本發(fā)明屬于鋼鐵冶煉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含氮塑料模具扁鋼的熱處理方法。

　　背景技術(shù)

　　塑料模具鋼是一種用于塑料制作的模具鋼。隨著塑料制品在國(guó)民生產(chǎn)、生活中的廣泛應(yīng)用,塑料模具的制造對(duì)塑料模具鋼的需求也越來(lái)越大。在塑料制品中，模具的質(zhì)量是保證塑料制品質(zhì)量的基本條件。

　　目前，塑料模具已經(jīng)走向大型化、精密化、多腔化的發(fā)展方向，對(duì)塑料模具鋼的性能提出了更高的要求，其中對(duì)尺寸精度、組織均勻性、耐蝕性和可拋光性的要求更加苛刻。尤其是耐腐蝕性能對(duì)模具的使用壽命和表面質(zhì)量影響最大。為了提高塑料模具鋼的耐腐蝕性能，一般通過添加各種耐蝕元素來(lái)達(dá)到，但增加耐蝕元素會(huì)增加生產(chǎn)成本，并且耐腐蝕性能提高不明顯。

　　專利“一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼及其制造方法”提供了一種具有抗腐蝕性的塑料模具鋼，該專利中加入了價(jià)格昂貴的鎳和鉬元素，其目的一方面這兩種元素本身可提高鋼的耐蝕性，另一方面是為了固定加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1～0.15％的氮元素.盡管該方案能有效提高鋼的耐蝕性能，但生產(chǎn)成本將會(huì)大幅度增加。再者，該專利并未詳細(xì)敘述其冶煉工藝，而如此高的氮含量將會(huì)帶來(lái)極大的冶煉難度。若煉鋼工藝選擇不當(dāng)，將會(huì)造成嚴(yán)重的鋼錠質(zhì)量問題，并大幅度降低鋼的耐蝕性能。該專利中未涉及到鋼的熱處理過程，無(wú)法為含氮塑料模具扁鋼提供依據(jù)。

　　技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

　　本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為：現(xiàn)有缺乏一種專門針對(duì)耐腐蝕性能好的含氮塑料模具扁鋼進(jìn)一步提升其性能的熱處理方法的問題。

　　本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案為：提供一種含氮塑料模具扁鋼的熱處理方法。該方法包括以下步驟：

　　a、球化退火

　　將含氮塑料模具扁鋼于≤400℃時(shí)裝入退火爐，升溫至900～950℃，保溫5～7h，再冷卻至720～740℃，保溫4～7h，最后再冷卻至≤500℃，出爐空冷至室溫；所述含氮塑料模具扁鋼的化學(xué)成分為：按重量百分比計(jì)，c0.35～0.45％、si0.3～0.5％、mn0.3～0.6％、cr13.0～14.0％、n0.06～0.08％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)；

　　b、淬火

　　將步驟a處理后的扁鋼轉(zhuǎn)入淬火爐，升溫至840～880℃，保溫4～6h后，繼續(xù)升溫至1020～1040℃，保溫40～60min后，冷卻至室溫；

　　c、回火

　　將步驟b處理后的扁鋼轉(zhuǎn)入回火爐，升溫至430～460℃，保溫2～4h，冷卻至室溫，再升溫至430～460℃，保溫2～4h，得到熱處理后的含氮塑料模具扁鋼。

　　其中，上述含氮塑料模具扁鋼的熱處理方法中，步驟a中所述的升溫速度為70～100℃/h。

　　其中，上述含氮塑料模具扁鋼的熱處理方法中，步驟a中所述的冷卻速度為30～50℃/h。

　　其中，上述含氮塑料模具扁鋼的熱處理方法中，步驟b中所述的升溫速度為70～100℃/h。

　　其中，上述含氮塑料模具扁鋼的熱處理方法中，步驟c中所述的升溫速度為70～100℃/h。

　　本發(fā)明的有益效果為：

　　本發(fā)明提供了一種特定組成成分的含氮塑料模具扁鋼的熱處理方法，該鋼成分中氮含量高，為了充分發(fā)揮氮的合金化作用，得到優(yōu)異的力學(xué)性能和耐腐蝕性能的組合，本發(fā)明根據(jù)該鋼成分特別的制定了熱處理方法，通過熱處理各個(gè)參數(shù)的合理配合，共同使得熱處理后的鋼硬度為52～55hrc，沖擊功為40～43j，在25℃下3.5wt％nacl水溶液中點(diǎn)蝕電位為270～290mvsce，性能優(yōu)良。本發(fā)明的熱處理方法專門針對(duì)特定成分的鋼配套使用，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　具體實(shí)施方式

　　本發(fā)明提供了一種含氮塑料模具扁鋼的熱處理方法，包括以下步驟：

　　a、球化退火

　　將含氮塑料模具扁鋼于≤400℃時(shí)裝入退火爐，升溫至900～950℃，保溫5～7h，再冷卻至720～740℃，保溫4～7h，最后再冷卻至≤500℃，出爐空冷至室溫；所述含氮塑料模具扁鋼的化學(xué)成分為：按重量百分比計(jì)，c0.35～0.45％、si0.3～0.5％、mn0.3～0.6％、cr13.0～14.0％、n0.06～0.08％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)；

　　b、淬火

　　將步驟a處理后的扁鋼轉(zhuǎn)入淬火爐，升溫至840～880℃，保溫4～6h后，繼續(xù)升溫至1020～1040℃，保溫40～60min后，冷卻至室溫；

　　c、回火

　　將步驟b處理后的扁鋼轉(zhuǎn)入回火爐，升溫至430～460℃，保溫2～4h，冷卻至室溫，再升溫至430～460℃，保溫2～4h，得到熱處理后的含氮塑料模具扁鋼。

　　本發(fā)明是專門針對(duì)化學(xué)成分為按重量百分比計(jì)，c0.35～0.45％、si0.3～0.5％、mn0.3～0.6％、cr13.0～14.0％、n0.06～0.08％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)的含氮塑料模具扁鋼而設(shè)定的熱處理方法。該鋼中在常規(guī)塑料模具鋼成分基礎(chǔ)上添氮降碳，氮和碳同屬于間隙固溶原子，氮的加入所引起的固溶強(qiáng)化效果是碳的數(shù)倍到數(shù)十倍，因此可降低塑料模具鋼中碳元素的含量，在熱處理過程中降低耐蝕元素鉻的消耗，進(jìn)而增加塑料模具鋼的耐腐蝕性能。另外，本發(fā)明增加氮成分的含量，能提高奧氏體的穩(wěn)定性，增加奧氏體溫度區(qū)間，使淬火后工件變形小。

　　熱處理工藝會(huì)影響鋼的耐蝕和拋光性能(尤其是耐蝕性能)，本發(fā)明的含氮塑料模具扁鋼要具有優(yōu)異的性能，還需要采用專門的熱處理工藝。

　　在本發(fā)明球化退火過程中，升溫溫度為900～950℃，高于950℃，溫度過高，晶粒長(zhǎng)大明顯；低于900℃，溫度過低，球化效果不理想。保溫時(shí)間為5～7h，主要是因?yàn)槲龀鑫?碳化物)的回溶需要時(shí)間，保溫時(shí)間過長(zhǎng)影響產(chǎn)量，過短回溶不充分。

　　在本發(fā)明的淬火過程中，升溫溫度為840～880℃，淬火溫度高于880℃，晶粒長(zhǎng)大明顯；低于880℃，球狀碳化物回溶不徹底；另外，溫度的高低對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變也有一定的影響。保溫時(shí)間4～6h，保溫時(shí)間決定了奧氏體成分的均勻程度。

　　在本發(fā)明的回火過程中，升溫溫度430～460℃，回火溫度決定析出物類型、大小和分布，本發(fā)明要控制cr的碳化物析出，進(jìn)而降低基體cr的消耗，增強(qiáng)耐蝕性能。保溫時(shí)間2～4h，是因?yàn)槲龀鑫锏奈龀龊烷L(zhǎng)大需要時(shí)間。

　　本發(fā)明的熱處理工藝通過退火溫度和時(shí)間、淬火溫度和時(shí)間、回火溫度和時(shí)間等參數(shù)互相配合，能夠讓氮化物可細(xì)小且彌散地從基體中析出，可顯著提高塑料模具鋼的強(qiáng)度和硬度，而韌性損失較小。細(xì)小彌散的析出物可顯著提高塑料模具鋼的拋光性能。

　　其中，上述含氮塑料模具扁鋼的熱處理方法中，為了防止因加熱過快形成的熱應(yīng)力導(dǎo)致裂紋，步驟a中所述的升溫速度為70～100℃/h。

　　其中，上述含氮塑料模具扁鋼的熱處理方法中，為了達(dá)到最優(yōu)球化效果，步驟a中所述的冷卻速度為30～50℃/h。

　　其中，上述含氮塑料模具扁鋼的熱處理方法中，為了防止因加熱過快形成較大熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致裂紋，步驟b中所述的升溫速度為70～100℃/h。

　　其中，上述含氮塑料模具扁鋼的熱處理方法中，為了防止因加熱過快形成較大熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致裂紋，步驟c中所述的升溫速度為70～100℃/h。

　　下面將通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的解釋說明，但不表示將本發(fā)明的保護(hù)范圍限制在實(shí)施例所述范圍內(nèi)。

　　實(shí)施例1用本發(fā)明方法對(duì)含氮塑料模具扁鋼進(jìn)行熱處理

　　實(shí)施例1所用的含氮塑料模具扁鋼的化學(xué)組成如下，按質(zhì)量百分比計(jì)：c0.37％、si0.32％、mn0.55％、cr13.3％、ni0.2％、mo0.06％、n0.07％、p0.022％、s0.004％，其余為fe。

　　具體的熱處理方法為：

　　(1)球化退火：將通過軋制得到的扁鋼于400℃裝入退火爐，以80±10℃/h的速度升溫至930±10℃，保溫7h，之后以40℃/h的冷卻速度冷卻到730±10℃，保溫6.5h，最后，以40±10℃/h的冷卻速度冷卻至500℃，出爐空冷至室溫。

　　(2)淬火：將通過球化退火的扁鋼由室溫裝入淬火爐內(nèi)，并以100℃/h的速度升溫至860±10℃，保溫5.5h后，繼續(xù)按100℃/h的速度加熱至1030±10℃，保溫40min后，置于淬火油中冷卻至室溫。

　　(3)回火：將淬火后的扁鋼置于回火爐中，按70℃/h的速度加熱至440±10℃，保溫3.5h，反復(fù)進(jìn)行2次回火，最后獲得塑料模具扁鋼硬度為52hrc，沖擊功為40j，在25℃下3.5wt％nacl水溶液中點(diǎn)蝕電位為272mvsce的含氮塑料模具扁鋼。

　　實(shí)施例2用本發(fā)明方法對(duì)含氮塑料模具扁鋼進(jìn)行熱處理

　　實(shí)施例2所用的含氮塑料模具扁鋼的化學(xué)組成如下，按質(zhì)量百分比計(jì)：c0.42％、si0.41％、mn0.45％、cr13.9％、ni0.18％、mo0.08％、n0.08％、p0.020％、s0.003％，其余為fe。

　　具體的熱處理方法為：

　　(1)球化退火：將通過軋制得到的扁鋼于350℃裝入退火爐，以90±10℃/h的速度升溫至930±10℃，保溫7h，之后以35℃/h的冷卻速度冷卻到730±10℃，保溫7h，最后，以40±10℃/h的冷卻速度冷卻至500℃，出爐空冷至室溫。

　　(2)淬火：將通過球化退火的扁鋼由室溫裝入淬火爐內(nèi)，并以95℃/h的速度升溫至860±10℃，保溫5.5h后，繼續(xù)按100℃/h的速度加熱至1030±10℃，保溫40min后，置于淬火油中冷卻至室溫。

　　(3)回火：將淬火后的扁鋼置于回火爐中，按70℃/h的速度加熱至440±10℃，保溫3.5h，反復(fù)進(jìn)行2次回火，最后獲得塑料模具扁鋼硬度為53hrc，沖擊功為42j，在25℃下3.5wt％nacl水溶液中點(diǎn)蝕電位為281mvsce的含氮塑料模具扁鋼。

　　對(duì)比例3不采用本發(fā)明方法對(duì)含氮塑料模具扁鋼進(jìn)行熱處理

　　對(duì)比例3所用的含氮塑料模具扁鋼的化學(xué)組成如下，按質(zhì)量百分比計(jì)：c0.41％、si0.39％、mn0.53％、cr14.0％、ni0.2％、mo0.07％、n0.065％、p0.021％、s0.004％，其余為fe。

　　具體的熱處理方法為：

　　(1)球化退火：將通過軋制得到的扁鋼于350℃裝入退火爐，以90±10℃/h的速度升溫至880±10℃，保溫3h，之后以60℃/h的冷卻速度冷卻到700±10℃，保溫3h，最后，以60±10℃/h的冷卻速度冷卻至500℃，出爐空冷至室溫。

　　(2)淬火：將通過球化退火的扁鋼由室溫裝入淬火爐內(nèi)，并以100℃/h的速度升溫至820±10℃，保溫3.5h后，繼續(xù)按100℃/h的速度加熱至1000±10℃，保溫30min后，置于淬火油中冷卻至室溫。

　　(3)回火：將淬火后的扁鋼置于回火爐中，按100℃/h的速度加熱至400±10℃，保溫1.8h，反復(fù)進(jìn)行2次回火，最后獲得塑料模具扁鋼硬度為63hrc，沖擊功為38j，在25℃下3.5wt％nacl水溶液中點(diǎn)蝕電位為230mvsce的含氮塑料模具扁鋼。

　　對(duì)比例4不采用本發(fā)明方法對(duì)含氮塑料模具扁鋼進(jìn)行熱處理

　　對(duì)比例3所用的含氮塑料模具扁鋼的化學(xué)組成如下，按質(zhì)量百分比計(jì)：c0.41％、si0.39％、mn0.53％、cr14.0％、ni0.2％、mo0.07％、n0.065％、p0.021％、s0.004％，其余為fe。

　　具體的熱處理方法為：

　　(1)球化退火：將通過軋制得到的扁鋼于350℃裝入退火爐，以90±10℃/h的速度升溫至960±10℃，保溫8h，之后以60℃/h的冷卻速度冷卻到760±10℃，保溫3.5h，最后，以60±10℃/h的冷卻速度冷卻至500℃，出爐空冷至室溫。

　　(2)淬火：將通過球化退火的扁鋼由室溫裝入淬火爐內(nèi)，并以100℃/h的速度升溫至890±10℃，保溫3.5h后，繼續(xù)按100℃/h的速度加熱至1060±10℃，保溫30min后，置于淬火油中冷卻至室溫。

　　(3)回火：將淬火后的扁鋼置于回火爐中，按100℃/h的速度加熱至480±10℃，保溫1.8h，反復(fù)進(jìn)行2次回火，最后獲得塑料模具扁鋼硬度為40hrc，沖擊功為35j，在25℃下3.5wt％nacl水溶液中點(diǎn)蝕電位為220mvsce的含氮塑料模具扁鋼。

　　由實(shí)施例和對(duì)比例可知，本發(fā)明提供了一種專門針對(duì)特定成分的含氮塑料模具扁鋼的熱處理方法，通過該熱處理方法可以使得熱處理后的鋼硬度為52～55hrc，沖擊功為40～43j，在25℃下3.5wt％nacl水溶液中點(diǎn)蝕電位為270～290mvsce，性能優(yōu)良(實(shí)施例1、2)。本發(fā)明的熱軋方法主要由退火溫度和時(shí)間、淬火溫度和時(shí)間、回火溫度和時(shí)間等參數(shù)互相配合來(lái)提高鋼的性能，當(dāng)這些參數(shù)不能合理配合時(shí)，熱處理后的鋼性能差(對(duì)比例3、4)。

　　技術(shù)特征：

　　技術(shù)總結(jié)

　　本發(fā)明屬于鋼鐵冶煉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含氮塑料模具扁鋼的熱處理方法。針對(duì)現(xiàn)有缺乏一種專門針對(duì)耐腐蝕性能好的含氮塑料模具扁鋼提升其性能的熱處理方法的問題，本發(fā)明提供一種含氮塑料模具扁鋼的熱處理方法，步驟如下：a、球化退火：將含氮塑料模具扁鋼升溫至900～950℃，保溫5～7h，冷卻至720～740℃，保溫4～7h，再冷卻至≤500℃，空冷至室溫；b、淬火：將扁鋼轉(zhuǎn)入淬火爐，升溫至840～880℃，保溫4～6h后，再升溫至1020～1040℃，保溫40～60min后，冷卻至室溫；c、回火：將扁鋼轉(zhuǎn)入回火爐，升溫至430～460℃，保溫2～4h，冷卻，再升溫至430～460℃，保溫2～4h，得到熱處理后的含氮塑料模具扁鋼。本發(fā)明熱處理后的鋼硬度、沖擊功和點(diǎn)蝕電位更高，性能更優(yōu)良。

　　技術(shù)研發(fā)人員：肖強(qiáng);李俊洪;劉序江;羅許

　　受保護(hù)的技術(shù)使用者：攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼鐵研究院有限公司

　　技術(shù)研發(fā)日：2018.10.17

　　技術(shù)公布日：2018.12.18