模具新材料

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~%，同时，提高Mn含量，并含有一定量的Si和Cr。

表1：化学成分%

钢

C Mn Si Cr V P S

种

~ ~ ~ ~ ~ ≤≤P12

0 M

三、生产工艺

1．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。

2．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

1．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≤极。

2．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。

表2：非金属夹杂物水平/级别

A细A粗B细B粗C细C粗D细D粗

~ 0~ ~ 0 0 0 ~ 0~

3．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~0.50mm。见照片1、2。

4．显微组织

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。5．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~%，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~%，可增加钢中珠光体量，提高钢的强度和硬度。加入~%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~%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。

D2系列钢共晶碳化物不均匀度水平的研

究

D2钢具有高硬度和高耐磨性及良好的抗回火稳定性，是一种广泛应用于冲裁和冷成形模具的高碳高铬型冷作模具钢，其主要性能指标共晶碳化物的分布形态，对钢材综合性能起着至关重要的作用。但世界各国标准中对共晶碳化物不均匀度指标的要求却相差很大，如美国标准中对D2(德国标准，日本标准SKD11)共晶碳化物不均匀度

水平不作要求。东北特钢集团抚顺生产基地D2类冷作模具钢产量居国内前列，但对产品实物共晶碳化物不均匀度水平没有全面、系统的资料介绍，为全面了解东北特钢集团抚顺生产基地D2系列钢共晶碳化物不均匀度实物水平，对D2系列钢共晶碳化物总体水平有一个具体直观的认识，用来指导今后的科琪、订货及生产方向坚东北特钢集团抚顺生产基地D2系列共晶碳化物不均匀度水平进行了全面的解剖分析。

一、取样钢种

D2钢各国标准中成分有微略的差别，但不会对其碳化物水平有很大的影响，所以取样钢种包括：国标Cr12MoV、Cr12Mo1V1，美国标准D2、D2MOD，德国标准，日本标准SKD11及国外进口钢料两块(美国)、Cr12MoVS(伯乐公司)。

二、试验方法

为全面具体的反应情况，根据东北特钢集团抚顺生产基地生产的尺寸规格，对所取钢料进行了详细的分类。

⑴扁钢

1．电炉精炼扁钢：以宽度为依据分为三个等级305（255）、205、100mm宽，然后各级别再按厚度取料。

2．电渣扁钢：由于生产量较小，仅取到二个规格。

⑵D2MOD扁钢。

⑶圆钢

圆钢均按国标要求分四个级别取料，具体规格见表4。