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模具钢材新材料│新型非调质塑料模具钢P120M

模具钢材新材料│新型非调质塑料模具钢P120M

新型非调质塑料模具钢P120M

一、前言

传统塑料模具钢采用预硬型P20、718钢,冶金厂通过控轧、控冷及预硬化热处理,使硬度达到模具最终使用状态要求,模具厂不再进行热处理,直接加工成模具后使用。近年来,随着非调质钢的成熟及发展,在机械、汽车等行业得到了广泛应用,目前,模具行业也在积极推广使用,这种非调质型塑料模具钢具有成本低、性能优等特点,是预硬型塑料模具钢的替代钢种,具有广阔的市场前景。

二、化学成分及特点

P120M钢的化学成分见下表1,可见,该钢采用V进行微合金化,含量0.15~0.20%,同时,提高Mn含量,并含有一定量的Si和Cr。

钢种            C             Mn            Si              Cr              V              P          S

P120 M 0.45~0.51 1.20~1.50 0.30~0.60 0.20~0.40 0.15~0.20 ≤0.030 ≤0.030

三、生产工艺

⒈工艺路线

超高功率电炉初炼(UHP)-钢包精炼(LF)-真空脱气处理(VD),模铸3t锭→八五O初轧机开坯→WF5-40精轧机成材。

⒉工艺控制

该钢生产工艺控制通过优化成分设计,采取控轧、控冷工艺,使钢材组织和性能特别是硬度达到模具最终使用状态要求。

①优化成分设计,合理确定微合金化元素V含量,同时适当调整Mn、Si、Cr含量,保证通过控轧、控冷能够获得理想的显微组织和硬度。

②冶炼采用钢包精炼及真空脱气处理,减少钢中非金属夹杂物含量,降低钢中气体含量,提高钢的纯洁度。

③轧制采用控轧、控冷工艺,控制终轧温度和轧后冷却方式,以获得理想的显微组织和硬度。

四、质量水平

⒈低倍组织

该钢生产采用3t锭,总加工比大,钢材低倍组织致密,中心疏松及锭型偏析均≤1.0极。

⒉非金属夹杂物

采用精炼及真空脱气处理,该钢非金属夹杂物少,纯洁度高,见下表2。

A细        A粗      B细       B粗  C细   C粗       D细       D粗

1.0~1.5   0~1.0   1.0~1.5       0        0       0        0.5~1.5    0~0.5

⒊脱碳

因该钢属非调质型塑料模具钢,直接加工成模具后使用,故要求脱碳严格。通过工艺控制,该钢脱碳属较好水平,脱碳层深度0.20~0.50mm。见照片1、2。

该钢生产采取控温轧制、控制冷却工艺,以获得理想的显微组织,从而保证硬度,满足模具使用状态的硬度要求。结果该钢的显微组织控制较好,为细片状珠光体 极断续网状铁素体。见照片3、4。

照片3  显微组织  100×

⒌硬度

为保证塑料模具具有高的耐磨性和使用寿命,一般硬度要求HB285~330。该非调质型塑料模具钢通过微合金化及采取控轧、控冷工艺,硬度控制较好,HB300~320中上限范围。

五、讨论分析

所谓非调质钢是在中碳钢中添加微量合金元素(V、Ti、Nb、N等),通过控温轧制(锻制)、控温冷却,在铁素体和珠光体中弥散析出碳(氮)化物为强化相,使之在轧制(锻制)之后不经调质处理,即可获得调质处理后的性能。

研制的P120M钢,从化学成分上看,采用V进行微合金化,提高Mn含量,并含有一定量的Si和Cr,属铁素体-珠光体型非调质钢。该钢V含量0.15~0.20%,在钢中形成细小的V(CN)化合物弥散分布在铁素体基体上,起沉淀强化作用,从而提高钢的强度和硬度。提高Mn含量为1.20~1.50%,可增加钢中珠光体量,提高钢的强度和硬度。加入0.20~0.40%的Cr,溶入铁素体中产生固溶强化,进一步提高钢的强度和硬度。含0.30~0.60%的Si,可增加钢中铁素体的体积分数,使晶粒变细,在保证强度和硬度的前提下,有利于改善钢的韧性。

对于非调质钢,只有通过合金化与控轧、控冷相结合,才能充分发挥合金元素的作用,获得理想的显微组织,从而达到最侍的性能效果。研制的P120M钢,通过V微合金化及适当的Mn、Si、Cr含量,并采用控轧、控冷工艺,结果获得了理想的显微组织,为细片状珠体 极断续网状铁素体,且珠光体量较多,因而保证了该钢具有很高的硬度,达HB300~320,完全可满足模具使用状态的硬度要求。

六、结论

研制的非调质型塑料模具钢P120M,通过V微合金化及调整Mn、Si、Cr含量,冶炼采用钢包精炼和真空脱气处理,加工采取控轧、控冷工艺,该钢纯洁度高,低倍组织致密,显微组织为细片状珠光体 极断续网状铁素体,特别是硬度HB300~320,完全可满足塑料模具使用状态的要求,是一种新型的、具有广阔市场前景的塑料模具钢。