[发明专利]一种预硬型镜面塑料模具钢及其冶炼方法

说明书

本发明涉及一种预硬型镜面塑料模具钢及其冶炼方法，所述模具钢是由下述质量百分比含量的元素组成：C：0.20‑0.25%、Si：0.50‑0.70%、Mn：1.80‑2.00%、S≤0.005、P≤0.015、Cr：3.0‑5.0%、Mo：0.30‑0.50%、Ni：0.01‑0.03%、Al≤0.01、N≤0.005、B：00008‑0.0015%，其余为Fe和不可避免杂质，同时上述化学成分还必须满足公式：（1）B=0.043%+0.625S‑0.128C‑0.0031Cr‑0.0036Mo；（2）Al=‑0.034%‑0.167C+5.69S+0.696Ti+9.87N；其冶炼方法包括KR脱硫—130t转炉—LF—RH—板坯连铸—铸坯缓冷；本发明制得的塑料模具特厚钢板的洛氏硬度HRC28‑34，最大截面硬度差≤3HRC，满足预硬化高镜面塑料模具制作要求。

技术领域

本发明涉及塑料模具钢技术领域，特别是一种预硬型镜面塑料模具钢及其冶炼方法。

背景技术

塑料成型加工是塑料工业的重要组成部分，只有通过成型才能使塑料变成具有使用价值的制品。随着塑料工业的发展，对透明塑件和外观光亮件需求的迅速增加，对注射模型腔表面粗糙度值的要求越来越高，镜面性能就成为评价塑料模具钢工艺性能的一项重要指标。模具制造过程分为模具设计、模具选材、材料铣削、模具粗加工、模具精加工、线切割、电火花等，最后一道加工工序——抛光。抛光加工可去除残余在模具零件表面的磨削痕、刀具痕、放电痕，以及放电加工表面白质层，改善表面粗糙度，达到模具表面镜面要求。高镜面模具除了增加工件的美观外，还能够改善模具型腔表面的耐腐蚀性、耐磨性，使塑胶制品易于脱模，减少注射成型周期，因而模具钢的高镜面性能是塑料模具用钢的一项具有重要意义的工艺性能指标。

相关研究发现，模具钢的良好镜面抛光性主要取决于钢的组织致密性、硬度均匀性、纯净度、夹杂物形态等因素，模具钢材内部不允许有DS类大颗粒夹杂物的存在。高品质模具就是在模具钢具有优良冶金质量的基础上，再结合各种先进的抛光工艺，制作成高镜面模具。因此，在镜面塑料模具用钢方面，除要求钢材截面方向硬度均匀性外，还要控制夹杂物类型及尺寸大小。也就是说，在保证模具钢使用性能的基础上，提升冶金质量显得尤为重要。钢质纯净度高，钢材内部的各种夹杂物和气孔少，能提高材料的抛光效果。

预硬化是指钢厂通过热处理达到模具使用时的硬度要求，这样，形状复杂、精密的大中型塑料模具在制作完成后不再需要热处理，避免模具在热处理过程中产生变形和开裂，从而保证模具的制造精度。

严格控制冶金工艺可提高钢质纯净度高，减少钢材内部的气体和夹杂物，能提高模具钢材的镜面性能。但各种冶金工艺都服从于最终的使用性能，满足最终使用要求的综合性能才具有实用意义，设计恰当的化学成分是综合解决预硬化镜面塑料模具钢源头。根据Ni含量的不同，我国预硬化镜面塑料模具钢可分为低Ni和高Ni两大系列，本案采用的方案为低Ni型。

预硬化镜面塑料模具钢是小众产品，现有技术中的相关报道比较少。

申请号200810060480.5的中国专利申请公开了一种淬硬型易切削镜面塑料模具钢，是一种兼具淬硬性、易切削性、镜面抛光和耐蚀性的新型塑料模具钢，采用的化学成分（重量百分比，%）C：0.30-0.70、Si≤1.0、Mn≤0.90、Cr：7.0-11.5、Cu≤1.0、Ni≤2.5、B：0.30-0.75、S≤0.10、P≤0.04，其余为Fe和不可避免杂质。采用的生产工艺为电炉—模铸—锻打开坯—退火—二次锻打—球化退火—调质热处理，典型金相组织为马氏体基体和少量共晶B化物，钢材的硬度为56-58HRC，铣削表面质量达到Ra≤0.20μm。该方案合金成本高，含Cr：7.0-11.5%、Ni≤2.5，工艺流程长，模铸、锻打开坯将带来成材率不高，多次热处理，既增加工艺成本，还导致烧损增加。