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XFP20LL(化學(xué)成分)空冷經(jīng)濟(jì)型預(yù)硬塑料模具鋼P(yáng)20的生產(chǎn)工藝
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.bt990.com.cn
更新時(shí)間：2015-10-14
針對新余鋼鐵公司的工裝設(shè)備情況，采用軋后直接空冷及高溫回火的預(yù)硬工藝，生產(chǎn)出了低成本空冷經(jīng)濟(jì)型塑料模具鋼XFP20LL，滿足了市場的需要。
? ?P20?是美國牌號，屬于預(yù)硬型塑料模具鋼，相當(dāng)于中國牌號3Cr2Mo，因其淬透性高，綜合力學(xué)性能好，較大截面時(shí)也能獲得均勻的硬度，且具有良好的拋光性能，最適合做形狀復(fù)雜的大、中型精密模具，在國際上得到廣泛應(yīng)用。在傳統(tǒng)生產(chǎn)模式下，預(yù)硬模具通過調(diào)質(zhì)處理得到一定范圍的硬度，后續(xù)的模具加工是在預(yù)硬狀態(tài)下進(jìn)行，不需要再熱處理。但是，傳統(tǒng)生產(chǎn)模式工藝復(fù)雜、生產(chǎn)周期長、能耗高，不符合節(jié)能及降本增效的需要。本文針對新余鋼鐵公司的工裝設(shè)備情況，采用軋后直接空冷及高溫回火的預(yù)硬工藝，生產(chǎn)出了低成本空冷經(jīng)濟(jì)型塑料模具鋼P20，滿足了市場的需要。
1?產(chǎn)品要求及成分設(shè)計(jì)
產(chǎn)品執(zhí)行企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/XGJX?302—2013，根據(jù)客戶對空冷經(jīng)濟(jì)型塑料模具鋼P20的要求，鋼板以回火狀態(tài)交貨，交貨狀態(tài)硬度為29～35HＲC，硬度同板差不大于4?HＲC。
在成分設(shè)計(jì)方面，首先需考慮合金的空冷硬化能力，使整個(gè)截面在空冷條件下獲得貝氏體組織；其次應(yīng)考慮合金成本。結(jié)合考慮新鋼產(chǎn)線水平狀況和P20產(chǎn)品的特點(diǎn)，制定的產(chǎn)品成分如表1。
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表1??空冷經(jīng)濟(jì)型P20塑料模具鋼化學(xué)成分（質(zhì)量百分比，%）
牌號
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C
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Mn
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Si
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S
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P
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Cr
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Mo
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Cu
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XFP20LL
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0.37～0.42
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1.40～1.60
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0.30～0.50
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≤0.010
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≤0.020
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1.50～2.00
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0.07～0.18
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≤0.25
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2?生產(chǎn)工藝
2.1?生產(chǎn)工藝流程
考慮到設(shè)備情況及鋼種的特點(diǎn)，制定的生產(chǎn)工藝流程如下:鐵水→脫硫→轉(zhuǎn)爐→吹氬→LF爐→ＲH爐→連鑄→熱送→加熱→除磷→軋制→矯直、冷床空冷→剪切、表面檢驗(yàn)→探傷→回火→檢驗(yàn)、標(biāo)識(shí)、入庫。
2.2?煉鋼工藝控制
1)?嚴(yán)格控制雜質(zhì)的含量。模具鋼中存在的夾雜物尤其是硬而脆的夾雜物會(huì)嚴(yán)重降低鋼的拋光性能。鋼中硫含量的增加將增大其腐蝕不均勻性，這直接影響塑料模具表面花紋圖案的蝕刻性能，因此鋼中S含量應(yīng)控制在0.01%以下。
2)?控制氫和氮的含量。鋼從液相向固相轉(zhuǎn)變以及在后續(xù)的冷卻過程中，氮和氫的溶解度急劇下降，加上凝固過程的偏析，殘留的氮和氫會(huì)超過溶限而析出氣體，極易產(chǎn)生氣孔，這些氣孔破壞了鋼的連續(xù)性，使探傷合格率下降。另外，鋼中的碳和高壓氫在高溫下反應(yīng)生成甲烷，其壓力也會(huì)促使裂紋產(chǎn)生，同樣會(huì)降低探傷合格率。
3)?控制中心偏析。合金模具鋼碳含量和合金含量較高，導(dǎo)熱性差，在鑄坯凝固過程中柱狀晶發(fā)達(dá)，較易形成中心偏析，中心偏析部位在鋼板切割時(shí)由于受熱淬火發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，在熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的共同作用下易沿中心偏析部位發(fā)生開裂。另外，中心偏析導(dǎo)致模具性能產(chǎn)生波動(dòng)，容易出現(xiàn)模具拋光質(zhì)量差、模具加工過程中變形較大等問題，最終導(dǎo)致模具無法滿足用戶的使用要求。
針對以上控制要求，我們采取了以下控制措施:保證熔劑、輔料干燥；氧槍、煙罩、LF爐沒有漏水現(xiàn)象；ＲH真空處理時(shí)間不小于25?min，軟吹時(shí)間不小于8?min；采用保護(hù)澆鑄，中間包鋼水過熱度控制在30?℃以內(nèi)；保證鑄機(jī)設(shè)備狀況良好，使用輕壓下技術(shù)。
2.3?軋鋼工藝控制
2.3.1?加熱
連鑄坯采用熱送熱裝，該鋼種碳含量和合金含量較高，導(dǎo)熱性差，加熱時(shí)須控制好加熱溫度和加熱時(shí)間，以免發(fā)生坯料斷裂和脫碳現(xiàn)象。
鑄坯加熱溫度要求：預(yù)熱段不大于800?℃，一加熱段為1050～1150?℃，二加熱段為1200～1240?℃，均熱段為1200～1260?℃，加熱時(shí)間按不低于1?min?/mm控制。
2.3.2?軋制及冷卻
鋼板進(jìn)行立輥齊邊軋制，開軋溫度不小于1050℃，終軋溫度不小于950℃，軋后空冷。為保證鋼板平直度要求，前兩道次應(yīng)適當(dāng)減小壓下量，最后兩道次應(yīng)適當(dāng)降低拋鋼速度，軋后矯直1～3道的矯直溫度不低于450?℃。錳、鉻、鉬等合金元素的添加，擴(kuò)大了奧氏體區(qū)，降低了Bs點(diǎn)，提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使其相變推遲，但推遲珠光體轉(zhuǎn)變的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于推遲貝氏體轉(zhuǎn)變的作用，導(dǎo)致珠光體與貝氏體轉(zhuǎn)變曲線分離，并使貝氏體轉(zhuǎn)變更突出，從而大大地提高了貝氏體的淬透性，即使是在空冷狀態(tài)下也可獲得全截面貝氏體組織。
由于此鋼種具有較高的熱應(yīng)力敏感性，鋼板下線后應(yīng)堆冷或入箱緩冷48?h?以上。
2.4??熱處理及檢驗(yàn)
軋態(tài)鋼板截面洛氏硬度檢測結(jié)果見表2，對軋態(tài)鋼板進(jìn)行金相組織檢測，軋態(tài)鋼板基體金相組織為粒狀貝氏體（見圖1），心部偏析區(qū)域有帶狀組織（見圖2），因存在合金元素偏析，心部帶狀組織較難浸蝕而呈現(xiàn)白亮色。
對軋態(tài)鋼板進(jìn)行回火工藝試驗(yàn)，回火溫度分別為520℃，540℃，560℃，580℃和600℃，回火時(shí)間均為2?h，回火后進(jìn)行截面洛氏硬度檢測，結(jié)果見表2。從表2可以看出，在520～600?℃回火，鋼板的洛氏硬度呈下降趨勢，而在560～600℃回火，鋼板的硬度值及同板差均滿足交貨要求。對回火態(tài)鋼板進(jìn)行金相組織檢測，其組織均為回火貝氏體，見圖3和圖4。因此，回火溫度范圍定為560～600?℃。
3??預(yù)硬化工藝的應(yīng)用
近一年來，新余鋼鐵公司開發(fā)的空冷經(jīng)濟(jì)型預(yù)硬化塑料模具鋼P(yáng)20的硬度和同板差達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求，成功打入了模具鋼市場，為模具行業(yè)提供了一種綠色經(jīng)濟(jì)的新材料，不僅滿足了用戶要求，而且已形成了規(guī)?；a(chǎn)銷售，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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