本發明專利技術涉及一種新型耐腐蝕模具鋼，其重量百分比化學成分為：C：0.16-0.24％，Si≤0.15％，Mn≤0.15％，P＜0.015％，S＜0.005％，Cr：12.00-12.60％，N：0.13-0.20％，Ta：0.03-0.08％，C+N＝0.30-0.37％，余量為Fe及不可避免的雜質。本發明專利技術還涉及其制造方法，包括：在真空感應爐熔煉澆注成電極棒→再電渣重熔成電渣錠→鋼錠加熱鍛造成鍛坯→鍛坯退火處理；其中，鋼錠鍛造前，加熱到1100-1200℃溫度，保溫1-2小時；鍛坯退火處理中，退火溫度為830-860℃，保溫3-4小時。本發明專利技術的模具鋼具有高耐腐蝕性能、高拋光性能和低線膨脹系數，適合用于耐腐蝕的精密塑料模具的制造。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種塑料模具鋼，尤其涉及一種具有耐腐蝕性好，拋光性能好，合金成本低的塑料模具鋼，用于耐腐蝕的精密塑料模具的制造。
技術介紹
塑料制品種類繁多，包括汽車零部件如燈罩、儀表盤，光學儀器零部件如鏡頭，家用電器外殼，PVC日用塑料制品等。其中家電外殼使用的塑料是ABS+阻燃劑。某些塑料如聚氯乙烯、氟塑料、阻燃性ABS等，會分解出氯化氫、氟化氫、二氧化硫等腐蝕性氣體，對模具有一定的腐蝕作用，因此要求此類塑料制品的模具應具有耐腐蝕性能。能夠滿足耐腐蝕腐蝕性能要求的鋼種為不銹鋼。不銹鋼的廣泛應用形成了馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼等系列不銹鋼。奧氏體和鐵素體不銹鋼因強度低不能滿足模具鋼對硬度的要求 (HRC ^ 46)，馬氏體不銹鋼是一類可以通過熱處理對其性能進行調整的不銹鋼，是一類可硬化的不銹鋼。這類不銹鋼的特性決定了其在平衡相圖中必需具有奧氏體相區的存在以及能夠使合金形成耐腐蝕的鈍化膜。因此馬氏體不銹鋼成為耐腐蝕塑料模具鋼的首選鋼種，典型鋼號為4Crl3和4Crl6Mo。4Cr 13 的化學成分組成為 C :0. 36-0. 45 %、Si 彡 O. 60%、Mn 彡 O. 80%,P^O. 04%,S^O. 03%,Cr 12. 00-14. 00%,Ni < O. 60%。因C及Cr含量較高，Cr為強碳化物形成元素，故4Crl3鋼中極易形成大量的碳化物，參見附圖I (a)，碳化物的存在導致耐腐蝕性能和拋光性能下降。4Crl6Mo 的化學成分為 C :0. 33-0. 43%,Mn :0. 30-1. 00%, Si :0. 30-1. 00%,S 彡 O. 030%, P ( O. 030%, Cr 15. 00-17. 00%, Ni 0. 10-1. 0%,Mo :1. 0-1. 30%,4Crl6Mo中的Cr含量進一步提高，縮小了 Y相區，易于形成高溫鐵素體相，當鋼中的Ni含量低于O. 32%時即產生高溫鐵素體相，參見附圖l(b)，4Crl6Mo因含碳量達到O. 4%左右，鋼中同樣存在大量的碳化物，影響耐腐蝕性能和拋光性能。并且含有價格高昂的Ni，Mo等合金元素，材料成本高。CN1676653A 公開了一種 4Crl6Mo 鋼，其化學成分為 C 0. 33-0. 43 %, Mn O. 30-1. 00%,Si 0. 30-1. 00%,S ^ O. 045%,P ^ O. 045%,Cr :14-18%,Ni 0. 10-1. 00%,Mo :0. 80-1. 50% ;其余為 Fe。CN1948541A公開了一種耐腐蝕模具鋼，其化學成分為C :0. 30-0. 45 %, Mn 0.5-1. 00 %, Si 0. 2-0. 80 %, S ^ O. 03 %, P ^ O. 03 %, Cr 16. 00-18. 00 %, Mo 1.00-1. 50%, V 0. 10-0. 40%, Ni 0. 30-1. 00%, N 0. 02-0. 12%，其余為 Fe。CN1676653A和CN1948541A均為16% Cr系列耐腐蝕模具鋼，并添加了 Ni、Mo、V等合金元素，通過添加Mo元素提高耐腐蝕性能，但沒有降低碳含量，鋼中存在大量碳化物影響耐腐蝕性能，因此，對耐腐蝕性能沒有明顯改善，且成分的合金化成本較高。
技術實現思路
本專利技術提供一種新型耐腐蝕塑料模具鋼。為克服現有耐腐蝕模具鋼碳化物偏析、組織難于控制以及合金成本高的缺點，本專利技術采用微合金化思路設計一種合金元素含量較低的耐腐蝕塑料模具鋼，通過加N降C的成分設計思路，并控制C+N的總量在一個合理的區間，從而減少鋼中的碳化物，提高材料的耐腐蝕性能，并保證模具的使用硬度要求；另外添加少量合金元素Ta細化晶粒，提高韌性，使鋼種具有高耐腐蝕性能，高拋光性能、低變形以及低成本的特點。為實現上述目的，本專利技術的耐腐蝕塑料模具鋼的重量百分比化學成分為C:O. 16-0. 24%, Si ( O. 15%,Mn ( O. 15%,P < O. 015%, S < O. 005%, Cr :12. 00-12. 60%,N 0. 13-0. 20%, Ta :0. 03-0. 08%, C+N = O. 30-0. 37%，余量為 Fe。本專利技術的成分設計基于以下原理C 0. 16-0. 24%C是提高鋼的硬度和強度最為有效的元素，固溶強化作用顯著，是保證模具鋼硬度必不可少的元素。C是形成鉻碳化物等各種碳化物的不可缺少的基本元素，C含量過高會造成鋼中碳化物數量的增多及偏聚，降低韌性及耐腐蝕性能。C含量過低不能滿足模具鋼的高硬度要求。本專利技術中控制C :0. 16-0. 24%。優選為O. 17-0. 24%，或O. 16-0. 23%。N :0.13-0. 20%N是一個具有顯著固溶強化作用的元素，N和C 一樣固溶于鐵，形成間隙式固溶體，通過添加少量的N所起的固溶強化作用，為減少碳含量創造了條件，本專利技術鋼種成分設計的主要思路就是以N代C，達到降低C含量，減少碳化物，提高耐腐蝕性能和拋光性能，本專利技術中控制N含量為O. 13-0. 20%，考慮到模具鋼的高硬度要求，需保證C+N = O. 30 O. 37%。Si ^ O. 15%鋼中含有少量的Si有較好的脫氧作用，但Si含量過高則降低鋼的焊接和切削加工性能。本專利技術中控制Si含量為彡O. 15%，優選地，Si :0. 10-0. 15%。Mn ^ O. 15%鋼中Mn含量過高，有導致晶粒粗化的現象，同時增加鋼的回火脆性，因此本專利技術將Mn含量控制在較低的含量范圍，優選Mn ( O. 15%，更優選Mn :0. 10-0. 15%。P < O. 015%P元素在鋼中易在晶界處偏聚，導致鋼的脆性增加，故鋼中的P含量應盡可能低。本專利技術中控制P < 0.015%S < O. 005%S元素在鋼中以硫化物的形式存在，降低鋼的橫向延展及韌性性能，故鋼中的P含量應盡可能低。本專利技術中控制S < O. 005%。Cr 12. 00-12. 60%Cr是具有鈍化傾向的元素，Cr的重要作用是顯著提高鋼的耐腐蝕性能，鋼中Cr含量達到12%時才具有顯著的耐腐蝕性能。Cr也是強烈推遲珠光體轉變的合金元素，有利于淬透性的提高；Cr是縮小Y相區的元素，Cr含量過高將得到鐵素體組織，導致強度降低，耐腐蝕性能變差，因此Cr含量不宜過高。本專利技術中控制Cr含量為12. 0-12. 60%，優選為12. 0-12. 50%。本專利技術中還添加微量Ta :0. 03-0. 08%，在鋼中添加微量Ta元素即可起到細化晶粒提高鋼的沖擊韌性的作用，改善焊接性能。Ta含量過高則降低鋼的淬透性，因此，本專利技術中控制Ta含量為O. 03-0. 08 %，優選為O. 035-0. 075 %。本專利技術還提供上述模具鋼的制造方法。該方法包括真空感應爐熔煉澆注成電極棒一電渣重熔成電渣錠一鋼錠加熱鍛造成鍛坯一鍛坯退火處理。優選地，真空感應爐熔煉澆澆注成Φ200mm電極棒。優選地，電渣重熔成Φ 300mm的電渣錠。 優選地，鋼錠加熱鍛造成100*100mm的鍛坯。其中，電渣錠鍛造之前先加熱到1100-1200°C，保溫1本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種模具鋼，其重量百分比化學成分為：C：0.16？0.24％，Si≤0.15％，Mn≤0.15％，P＜0.015％，S＜0.005％，Cr：12.00？12.60％，N：0.13？0.20％，Ta：0.03？0.08％，C+N＝0.30？0.37％，余量為Fe及不可避免的雜質。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：張洪奎，張恒，陳建亭，莊偉，張杉，童英豪，吳曉春，袁森，
申請(專利權)人：寶山鋼鐵股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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