高耐磨高硬度易切削高端镜面塑料模具钢及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高耐磨高硬度易切削高端镜面塑料模具钢及其制备方法，所述模具钢的成分按重量百分比计如下：C：0.50％‑0.57％，Si：0.70％‑1.00％，Mn：1.40％‑1.90％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：1.50％‑2.30％，Mo：0.28％‑0.38％，B：0.001％‑0.002％，固体强化‑润滑剂：1.75％‑1.98％，余量为Fe及不可避免杂质。制备方法，包括冶炼‑连铸‑均热‑两阶段控制轧制‑热处理；使该种塑料模具钢具有67HRC‑69HRC的高硬度，均质度达2HRC，横向冲击性能达80J‑83J，纵向冲击性能达88J‑90J，远高于进口塑料模具钢1.2738，该种塑料模具钢抛光后表面质量达到国标14级标准。

High wear resistance, high hardness and easy cutting high-end mirror plastic mould steel and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
高耐磨高硬度易切削高端镜面塑料模具钢及其制备方法
本专利技术属于金属材料领域，尤其涉及一种具有高耐磨性高硬度的易切削高端镜面塑料模具钢及其制备方法。
技术介绍
现今，工业发达国家的塑料成型用模具产值已在模具总产量中占首位，根据塑料品种在性能上的差异及形状尺寸、质量精度的要求，对模具钢材料要求主要包括适当的力学性能、良好的切削加工性能、较好的抛光、花纹蚀刻、耐蚀等。汽车业和大型家电制造业是塑料模具消费的重要用户，在此类模具的生产环节中，相对于模具钢模块生产成本，产品机加工所需的费用往往更高，在某些特殊产品制造中甚至可达到整个模具成本的80％，与此同时，产品生命周期的缩短和更新换代速度的加快倒逼着模具生产时间压缩，良好的机加工性能已成为判定模具钢材料质量的一个重要指标。为结合市场需求，改善塑料模具钢的被切削性能及其他综合力学性能，一般在材料中加入各类适量的合金元素，因此调整配比，优化成分设计及生产工艺成为各国学者研究的重点。专利技术《一种新型塑料模具钢SPM及其制备方法》(申请号：201811595815.3)公开了一种新型塑料模具钢SPM，其成分质量分数为C：0.25％-0.29％，Si：0.15％-0.35％，Mn：1.4％-1.6％，Cr：1.25％-1.45％，Mo：0.40％-0.60％，Ni：1.1％-1.2％，V：0.1％-0.15％。较现有钢种718降低C、Cr的质量分数，提高Mo、Ni的含量，增加了合金元素V，不仅提高了合金成本，均质度4HRC达不到优质钢的性能均匀性要求。专利技术《新型高韧性高抛光高耐腐蚀的塑料模具钢及其制备方法》(申请号：201811524548.0)公开的技术方案塑料模具钢成分为C：0.18％-0.3％，Si：0.1％-0.5％，Mn：0.3％-0.48％，Cr：11.5％-12.8％，Mo：0.15％-0.4％，V：0.4％-0.7％，Ni：0.3％-0.59％，稀土：0.003％-0.009％。该塑料模具钢硬度为42.2-47.7HRC，冲击功为368-399J，回火稳定性显著改善，具有更优越的耐磨性你那个等，但硬度均质性较差。申请号为201711181166.8的专利《一种具有抗腐蚀性的塑料模具钢及其制造方法》中C：0.45％-0.55％，Si：0.40％-0.80％，Mn：0.80％-1.60％，V：0.10％-0.25％，N：0.007％-0.015％，Al：0.005％-0.050％，Ni：3.5％-4.0％，Cr：8.5％-10.5％，Cu：0.25％-0.45％，Cr+Ni＝12％-14.5％，采用锻造-保温回火-粗加工、热轧-高温回火-精加工、锻造-回火-冷却的生产工艺路线较为复杂、生茶周期长，与目前模具制造业的发展方向不符。专利技术《一种易切削塑料模具钢及其热处理方法》(申请号：201510897021.2)公开了一种塑料模具钢，其成分为C：0.26-0.28，Mn：1.4-1.8，Si：0.4-0.5，Cr：1.3-1.5，Mo：0.2-0.4，S：0.06-0.07，Pb：0.06-0.07，N≤0.01，P≤0.025，Cu≤0.1，Ni≤0.15，成分内添加了S和Pb使模具钢的切削性能提高，使该种模具钢具有较高硬度，但是不能保证冲击韧性及性能均质性。专利技术《一种塑料模具钢的热处理工艺》(申请号：201711004718.8)公开的技术方案中采用连续回火处理三次，总回火时间为10-16h，全截面硬度为30-35HRC，其生产成本高，生产周期长且产品硬度没有改善。专利技术《一种高韧性塑料模具钢及其生产方法》(申请号：201711181181.2)公开一种塑料模具钢，其成分为C：0.55-0.75，Mn：2.00％-3.50％，Mo：0.45％-0.50％，Cr：2.00％-3.00％，Sr：0.40％-0.60％，Ni：0.80％-1.20％，S：0.02％-0.04％，V：0.20％-0.30％，Ca：0.004％。采用正火加回火的热处理工艺使晶粒得到细化，冲击韧性较高，易切削效果明显，但是没有具体性能指标，无法比较。专利技术《塑料模具钢及其制备方法》(申请号：200710038193.X)公开的塑料模具钢中Cu：0.6％-2.3％，Ni：0.36％-1.00％，Ni/Cu比大于1/3且小于等于1/2，其Ni/Cu比较低，易在钢的表面形成铜的富集层，使基体和表面之间的结合松脆，使晶界强度变低，易在高温下形成裂纹，发生开裂。专利技术《一种合金塑料模具钢板及其生产方法》(申请号200910312255.0)公开的一种塑料模具钢板表面硬度≥280HB，并不能代表截面硬度，不能说明钢板均质性问题。综上所述，我国应继续加强高端模具钢的发展和研究，结合自身能源、技术等优势，形成自己的系列，使我国塑料模具钢的生产达到标准化、精细化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述问题和不足而提供一种高耐磨高硬度易切削高端镜面塑料模具钢及其制备方法，兼顾成本及模具钢性能，使其具有高耐磨性高硬度低的表面粗糙度同时易切削的优异综合性能及高效的生产流程。本专利技术目的是这样实现的：一种高耐磨高硬度易切削高端镜面塑料模具钢，所述模具钢的成分按重量百分比计如下：C：0.50％-0.57％，Si：0.70％-1.00％，Mn：1.40％-1.90％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：1.50％-2.30％，Mo：0.28％-0.38％，B：0.001％-0.002％，固体强化-润滑剂：1.75％-1.98％，余量为Fe及不可避免杂质。所述模具钢中固体强化-润滑剂的成分按重量配比如下：Ti：Mg：Al：Fe＝(2.0-3.1)：(1.0-2.1)：(3.0-4.1)：(212.5-237.5)，Ti、Mg、Al、Fe于行星式球磨机中球磨24h以上，形成过饱和固溶体，采用热等静压的方式成型，Ti、Mg、Al在所述模具钢以纳米级氧化物形式弥散分布。投入钢包中冶炼，经连铸-轧制-热处理等系列工艺，固体强化-润滑剂各元素与模具钢中合金元素相互作用在成品钢板中可形成细小弥散的纳米结构氧化物均匀的分布在钢中，其作用有二：一是纳米级氧化物在钢中均匀弥散分布既可显著提高强度和硬度，又可细化晶粒，起到细晶强化作用同时提高韧性；二是纳米级氧化物颗粒可作为塑性粘结剂和固体润滑剂减少补偿和摩擦时的磨损，特别是氧化物颗粒弥散分布于材料的基体中能有效减少刀具的磨损和提高切削性能。本专利技术成分设计理由如下：C：是钢中最传统、最经济的强化元素，可以在钢中形成弥散析出合金碳化物，因此它对强度、塑韧性和焊接性等影响极大同时也是控制马氏体强度的关键因素。对塑料模具钢而言，钢中的碳一部分进入钢的基体中引起固溶强化，另外一部分碳将和合金元素中的碳化物形成元素结合成合金碳化物。C含量不同的钢，经热处理到相同硬度时，C含量高的钢其耐磨性较好，模具钢抗磨损能力也随C含量的增加而提高。为保证塑料模具钢的综合性能并提高耐磨性能，本专利技术选择加入C含量为0.50％-0.57％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高耐磨高硬度易切削高端镜面塑料模具钢，其特征在于，所述模具钢的成分按重量百分比计如下：C：0.50％-0.57％，Si：0.70％-1.00％，Mn：1.40％-1.90％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：1.50％-2.30％，Mo：0.28％-0.38％，B：0.001％-0.002％，固体强化-润滑剂：1.75％-1.98％，余量为Fe及不可避免杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种高耐磨高硬度易切削高端镜面塑料模具钢，其特征在于，所述模具钢的成分按重量百分比计如下：C：0.50％-0.57％，Si：0.70％-1.00％，Mn：1.40％-1.90％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：1.50％-2.30％，Mo：0.28％-0.38％，B：0.001％-0.002％，固体强化-润滑剂：1.75％-1.98％，余量为Fe及不可避免杂质。


2.根据权利要求1所述的一种高耐磨高硬度易切削高端镜面塑料模具钢，其特征在于，所述模具钢中固体强化-润滑剂的成分按重量配比如下：Ti：Mg：Al：Fe＝(2.0-3.1)：(1.0-2.1)：(3.0-4.1)：(212.5-237.5)，Ti、Mg、Al、Fe于球磨机中球磨24h以上，形成过饱和固溶体，Ti、Mg、Al在所述模具钢以纳米级氧化物形式弥散分布。

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【专利技术属性】
技术研发人员：冯丹竹，赵坦，范刘群，石锋涛，隋轶，王勇，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21