康文舉

（1.北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京　100081；2.南陽漢冶特鋼有限公司，河南南陽　474500）

特厚高精度塑料模具鋼718研發(fā)實(shí)踐

康文舉1，2

（1.北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京100081；2.南陽漢冶特鋼有限公司，河南南陽474500）

主要介紹特厚高精度塑料模具鋼718鋼板的生產(chǎn)工藝，重點(diǎn)分析熱處理工藝參數(shù)對(duì)鋼的硬度影響，得出最佳預(yù)硬化效果的工藝參數(shù)，即880℃正火，580℃回火，此時(shí)硬度可滿足用戶要求。

塑料模具鋼；特厚板；718；預(yù)硬化

718鋼是國際上應(yīng)用廣泛的塑料模具鋼，該鋼加入合金元素Cr、Mo、Ni等，大大提高了防銹性能和拋光性能，其拋光性能、強(qiáng)度、淬透性能等指標(biāo)均高于P20。淬透性高，可以使大截面的鋼材在熱處理后具有較均勻的硬度分布，有很好的拋光性能及低的粗糙度值。由于該鋼主要用于制作高精密塑料模具，因此要求鋼質(zhì)純凈，組織致密，鋼板硬度要求范圍窄，且均勻度要求高，要求具有良好的可加工性和耐磨性。該鋼適宜制造大型、特大型塑料模具，如洗衣機(jī)、電視機(jī)外殼模具，也可應(yīng)用于低熔點(diǎn)合金如錫、鋅、鋁合金的壓鑄模等。

表1　718化學(xué)成分

南陽漢冶特鋼有限責(zé)任公司結(jié)合現(xiàn)有工藝裝備水平和生產(chǎn)能力，在轉(zhuǎn)爐-LF+VD精煉-模鑄澆注-3 800mm軋機(jī)軋制-熱處理生產(chǎn)線，成功開發(fā)了150～250mm特厚高精度塑料模具鋼718并實(shí)現(xiàn)成功供貨。該鋼種的成功開發(fā)使?jié)h冶特鋼在高精度模具用鋼方面形成規(guī)?；a(chǎn)，提升了南陽漢冶特鋼的市場(chǎng)知名度和競(jìng)爭(zhēng)力。

1　718鋼板技術(shù)要求

1.1718鋼板化學(xué)成分要求

該批718鋼板和用戶簽訂具體技術(shù)協(xié)議，其化學(xué)成分見表1。從表1可以看出，客戶要求較低的有害元素P、S的含量。

1.2718鋼板性能及其他要求

鋼板厚度150～250mm，交貨硬度290～330HB，同板硬度差小于30HB，探傷標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行JB/T 4730.3標(biāo)準(zhǔn)，合格級(jí)別符合Ⅰ級(jí)，低倍組織應(yīng)無嚴(yán)重的夾雜、縮孔、發(fā)紋、裂紋，鋼板表面質(zhì)量參照GB3274-2008標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

1.3交貨狀態(tài)

正火+回火。

2　研發(fā)方案

2.1生產(chǎn)工藝路線

鐵水脫硫→轉(zhuǎn)爐→LF精煉→VD真空處理→模鑄澆注→脫?！鸁崆濉撳V加熱、軋制、堆冷→熱處理→精整→成品檢測(cè)→入庫。

表2　718成分設(shè)計(jì)方案

2.2成分設(shè)計(jì)

碳為強(qiáng)間隙固溶強(qiáng)化元素，對(duì)模具鋼硬度、韌性及耐磨性起決定性作用，鋼板最終硬度、強(qiáng)度和耐磨性隨鋼中碳含量增加而提高，但焊接性及韌性下降。因此，在保證718硬度的同時(shí)保持高強(qiáng)韌性，可適宜地降低碳含量增加合金含量。錳熔于鐵素體和滲碳體，可提高鋼的強(qiáng)度和硬度。此外，Mn和S形成高熔點(diǎn)的MnS，從而減輕S對(duì)鋼的有害作用。因此，Mn含量盡量走中上限。鉻能增加鋼的淬透性和抗回火穩(wěn)定性并有二次硬化作用，可提高鋼的硬度和耐磨性。鉬抑制奧氏體到珠光體轉(zhuǎn)變的能力最強(qiáng)，從而提高模具鋼的淬透性，另在較高回火溫度下，可形成彌散分布的特殊碳化物，有二次硬化作用，提高模具鋼的熱強(qiáng)性和蠕變強(qiáng)度。鎳起固溶強(qiáng)化及提高淬透性的作用。細(xì)化鐵元素體晶粒，在強(qiáng)度相同的條件下，提高鋼的塑性和韌性，特別是低溫韌性。與鉻、鉬等聯(lián)合使用，提高鋼的熱強(qiáng)性和耐蝕性。

鋼中磷和硫在凝固過程中形成磷化物和硫化物在晶界沉淀，因而產(chǎn)生晶間脆性，使鋼的塑性降低，不僅使鋼錠軋制時(shí)在偏析區(qū)產(chǎn)生裂紋，且降低了鋼的力學(xué)性能，因此應(yīng)盡可能降低鋼中P、S的含量。制定合理的化學(xué)成分見表2。

2.3冶煉及澆注工藝

要求入爐鐵水溫度≥1 250℃，入爐鐵水S≤0.005%，采用優(yōu)質(zhì)廢鋼；冶煉過程前期早化、化好渣、中期避免返干，控制好一倒溫度，一倒盡量多倒渣，出鋼前必須等P出鋼，確保出鋼P(yáng)≤0.006%，出鋼過程嚴(yán)防下渣；必須確保出鋼C≥0.06%，同時(shí)點(diǎn)吹次數(shù)不得大于2次；出鋼過程隨鋼流加入1.5kg/t鋼的脫氧劑（脫氧劑為硅鋁鋇鈣），脫氧劑加入1/2以后開始加入合金。

精煉要求采用大渣量造渣工藝，要求精煉一加熱結(jié)束爐渣必須變白，白渣保持時(shí)間≥30min，要求精煉結(jié)束的終渣為流動(dòng)性良好、黏度合適的泡沫白渣；VD爐提前按照噸鋼1.1kg/t鋼準(zhǔn)備好硅鈣塊，在鋼包破殼之后加入，保壓時(shí)間要求≥20min，要求保壓過程翻騰效果良好；VD破空后離站前要求取樣進(jìn)行高倍檢測(cè)和分析（加取3個(gè)圓樣）；同時(shí)采用定H儀進(jìn)行定H，要求H含量小于1.5mg/kg；VD離站溫度1 538～1 545℃。

澆注前必須對(duì)注管、湯道采用氬氣或壓縮空氣進(jìn)行吹掃和人工清掃，確保能夠順利澆注；澆注溫度按照1 530～1 535℃進(jìn)行控制，本體澆注時(shí)間控制在13～16min，帽口澆注時(shí)間控制在4～6min；要求澆注到帽口1/3時(shí)開始添加稻殼，澆注結(jié)束后及時(shí)補(bǔ)加稻殼確保帽口保溫效果。鋼錠脫模后，熱送均熱坑緩冷時(shí)間不低于24h。

2.4加熱及軋制工藝

為確保表面質(zhì)量，鋼錠必須進(jìn)行表面熱清熱送，鋼錠表面溫度＞350℃裝爐。因該鋼種合金含量較高，導(dǎo)熱性差，需特別控制好加熱速度和加熱溫度，防止鋼錠炸裂和脫碳現(xiàn)象。裝爐時(shí)，爐溫≤600℃，加熱曲線如圖1所示，最高保溫溫度1 250～1 260℃，保溫時(shí)間12～13h。

圖1　鋼錠加熱曲線

軋制過程采取高溫低速大壓下工藝，道次壓下量控制在40～50mm，后3道次壓下率不小于12%，以保證變形滲透到鋼板內(nèi)部，使成品鋼板斷面晶粒均勻細(xì)化，同時(shí)保證鋼板內(nèi)部疏松等缺陷充分焊合。終軋溫度＞900℃，軋后進(jìn)緩冷坑緩冷96h。

3　718鋼板質(zhì)量分析

3.1低倍檢驗(yàn)

按照GB226-91標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在250mm厚度鋼板的寬度中心，取全厚度樣做低倍組織檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果為一般疏松、中心疏松和點(diǎn)狀偏析均小于0.5級(jí)，見圖2。由此可知，該718特厚板組織致密均勻，無氣泡、裂紋等宏觀性缺陷，疏松和偏析輕微，反映出鋼板具有良好的內(nèi)部質(zhì)量。

圖2　250mm厚度718鋼板低倍組織

3.2鋼板氣體、夾雜物檢驗(yàn)

取鋼水澆注樣進(jìn)行氣體和夾雜物分析，化驗(yàn)結(jié)果為【O】含量為28mg/kg，【N】含量為55mg/kg，【H】含量為1.2mg/kg，夾雜物評(píng)級(jí)為硫化物0.5級(jí)，氧化物0.5級(jí)?？芍a(chǎn)的718特厚板中夾雜物和氣體含量較低，鋼質(zhì)純凈。

3.3內(nèi)部質(zhì)量

經(jīng)過超聲波探傷，此批鋼板內(nèi)部質(zhì)量良好，探傷級(jí)別符合JB/T 4730.3-2005標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ級(jí)要求。

3.4成分均勻性

對(duì)鋼板頭部表面、1/4厚度、1/2厚度的化學(xué)成分進(jìn)行光譜分析，其結(jié)果見表3。

表3　鋼板不同位置化學(xué)成分分析

由以上檢驗(yàn)結(jié)果可知，該718特厚板鋼質(zhì)純凈，低倍組織致密，氣體夾雜物含量極低，成分均勻，冶煉質(zhì)量良好。

4　熱處理工藝研究

4.1熱處理工藝

根據(jù)相變公式AC3910-203C+44.7Si-15.2Ni+ 31.5Mo（℃）［1］進(jìn)行計(jì)算（式中C、Si、Ni、Mo為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)），Ac3溫度為793℃，對(duì)鋼板取樣分別進(jìn)行840、880℃淬火及系列回火試驗(yàn)、正火及系列回火試驗(yàn)，其性能見圖3。

從圖3可知：①鋼板經(jīng)不同溫度淬火或正火硬度相差不大，經(jīng)840℃淬火（或正火）較880℃淬火（或正火）后硬度差異不大，硬度在510HB左右，880℃淬火（或正火）硬度稍低于840℃淬火（或正火）；②回火溫度小于550℃時(shí)，隨回火溫度升高，硬度下降不是很明顯，大于550℃回火硬度隨回火溫度升高明顯下降，650℃回火硬度僅有270～290HB。總體來說，經(jīng)淬火后硬度在相同回火溫度情況下較正火后空冷硬度高，但均可滿足用戶要求，用戶可根據(jù)硬度要求選擇合適的回火溫度。

4.2組織特征

對(duì)250mm厚鋼板進(jìn)行夾雜物及顯微組織檢測(cè)，其結(jié)果見表4。

圖3　718不同熱處理狀態(tài)下鋼板硬度

表4　718鋼夾雜物及顯微組織

從表4結(jié)果可以看出，鋼中夾雜物較少，最多為1.5級(jí)。試樣經(jīng)淬火+回火后組織為回火索氏體，經(jīng)正火+回火后組織為回火馬氏體+貝氏體（見圖4、5）。圖6、7為正火后厚度表面和厚度1/2處高倍組織，從高倍組織可以看出表層組織仍可見馬氏體位向，心部組織相對(duì)表層組織晶粒粗大，為回火馬氏體和回火貝氏體。

圖4　回火索氏體（500X）

圖5　回火馬氏體+貝氏體（500X）

圖6　回火馬氏體（500X）表面

圖7　回火馬氏體+貝氏體（500X）厚度1/2

5　結(jié)論

①在本文確定工藝下生產(chǎn)718特厚塑料模具鋼鋼質(zhì)純凈，低倍組織致密，氣體夾雜物含量極低，成分均勻，冶煉質(zhì)量良好。

②鋼板經(jīng)不同溫度淬火或正火硬度相差不大，經(jīng)840℃淬火（或正火）較880℃淬火（或正火）后硬度差異不大，硬度在510HB左右，880℃淬火（或正火）硬度稍低于840℃淬火（或正火）。

③鋼板回火溫度小于550℃時(shí)，隨回火溫度升高，硬度下降不明顯，大于550℃回火硬度隨回火溫度升高明顯下降，650℃回火硬度僅有270～290HB。

④經(jīng)系列回火試驗(yàn)，該鋼最佳預(yù)硬化工藝為880℃正火，580℃回火，此時(shí)硬度可滿足用戶要求。

［1］余宗森，袁澤喜，李士琦，等.鋼的成分、殘留元素及其性能的定量關(guān)系［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2001.

Practice Research of Normalizing Temperature Steel Casting Special Thick 718

Kang Wenju1，2
（1.Metallurgical and Ecological Engineering School，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083；2.Nanyang Hanye Special Iron and Steel Co.Ltd.，Nanyang Henan 474500）

Thispaper mainly described the production processspecial thick high-precision plastic mold steel heavy plate of 718，analyzed the influence of heat treatment parameters on the hardness of the steel，the technological pa?rameters of the best pre hardening effect were obtained，namely，880℃normalizing，580℃tempering，the hardness canmeet therequirementsof users.

plasticmoldsteel；heavyplate；718；prehardening

TG142

A

1003-5168（2016）08-0068-03

2016-07-12

康文舉（1977-），男，碩士，工程師，主任，研究方向：特厚板。