高纯净度高硬度ZW680塑料模具钢的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高纯净度高硬度时效硬化ZW680塑料模具钢的制备工艺，制备工艺的步骤包括：配料

【技术实现步骤摘要】
高纯净度高硬度ZW680塑料模具钢的制备方法


[0001]本专利技术涉及模具钢制造
，具体涉及一种高纯净度高硬度时效硬化ZW680塑料模具钢的制备工艺。

技术介绍

[0002]塑料模具是塑料成型加工工业的重要工艺装备，应用越来越广泛，其钢材耗用量大，品种规格多，在模具钢中占有较大比例。我国目前用于塑料模具的钢种，按钢材特性和使用时的热处理状态分类可以分为：碳素塑料模具钢、渗碳型塑料模具钢、预硬型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢、耐蚀型塑料模具钢、易切削塑料模具钢、镜面加工用塑料模具钢等。
[0003]塑料模具钢工作时既要承受炽热的塑料熔融液的冲刷磨损，又要承受氯、氟等有害气体的腐蚀。塑料模具钢需具有良好的淬透性、切削性、耐腐蚀性、抛光性，花纹刻蚀性等性能。

技术实现思路

[0004]基于上述技术问题，本专利技术提出一种高纯净度高硬度时效硬化ZW680塑料模具钢的制备方法，具体通过如下技术手段实现：
[0005]所述制备方法包括如下工艺步骤：
[0006]步骤I：电炉冶炼，炉料由生铁、碳素返回钢及38～45wt％的废钢组成，采用氧化法在电炉中熔化冶炼，当电炉中熔体的C≤0.09％、P≤0.008％，且温度≥1640℃时进行氧化扒渣；并加入硅铁、萤石和石灰造新渣，钢水温度为1640
‑
1680℃时出钢，出钢过程中加铝进行脱氧，得到钢液。
[0007]步骤II：LF精炼，将步骤I得到的钢液在LF炉中通氩气搅拌，精炼过程全程白渣，碱度控制在R＝4.0～5.5(高碱度精炼渣具有较高的脱硫能力和吸附夹杂物能力)，待充分脱氧后进行成分微调，调整Cu、C、Mn、Mo及Ni五个元素成分，待元素均调整完毕且熔体均匀稳定之后，进行VD精炼。
[0008]步骤III：VD精炼，将步骤II得到的钢液在温度为1670～1700℃时从LF炉移至VD炉进行冶炼，VD炉内保持真空度≤60Pa，真空保持时间20～30min，真空处理后取样分析，然后采用喂Al线方式进行Al合金化(减少钢中Al2O3夹杂物)，采用氩气进行搅拌，氩气搅拌过程中保持渣面微动而不裸露钢水；成分搅拌均匀，待温度为1560～1590℃时，吊包浇注得到电极坯，出站的钢中[H]≤1.5ppm。
[0009]步骤IV：电渣重熔，(确保此钢的镜面效果，提高纯净度，进行电渣二次重熔)将步骤III得到的电极坯进行表面清理磨光，然后采用氟化钙和氧化铝二元渣系(一般均为市购的标准规格的二元渣系)进行冶炼，冶炼过程加入脱氧剂，冶炼后得到钢锭。
[0010]步骤V：锻造，将步骤IV得到的钢锭，进行装炉，装炉的炉温≤800℃，钢锭入炉后不点火，闷料1.5～2.5h后，缓慢升温至780～810℃，保温2～6h后，以≤100℃/h的速度升温至
1130～1160℃，保温3～7h，出炉锻造，锻造采用抱钳直接进行墩拔(改善中心锻透效果)，开锻温度1080～1100℃，终锻温度800～900℃。
[0011]步骤VI：去氢固溶，(该模具钢为白点敏感钢，大规格锻材需进行去氢处理)将步骤V锻造之后得到的锻材入炉后在650～680℃的温度下保温25～40h进行扩氢，然后将炉温升至860～900℃进行固溶加热，固溶保温10～20h(使钢中的碳及Al、Cu、Ni等合金元素充分固溶到奥氏体中)，保温结束后将其炉冷至400～550℃，然后出炉空冷。
[0012]步骤VII：表面处理，步骤VI固溶处理后的锻材(其硬度较低，在29～33HRC范围内，便于表面加工处理)进行表面铣光。
[0013]步骤VIII：时效，将步骤VI表面处理后得到的锻材，入炉加热至510～550℃，保温20～30h进行时效处理(时效过程中从基体中弥散析出金属间相和富铜相而使基体得到强化，该合金含有Al、Cu、Ni等合金元素，Al和Ni的作用是在时效过程中析出NiAl金属间相强化基体，Cu的作用是在时效过程中析出富铜相M2X引起强化作用)，时效保温结束后，炉冷至200
‑
300℃，然后出炉空冷，得到高纯净度高硬度时效硬化ZW680塑料模具钢产品。
[0014]作为优选，所述高纯净度高硬度时效硬化ZW680塑料模具钢按质量百分比含量计为：C：0.10
‑
0.20％，Si≤0.45％，Mn：1.35
‑
1.95％，Mo：0.25
‑
0.55％，Ni：2.80
‑
3.20％，Cu：0.7
‑
1.1％，Al：0.8
‑
1.4％，P≤0.015％，S≤0.005％，稀土：0.005
‑
0.009％，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0015]作为优选，步骤IV中的采用氟化钙和氧化铝二元渣系进行冶炼，冶炼过程加入脱氧剂，具体步骤为：用表面清理磨光后的电极坯造渣，氟化钙和氧化铝二元渣系的加入量满足公式(1)
[0016]G
渣
＝D
结2
×
π/4
×
H
渣
×
ρ
渣
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0017]其中G
渣
为二元渣系的加入量；D
结
为电极坯的结晶器直径；ρ
渣
为熔渣比重；H
渣
为渣层厚度，(其中H
渣
＝150
‑
230mm，优选H
渣
≈170～230mm)，待渣料全部融化后，稳态阶段的熔速为8～11kg/min，补缩阶段熔速为2.5～6.5kg/min，得到电渣锭，然后停电，炉冷90～110min后热送锻造工序。其中二元渣系的熔点为1340
‑
1380℃，重熔过程中二元渣系先熔化，然后电极坯熔化，电极坯的最低熔化温度为1490
‑
1510℃，电渣重熔过程中渣池的温度为1700
‑
1900℃。
[0018]作为优选，步骤I中加入的硅铁、萤石和石灰，以及步骤II中成分微调过程中加入的合金料均经过烘烤后再加入(该高纯净度高硬度时效硬化塑料模具钢中Ni和Mn含量较高，为白点敏感钢，需严格控制冶炼过程中[H]的带入量)。
[0019]作为优选，步骤II中，调整Cu、C、Mn、Mo及Ni五个元素成分，调整的目标成分含量分别为：Cu为0.90
‑
0.11wt％，C为0.14
‑
0.15wt％，Mn为1.55
‑
1.63wt％，Mo为0.24
‑
0.32wt％，Ni为3.1
‑
3.3wt％。
[0020]作为优选，步骤III中，采用喂Al线方式进行Al合金化时，保持钢水温度为1610
‑
1640℃。
[0021]作为优选，采用氟化钙和氧化铝二元渣系进行冶炼，冶炼过程加入脱氧剂(为避本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高纯净度高硬度时效硬化ZW680塑料模具钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：步骤I：电炉冶炼，炉料由生铁、碳素返回钢及38～45wt％的废钢组成，采用氧化法在电炉中熔化冶炼，当电炉中熔体的C≤0.09％、P≤0.008％，且温度≥1640℃时进行氧化扒渣；并加入硅铁、萤石和石灰造新渣，钢水温度为1640～1680℃时出钢，出钢过程中加铝进行脱氧，得到钢液；步骤II：LF精炼，将步骤I得到的钢液在LF炉中通氩气搅拌，精炼过程全程白渣，碱度控制在R＝4.0～5.5，待充分脱氧后进行成分微调，调整Cu、C、Mn、Mo及Ni五个元素成分，待元素均调整完毕且熔体均匀稳定之后，进行VD精炼；步骤III：VD精炼，将步骤II得到的钢液在温度为1670～1700℃时从LF炉移至VD炉进行冶炼，VD炉内保持真空度≤60Pa，真空保持时间20～30min，真空处理后取样分析，然后采用喂Al线方式进行Al合金化，采用氩气进行搅拌，氩气搅拌的强度为保持渣面微动而不裸露钢水；成分搅拌均匀且待温度为1560～1590℃时，吊包浇注得到电极坯，出站的钢中[H]≤1.5ppm；步骤IV：电渣重熔，将步骤III得到的电极坯进行表面清理磨光，然后采用氟化钙和氧化铝二元渣系进行冶炼，冶炼过程加入脱氧剂，冶炼后得到电渣锭；步骤V：锻造，将步骤IV得到的电渣锭进行装炉，装炉的炉温≤800℃，钢锭入炉后不点火，闷料1.5～2.5h后，缓慢升温至780～810℃，保温2～6h后，以≤100℃/h的速度升温至1130～1160℃，保温3～7h，出炉锻造，锻造采用抱钳直接进行墩拔，开锻温度为1080～1100℃，终锻温度为800～900℃；步骤VI：去氢固溶，将步骤V锻造之后得到的锻材入炉后在650～680℃的温度下保温25～40h进行扩氢，然后将炉温升至860～900℃进行固溶加热，固溶保温10～20h，保温结束后将其炉冷至400～550℃，然后出炉空冷；步骤VII：表面处理，步骤VI固溶处理后的锻材进行表面铣光；步骤VIII：时效，将步骤VI表面处理后得到的锻材，入炉加热至510～550℃，保温20～30h进行时效处理，时效保温结束后，炉冷至200
‑
300℃，然后出炉空冷，得到高纯净度高硬度时效硬化ZW680塑料模具钢产品。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高纯净度高硬度时效硬化ZW680塑料模具钢按质量百分比含量计为：C：0.10
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0.20％，Si≤0.45％，Mn：1.35
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1.95％，Mo：0.25
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0.55％，Ni：2.80
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3.20％，Cu：0.7
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1.1％，Al：0.8
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1.4％，P≤0.015％，S≤0.005％，稀土：0.005
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0.009％，余量为Fe和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤IV中的采用氟化钙和氧化铝二元渣系进行冶炼，冶炼过程加入脱氧剂，具体步骤为：用表面清理磨光后的电极坯造渣，氟化钙和氧化铝二元渣系的加入量满足公式(1)G
渣...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘道献，冯明明，曹立军，张海英，赵伟东，王朋，肖书梦，王建华，崔瑞婷，宋文建，张健，张长春，
申请(专利权)人：唐山志威科技有限公司，
类型：发明
国别省市：