100-260mm厚调质态预硬化塑料模具钢板及其制造方法技术

本发明专利技术涉及100‑260mm厚调质态预硬化塑料模具钢板，钢板的化学成分按质量百分比%为C：0.35～0.45，Si：0.20～0.50，Mn：0.60～1.00，Cr：1.00～2.50，Mo：0.20～0.50，V+Ti：0.04～0.15，Als：0.01～0.04，P≤0.015，S≤0.005，其余为Fe和不可避免的杂质，钢板性能均匀，整板硬度差≤2.0HRC，钢板经超声波检测达到NB/T 47013.3板材部分І级要求。整板硬度差≤2.0HRC，钢板经超声波检测达到NB/T 47013.3板材部分І级要求，夹杂物总级别不大于2.5。本申请简化了模具钢板的化学成分，从生产工艺角度改进，减小钢板厚度方向上的差异，尤其是截面硬度的均匀性。

100 260mm thick tempered prehardened plastic mould steel plate and manufacturing method thereof

The present invention relates to 100 260mm thick tempered prehardened plastic mould steel plate, steel plate according to the quality of the chemical composition% for C:0.35 ~ 0.45, Si:0.20 ~ 0.50, Mn:0.60 ~ 1, Cr:1.00 ~ 2.50, Mo:0.20 ~ 0.50, V+Ti:0.04 ~ 0.15, Als:0.01 ~ 0.04, P = 0.015, S = 0.005, Fe and the rest the inevitable impurities, the mechanical properties of the steel plate is uniform, the whole plate hardness difference of less than 2.0HRC steel plate by ultrasonic detection to NB/T 47013.3 portion of the plate ions level requirements. The whole plate hardness difference of less than 2.0HRC steel plate by ultrasonic detection to NB/T 47013.3 portion of the plate ions level requirements, general class of inclusion is not greater than 2.5. The application simplifies the chemical composition of the die steel plate, improves from the production process point of view, reduces the difference in the thickness of the steel plate, especially the uniformity of the sectional rigidity.

【技术实现步骤摘要】
100-260mm厚调质态预硬化塑料模具钢板及其制造方法
本专利技术属于热处理模具钢板
，具体涉及一种100-260mm厚高性能调质态预硬化塑料模具钢板的生产工艺。
技术介绍
进入21世纪以来，塑料工业的快速扩张推动了国内模具产业的发展，根据统计，机电工业70%左右的零部件以模具成型，而塑料使用量更大的家用家电中80%以上的零部件是使用模具加工而成。近些年，以洗衣机筒体、大型彩电外壳、电冰箱内腔等为代表的塑料制品越来越大型化，这促进了模具的大型化发展，直接反应在模具原材料的模具钢板的厚度要求上。钢材的性能主要取决于其组织结构，而大厚度钢板往往由于其芯部冷却速度达不到要求造成性能不达标，或者是由于表面与芯部冷却速度差异大导致钢板整板性能差异大，不能满足加工以及使用要求。所以，芯部性能的控制是大厚度塑料合金模具钢板生产的主要难点之一。目前国内市场上中低端塑料合金模具钢板竞争激烈，但是仅仅局限于100mm以下厚度钢板的竞争，大厚度的塑料合金模具钢板生产的企业较少，产品性能稳定性有待提高。由于塑料合金模具钢板一般要求以预硬态交货，即客户可以将钢板直接锯切、加工和使用。所以市场上使用较多的预硬态合金模具钢板以Cr-Mo系或者Cr-Ni-Mo系的合金搭配，以GB/T1299-2014中的3Cr2Mo、3Cr2MnNiMo为代表的塑料模具钢板在正火热处理后空冷条件下即能达到较高的硬度，后通过不同的温度进行回火处理使得钢板满足用户的硬度要求，但这样的合金搭配和热处理方法只能满足薄板和常规中厚板的生产要求，当厚度超过一定的范围后则会出现表面与芯部硬度差异大的现象，对于模具钢厚板生产来说，提高芯部性能稳定性，确保整板的性能的均一性是生产难点所在。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种100-260mm厚高性能调质态预硬化塑料模具钢板的生产工艺，采用塑料合金模具钢厚板离线直立淬火+回火的工艺，在保证材料外观尺寸满足要求的条件下，大大地缩小100-260mm厚的合金模具钢板的表面和芯部性能的差异，提升了材料芯部性能的稳定性，让整板的硬度差≤2.0HRC，钢板经超声波检测达到NB/T47013.3板材部分І级要求，夹杂物级别低，钢板综合性能良好。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：一种100-260mm厚调质态预硬化塑料模具钢板，钢板的化学成分按质量百分比%为C：0.35～0.45，Si：0.20～0.50，Mn：0.60～1.00，Cr：1.00～2.50，Mo：0.20～0.50，V+Ti：0.04～0.15，Als：0.01～0.04，P≤0.015，S≤0.005，其余为Fe和不可避免的杂质，钢板性能均匀，整板硬度差≤2.0HRC，钢板经超声波检测达到NB/T47013.3板材部分І级要求。为了让钢板的厚度提高，在成分设计上较100mm以下厚度的钢板有所优化，通过添加微量的V、Ti细化晶粒，并适当提高Cr、Mo含量提升钢板淬透性能，有助于减少钢板厚度方向组织的差异，提升截面硬度的均匀性。本申请钢板整板硬度差≤2.0HRC，钢板经超声波检测达到NB/T47013.3板材部分І级要求，夹杂物总级别不大于2.5，钢板金相组织主要为回火索氏体和贝氏体。本申请钢板化学成分的设计原理如下：C：是保证钢板强度重要的元素，其固溶强化作用显著，适当的碳含量有助于提高钢的强度，但是过高的含碳量则会降低钢板韧性，对模具钢的后续加工及使用不利。本专利技术控制碳含量为0.35～0.45%。Si：是钢中重要的脱氧元素，通常以固溶强化形式提高钢的强度，适量的硅有助于提高钢的弹性极限、屈服点以及抗拉强度。本专利技术Si含量控制为0.20～0.50%。Mn：是提高钢淬透性的元素，有固溶强化的作用，是提高钢板强度的重要元素。本专利技术Mn含量控制为0.60～1.00%。Cr：是提高钢淬透性的元素，可以提高钢的强度、硬度、耐磨性以及耐腐蚀性能。另外，适当的铬含量能够抑制珠光体和多边形铁素体的形成，促进低温组织贝氏体或马氏体的转变。本专利技术将其含量控制在1.00～2.50%。Mo：可以显著提高钢的淬透性和强度。钼可以细化钢种晶粒，提高钢的淬透性、热强性能以及红硬性，且适当的钼含量能够使模具钢在高温时保持足够的强度与抗蠕变能力。本专利技术中Mo的含量控制在0.20～0.50%。Ti、V：是微合金化元素。钛是固氮的重要元素，形成的TiN可有效阻止高温加热时奥氏体晶粒的粗化；钒形成的碳氮化物在沉淀强化方面具有独特的优势，适当的钒含量可提高钢种高温高压下抗氢腐蚀能力。两者的价格方面较铌优势明显，且搭配使用有助于提高模具钢的综合性能。本专利技术控制V+Ti含量在0.04～0.15%。Al：是一种脱氧元素。适量的铝含量可有效减少钢中的夹杂物含量，酸溶铝形成弥散细小的AlN可以阻止奥氏体晶粒度的长大。但过多的铝会促进B类夹杂物的形成，对坯料表面质量有着不利的影响。本专利技术中酸溶铝含量控制在0.01～0.04%。S、P：为钢中的有害杂质元素，易形成偏析、夹杂等缺陷。其过高的含量影响模具钢的使用寿命，应尽量地减少其含量。本专利技术控制P≤0.015%、S≤0.005%。上述100-260mm厚调质态预硬化塑料模具钢板的制造方法，主要步骤包括（1）钢水经转炉冶炼，后经LF精炼和RH真空脱气，连铸前要求钢水中氢含量＜1.0ppm，钢水经直弧连铸机连铸出厚度为450mm的板坯，连铸采用10～20℃的低过热度浇铸，稳定拉速，并且采用连铸轻压下技术，保证连铸坯内部质量，连铸坯低倍达到：中心偏析C类0.5级，中心疏松0.5级，无其他中心裂纹、角裂纹、三角区裂纹，连铸坯下线后热送轧钢分厂，严格控制入炉温度；（2）采用步进炉加热连铸坯，采用分段加热方式：连铸坯均热段最高温度1280℃，加热时间在常规合金结构钢坯料工艺的基础上延长2小时，均热时间是控制在3～5小时，减缓合金元素偏析，避免后续相变过程中因合金元素偏析导致的组织差异。（3）采用高温低速大压下轧制工艺，开轧温度控制在1100～1160℃，终轧温度≥900℃，大压下轧制的第一阶段再结晶区轧制，要求前三道次总压下量≥150mm，高温大压下保证轧制力能够渗透到坯料芯部，确保厚板芯部组织细化，有助于提升合金模具钢厚板芯部性能的稳定性。轧制过程中采用高压水除鳞，轧后钢板在表面400～500℃时下线堆缓冷，缓冷时间＞72小时，缓冷至室温有助于充分降低钢板中残留的H含量，提升钢板探伤质量。（4）轧后钢板进台车炉加热，加热温度880±10℃，保温时间2.0-3.0min/mm，钢板出炉后吊至直立式板坯淬火机淬火，淬火速率控制在0.1～0.5℃/s，要求快速吊运钢板，保证入水温度，避免钢板降温过快，影响淬火质量；淬火过程中开通体池内供气和补水装置，一方面可以打破入水钢板表面的蒸汽薄膜，达到快速冷却的目的，另一方面可以搅拌池内的淬火介质，达到均匀淬火的目的，开通补水装置保证淬火池温度≤45℃；（5）淬火后钢板及时入台车炉做回火热处理，入炉后先在200℃保温2～4小时后升温，此步骤一方面是为了去除钢板的内应力，遏制形成表面裂纹的趋势，另一方面是为了减少后面升温过程中板在厚度方面的温度差，这也是保证整板硬度均匀性的重要工序。回火温度550～6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种100‑260mm厚调质态预硬化塑料模具钢板，其特征在于：钢板的化学成分按质量百分比%为C：0.35～0.45，Si：0.20～0.50，Mn：0.60～1.00，Cr：1.00～2.50，Mo：0.20～0.50，V+Ti：0.04～0.15，Als：0.01～0.04，P≤0.015，S≤0.005，其余为Fe和不可避免的杂质，钢板性能均匀，整板硬度差≤2.0HRC，钢板经超声波检测达到NB/T 47013.3板材部分І 级要求。

【技术特征摘要】
1.一种100-260mm厚调质态预硬化塑料模具钢板，其特征在于：钢板的化学成分按质量百分比%为C：0.35～0.45，Si：0.20～0.50，Mn：0.60～1.00，Cr：1.00～2.50，Mo：0.20～0.50，V+Ti：0.04～0.15，Als：0.01～0.04，P≤0.015，S≤0.005，其余为Fe和不可避免的杂质，钢板性能均匀，整板硬度差≤2.0HRC，钢板经超声波检测达到NB/T47013.3板材部分І级要求。2.根据权利要求1所述100-260mm厚调质态预硬化塑料模具钢板，其特征在于：整板硬度差≤2.0HRC，钢板经超声波检测达到NB/T47013.3板材部分І级要求，夹杂物总级别不大于2.5，钢板综合性能良好，钢板金相组织主要为回火索氏体和贝氏体。3.一种制造权1或权2所述的100-260mm厚调质态预硬化塑料模具钢板的方法，其特征在于：步骤包括（1）钢水经转炉冶炼，后经LF精炼和RH真空脱气，连铸前要求钢水中氢含量＜1.0ppm，钢水经直弧连铸机连铸出厚度为450mm的连铸板坯，连铸采用10～20℃的低过热度浇铸，稳定拉速，并且采用连铸轻压下技术，保证连铸坯内部质量，连铸坯低倍达到：中心偏析C类0.5级，中心疏松0.5级，无其他中心裂纹、角裂纹、三角区裂纹，连铸坯下线后热送轧...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄军，何广霞，高助忠，李经涛，葛恒贵，吴扬，储炜清，
申请(专利权)人：江阴兴澄特种钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32