一种时效硬化型塑料模具钢防白点控制方法

摘要

本发明公开一种时效硬化型塑料模具钢防白点控制方法，目的是防止锻后产生白点。为实现上述目的本发明的技术方案是锻后不进行去氢退火，而直接进行固溶处理，直接进行固溶处理工艺，使钢中的氢尚未来得及聚集，而直接被均匀的固定在钢中，使其达不到产生白点的氢浓度，从而避免产生白点缺陷；再配合适宜的回火工艺，充分去除钢中的残余应力，防止了白点的发生。本发明与现有技术相比具有下列优点：①取消锻后去氢退火工序，锻后直接固溶处理，再通过固溶后适宜的回火工艺，防止白点的发生，同时使成品扁钢进行预硬化，硬度均匀；②节约生产时间，减少炉台占用，降低了能源的消耗，从而降低了生产成本。

说明书

技术领域

本发明属于金属热处理技术领域，具体涉及一种时效硬化型塑料模具钢防白点控制方法。

背景技术

模具钢是特殊的合金钢，10Ni3MnCuAl是时效硬化型塑料模具钢，属于低合金析出硬化钢。10Ni3MnCuAl钢突出的特点是固溶处理后变软，可进行冷加工，待制成模具后再进行时效处理，既保证其使用性能又减小热处理变形；钢的综合力学性能好，淬透性高，有很好的抛光性能、氮化性能、电加工性能、焊补性能和花纹图案刻蚀性能，适宜制作大型塑料模具，也可用于制造低熔点合金用的压铸模具等。然而10Ni3MnCuAl是一种白点敏感性强的钢种，特别大尺寸锻制扁钢在雨季时更为敏感；白点是由于在钢内的氢在应力作用下产生的一种裂纹缺陷。溶解在钢液中的氢在钢锭凝固时留在钢内形成的固溶体，呈过饱和状态，在热加工后的冷却过程中，当冷速较快时，尤其是在200℃左右，原子氢转变为分子氢，未逸出的氢分子存在于晶界间，在钢材中产生极大的压力而形成裂纹。

目前国内外没有成形的10Ni3MnCuAl钢的预防白点技术经验，在生产10Ni3MnCuAl钢时一般采取长时间的去氢退火工艺，原理是在氢溶解度最低的温度下长时间保温，使钢中氢扩散逸出，以减少钢中氢含量，防止白点的发生。但目前去氢退火工艺退火时间长能源消耗大，同时不能彻底杜绝白点的发生。

发明内容

本发明公开一种时效硬化型塑料模具钢防白点控制方法，目的是防止锻后产生白点。

为实现上述目的本发明的技术方案是锻后不进行去氢退火，而直接进行固溶处理，再配合以适宜的回火工艺。

具体工艺步骤：

1.炼钢工艺：

①10Ni3MnCuAl钢化学成分(％)：C：0.10～0.20，Si：不大于0.45，Mn：1.40～2.00，Mo：0.20～0.50，Ni：2.90～3.40，Cu：0.80～1.20，Al：0.70～1.30，S：不大于0.015，P：不大于0.030，其余为Fe和不可避免的杂质。

②采用UHP+LF+VD冶炼电极，VD在一定真空度下保持足够长时间，控制钢中氢含量不大于2×10^-6。

③采用电渣炉冶炼钢锭。

2.锻造工艺：

①采用多火次多方向锻造，控制总锻比不小于5，镦粗比不小于2。

②终锻温度为不低于850℃。

3.热处理工艺：

①成品扁钢锻后红送热处理(见图1)，控制升温速度不大于100℃/h，防止升温过快导致钢材加热过程温度不均引起开裂；固溶温度为870℃～900℃，固溶保温时间12h～13h，使组织充分转变；炉冷至300℃～350℃进行回火处理。

②成品扁钢固溶后按照厚度进行回火处理，其中厚度不大于200mm的扁钢采用一段回火处理(见图2)；控制升温速度不大于100℃/h，防止升温过快导致钢材加热过程温度不均引起开裂；回火温度采用500℃～550℃，回火保温时间不少于20h，使组织充分转变；炉冷至不高于200℃出炉，减少残余组织应力。

③厚度大于200mm的扁钢采用两段回火处理，回火温度均采用500℃～550℃(见图3)。控制升温速度不大于100℃/h，防止升温过快导致钢材加热过程温度不均引起开裂；每段回火保温时间不少于20h，使组织充分转变。第一段炉冷至高大于200℃出炉，再装炉进行第二次回火处理。第二次回火完毕炉冷至不高于350℃后可按不大于20℃/h冷却到不高于100℃出炉，减少残余组织应力。

4.成品材探伤及硬度指标

①实物料探伤水平达到SEP1921标准E/e级别。

②成品钢材预硬状态交货，钢材交货硬度(HRC)37～43。

对本发明发明点的说明：首次提出10Ni3MnCuAl钢锻后不进行去氢退火，而直接进行固溶处理工艺，使钢中的氢尚未来得及聚集，而直接被均匀的固定在钢中，使其达不到产生白点的氢浓度，从而避免产生白点缺陷；再配合适宜的回火工艺，充分去除钢中的残余应力，不但防止了白点的发生，同时在锻后热处理过程中节约时间，减少炉台占用，降低了能源的消耗，从而降低了生产成本，提升产品的竞争力。

固溶温度的高低，对扁钢硬度影响不大，但是冷却速度对扁钢的组织影响较大；扁钢固溶后的组织为板条马氏体+粒状贝氏体，冷却速度越快，组织中板条马氏体含量越多；所以选择固溶后采用炉冷方式降温，使组织中含有大量粒状贝氏体，可使扁钢加工成模具后内应力减小、易于后期机械加工。

成品扁钢固溶后厚度不大于200mm的扁钢采用一段回火处理。因10Ni3MnCuAl钢回火温度在500℃左右时有硬化峰，此时钢材的硬度值(HRC)37～43，且不随回火时效时间的延长而变化，这样的硬度非常适于模具表面抛光。

厚度大于200mm的扁钢采用两段回火处理，因扁钢厚度较大，一次回火组织转变不易完全，且应力消除不够彻底，故采用两段回火方式。

本发明与现有技术相比具有下列优点：

①取消锻后去氢退火工序，锻后直接固溶处理，再通过固溶后适宜的回火工艺，防止白点的发生，同时使成品扁钢进行预硬化，硬度均匀；

②节约生产时间，减少炉台占用，降低了能源的消耗，从而降低了生产成本。

附图说明

图1是10Ni3MnCuAl扁钢固溶工艺曲线；

图2是厚度不大于200mm的10Ni3MnCuAl扁钢回火工艺曲线；

图3是厚度大于200mm的10Ni3MnCuAl扁钢回火工艺曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。

按照上述技术方案实施，提供以下五项优选实施例。

实施例1

10Ni3MnCuAl成品扁钢，尺寸外形为126mm×810mm。

1.冶炼：采用UHP+LF+VD冶炼电极，出钢氢含量1.8×10^-6，电渣炉电渣重熔Φ750mm电渣锭；

2.锻造：一镦一拔生产，锻比7.6，镦粗比2，终锻温度为870℃；

3.热处理：成品扁钢锻后红送热处理，固溶温度为880℃，固溶后进行一段回火处理，保温后随炉冷却至200℃出炉。

4.理化检验结果

①扁钢化学成分分析结果见表1。

表1

②热处理后的成品材按SEP1921超声波探伤，满足E/e级别，合格。

③扁钢两个端面硬度值(HRC)38.5～41.1，合格。

实施例2

10Ni3MnCuAl成品扁钢，尺寸外形为180mm×680mm。

1.冶炼：采用UHP+LF+VD冶炼电极，出钢氢含量2.0×10^-6，电渣炉电渣重熔Φ610mm电渣锭；

2.锻造：二镦二拔生产，锻比6.3，镦粗比2，终锻温度为870℃；

3.热处理：成品扁钢锻后红送热处理，固溶温度为880℃，固溶后进行一段回火处理，保温后随炉冷却至200℃出炉。

4.理化检验结果

①扁钢化学成分分析结果见表2。

表2

②热处理后的成品材按SEP1921超声波探伤，满足E/e级别，合格。

③扁钢两个端面硬度值(HRC)39.8～42，合格。

实施例3

10Ni3MnCuAl成品扁钢，尺寸外形为280mm×605mm。

1.冶炼：采用UHP+LF+VD冶炼电极，出钢氢含量1.6×10^-6，电渣炉电渣重熔Φ750mm电渣锭；

2.锻造：二镦二拔生产，锻比6.8，镦粗比2，终锻温度为880℃；

3.热处理：成品扁钢锻后红送热处理，固溶温度为880℃，固溶后进行两段回火处理，保温后随炉冷却至350℃后按20℃/h冷却到100℃出炉。

4.理化检验结果

①扁钢化学成分分析结果见表3。

表3

②热处理后的成品材按SEP1921超声波探伤，满足E/e级别，合格。

③扁钢两个端面硬度值(HRC)38～37.7，合格。

实施例4

10Ni3MnCuAl成品扁钢，尺寸外形为330mm×810mm。

1.冶炼：采用UHP+LF+VD冶炼电极，出钢氢含量1.9×10^-6，电渣炉电渣重熔Φ1100mm电渣锭；

2.锻造：一镦一拔生产，锻比6.7，镦粗比2，终锻温度为890℃；

3.热处理：成品扁钢锻后红送热处理，固溶温度为880℃，固溶后进行两段回火处理，保温后随炉冷却至350℃后按20℃/h冷却到100℃出炉。

4.理化检验结果

①扁钢化学成分分析结果见表4。

表4

②热处理后的成品材按SEP1921超声波探伤，满足E/e级别，合格。

③扁钢两个端面硬度值(HRC)38～40.9，合格。

实施例5

10Ni3MnCuAl成品扁钢，尺寸外形为405mm×805mm。

1.冶炼：采用UHP+LF+VD冶炼电极，出钢氢含量1.5×10^-6，电渣炉电渣重熔Φ1100mm电渣锭；

2.锻造：一镦一拔生产，锻比5.5，镦粗比2，终锻温度为890℃；

3.热处理：成品扁钢锻后红送热处理，固溶温度为880℃，固溶后进行两段回火处理，保温后随炉冷却至350℃后按20℃/h冷却到100℃出炉。

4.理化检验结果

①扁钢化学成分分析结果见表5。

表5

②热处理后的成品材按SEP1921超声波探伤，满足E/e级别，合格。

③扁钢两个端面硬度值(HRC)37.4～41.1，合格。