋Ｗ／２）＋１０×（Ｖ＋Ｎｂ／２＋Ｔａ／４）≥１，Ｒ＝３．８×Ｃ＋１０×Ｓｉ＋３．３×Ｍｎ＋２．４×Ｎｉ＋１．４×（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｗ／２）≤１１，Ｑｕ＝３．８×Ｃ＋１．１×Ｍｎ＋０．７×Ｎｉ＋０．６×Ｃｒ＋１．６×（Ｍｏ＋Ｗ／２）＋ｋＢ≥３，（当Ｂ≥０．０００５％时，ｋＢ＝０．５，否则ｋＢ＝０）以及Ｒ≤Ｍａｘ（２．３３×Ｑｕ－１，０．９×Ｑｕ＋４）。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及尤其适用于制造塑料模具的低合金钢。塑料或橡胶模具通过机加工厚度达到1500mm的金属块而被制成。机加工的目的具体地讲是形成具有有待通过模塑得到的制品形状的腔体。在大多数情况下，腔体的表面经过抛光或化学粗糙化处理以便通过模塑得到的制品具有所需的表观特征。由于模塑操作是通过加压注入热塑料完成的，所以模具必须首先能够承受塑料的压力，其次能够尽快地除去塑料中的热量以便提高模塑操作的产出效率，最后能够耐受塑料与腔体表面的磨擦。此外，这些钢的特性在模具被使用过程必须保持稳定，也就是说，不会由于模塑操作形成的温度周期受到影响，并且必须(包括在最厚的部分之中)尽可能地保持均匀一致。为了满足所有这些条件，有必要得到一种用于制造塑料注塑模具的钢，具体地讲，该钢同时具备很高的硬度、很好的机加工性，很好的可抛光性或化学可糙化性，良好的导热性，即使是厚度达最大值的情况下具有所有这些性质的高度均匀性。这样一种理想的钢材属于未知内容。为了生产这类模具，通常使用经过充分淬火的低合金钢块，该钢于淬火与退火之后获得具有充分的硬度、高屈服点和良好的韧性、基本上不含铁素体的马氏体或贝氏体结构。得到最广泛应用的钢为符合AISI标准的钢P20与符合德国Werkstoff标准的钢W1.2311或W1.2738。钢P20含有以重量计0.28-0.4％C、0.2-0.8％Si、0.6-1％Mn、1.4-2％Cr和0.3-0.5％Mo，其余为铁和与生产过程相关的杂质。钢W1.2311与W1.2738含有以重量计0.35-0.45％C、0.2-0.4％Si、1.3-1.6％Mn、1.8-2.10％Cr和0.15-0.25％Mo；钢W1.2738还含有0.9-1.2％镍，其余为铁和与生产过程相关的杂质。这些钢具有良好的耐磨性。然而，本专利技术人具体地发现它们的导热性与可淬火性的组合效果不够充分。钢W1.2738比W1.2311明显地更具可淬火性，而后者比钢P20的可淬火性更强。但是，钢W1.2738的导热性明显地低于钢W1.2311，后者明显地低于钢P20。由于具备最佳导热性的钢的可淬火性最低，并且反之亦然，所以不能制备具备良好导热性的大块模具。如果期望制备具备良好导热性的大尺寸模具，有必要使用钢P20而不是钢W1.2738，需要将模具设计成为数个较小的组件而不是非常大的单一部分。然而，该技术从未得到使用，甚至未被设想到，其原因在于非常复杂和模具制造成本较高。事实上，有必要确保各组件达到尽善尽美的配合，避免在模塑制成的制品上形成表面印记，但是在实践中，这是不可能的。本专利技术的目的是通过提供一种钢来克服这一不足之处，该钢同时具有模具制造钢所需的主要特性、尤其是非常好的耐磨性以及优于先有技术可得到的可淬火性与导热性的组合。为此，本专利技术的主题是一种用于制造塑料或橡胶注塑模具的钢，其化学组成含有以重量计0.35％≤C≤0.5％0％≤Si≤0.5％0.2％≤Mn≤2.5％0％≤Ni≤4％0％≤Cr≤4％0％≤Mo+W/2≤2％0≤Cu≤1％0％≤V+Nb/2+Ta/4≤0.5％0.005％≤Al≤0.2％0％≤B≤0.015％-视具体情况而定总量少于或等于0.2％至少一种选自硫、碲与硒的元素，-视具体情况而定至少一种选自钛和锆的元素，钛含量与半数锆含量之和小于或等于0.3％。-视具体情况而定总量少于或等于0.2％至少一种选自铅和铋的元素，-视具体情况而定少于或等于0.1％的钙，其余为铁和生产过程形成的杂质，此外，该化学组成满足下列关系式(含量以重量％表示)Cr+3×(Mo+W/2)+10×(V+Nb/2+Ta/4)≥1R＝3.8×C+10×Si+3.3×Mn+2.4×Ni+1.4×(Cr+Mo+W/2)≤11Qu＝3.8×C+1.1×Mn+0.7×Ni+0.6×Cr+1.6×(Mo+W/2)+kB≥3(当B≥0.0005％时，KB＝0.5，否则KB＝0)以及R≤Max(2.33×Qu-1，0.9×Qu+4)化学组成优选为Mo+W/2≥0.4％同样优选的是Si≤0.15％，以Si≤0.1％为更佳。最后，有必要使硼含量大于或等于0.0005％。优选地，必须选择钢的组成以便使R≤9，视具体情况而定Qu≥4.3。当钢的化学组成如下所示时可以特别有利的方式获得上述条件0.37％≤C≤0.45％0％≤Si≤0.15％0.2％≤Mn≤1.5％0％≤Ni≤0.5％0％≤Cr≤2.5％0％≤Mo+W/2≤1％0≤Cu≤1％0％≤V+Nb/2+Ta/4≤0.2％0.005％≤Al≤0.2％0.0005％≤B≤0.015％0％≤Ti+Zr/2≤0.3％该组成还满足下列关系式R≤2.33×Qu-2.4当钢含有钛或锆时-这是必要的-需要将钛或锆在制造过程中逐渐地加入钢液中以便得到非常细的氮化钛或氮化锆沉淀。优选的钛、锆与氮含量(％重量)应该为0.00003≤(N)×(Ti+Zr/2)≤0.0016在此条件下，固态钢的显微照相部分的1mm2面积上计数的尺寸大于0.1μm的氮化钛或氮化锆沉淀物的数目比以％重量的千分之一表示的呈氮化物形式的半数锆沉淀总量和呈氮化物形式的钛沉淀总数之和的4倍小。最后，本专利技术涉及一种具有本专利技术化学组成的钢块，其特征尺寸约为20-1500mm，在其各点上是马氏体或贝氏体结构，基本上不含铁素体，其各点处的硬度为250-370布氏硬度，以270-350布氏硬度为佳。本专利技术的钢还可被用于采用铸造技术制造塑料模具。现在以不意味着加以限制的方式对本专利技术进行更详细地描述，下面给出实例。为了获得所有制造塑料注塑模具所需的使用特性，该钢的化学组成包括以重量表示-0.35％以上碳，以便同时获得充分的硬度和非常好的耐磨性，在等同硬度的条件下，碳含量越高，耐磨性越佳；然而，碳含量不能太高以致无法保持令人满意的机加工性与韧性；所以，碳含量必须小于或等于0.5％；碳含量必须优选地为0.37-0.45％；-钼，优选地大于0.4％，以便增大可淬火性，尤其是增大贝氏体比例，这样便能够在厚块体内得到良好的特征均一性；钼的优点还在于能够提高耐退火性并且能够与碳形成在相同强度下可以提高耐磨性的碳化物；然而，为了使得该元素充分发挥功效，钼含量不必高于2％，以限于1％为佳，尤其是由于该元素非常昂贵，同时由于它会促使产生不利于机加工与抛光处理的偏析现象；每1％钼可以全部或部分地被2％钨置换；因此，化学组成条件被数量Mo+W/2所限定；-0-4％、优选1.5-2.5％的铬，以便在不过分破坏导热性的条件下改善可淬火性和提高抗软化性和耐磨性；-视具体情况单独或组合地存在的钒、铌或钽，V+Nb/2+Ta/4之和为0-0.5％，以小于或等于0.2％为佳，以提高硬度和耐磨性；-0.2％以上能够提高可淬火性和与硫结合的锰，但是它明显地降低了导热性；其含量被限制在2.5％，以1.5％为佳；-少于0.5％，优选少于0.15％，更好地少于0.1％的硅，这是一种用于使钢液脱氧的元素，其缺点在于非常明显地提高了钢的热阻并且促使在大尺寸块料中形成中介偏析；硅含量以尽可能低为佳；-视具体情况存在的镍，其含量为0-4％，以便提高可淬火性，以少于0.5％为佳，以便不过分地降低导热性；该元素还可以在由铁渣生产钢之时作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制造塑料或橡胶注塑模具的钢，其特征在于其化学组成含有以重量计： ０．３５％≤Ｃ≤０．５％ ０％≤Ｓｉ≤０．５％ ０．２％≤Ｍｎ≤２．５％ ０％≤Ｎｉ≤４％ ０％≤Ｃｒ≤４％ ０％≤Ｍｏ＋Ｗ／２≤２％ ０≤Ｃｕ≤１％ ０％≤Ｖ＋Ｎｂ／２＋Ｔａ／４≤０．５％ ０．００５％≤Ａｌ≤０．２％ ０％≤Ｂ≤０．０１５％ －视具体情况而定总量少于或等于０．２％至少一种选自硫、碲与硒的元素， －视具体情况而定至少一种选自钛和锆的元素，钛含量与半数锆含量之和小于或等于０．３％， －视具体情况而定总量少于或等于０．２％至少一种选自铅和铋的元素， －视具体情况而定少于或等于０．１％的钙， 其余为铁和生产过程形成的杂质，此外，该化学组成满足下列关系： Ｃｒ＋３×（Ｍｏ＋Ｗ／２）＋１０×（Ｖ＋Ｎｂ／２＋Ｔａ／４）≥１ Ｒ＝３．８×Ｃ＋１０×Ｓｉ＋３．３×Ｍｎ＋２．４×Ｎｉ＋１．４×（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｗ／２）≤１１ Ｑｕ＝３．８×Ｃ＋１．１×Ｍｎ＋０．７×Ｎｉ＋０．６×Ｃｒ＋１．６×（Ｍｏ＋Ｗ／２）＋ｋＢ≥３ （当Ｂ≥０．０００５％时，ｋＢ＝０．５，否则ｋＢ＝０）以及Ｒ≤Ｍａｘ（２．３３×Ｑｕ－１，０．９×Ｑｕ＋４）。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J比古诺特，G普里蒙，F彻诺，
申请(专利权)人：克罗索洛利工业责任有限公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]