ZW636高鏡面塑料模具鋼的開發(fā)

王建華，曹立軍，崔瑞婷，張長春，張海英

（1.唐山志威科技有限公司，河北遵化 064200；2.河北省工模具鋼技術(shù)創(chuàng)新中心，河北遵化 064200）

1 引言

隨著生活水平提高，人們對日常生活用品表面美觀度提出了更高的要求，高端塑料模具消耗量飛速增長，高端鏡面塑料模具鋼需求量也隨之提高。但高鏡面塑料模具鋼的生產(chǎn)企業(yè)多分布在日本、德國和瑞典等國家，其模具鋼質(zhì)量穩(wěn)定性好，而我國生產(chǎn)能力不足，質(zhì)量波動大，導(dǎo)致高端塑料模具鋼大部分依賴進(jìn)口，價格幾倍于國產(chǎn)同質(zhì)量水平的塑料模具鋼[1]。發(fā)展高鏡面等高端塑料模具鋼勢在必行。唐山志威科技有限公司生產(chǎn)的高鏡面塑料模具鋼ZW636，硬度38～42HRC，可拋光至8000#，目前最大厚度達(dá)800mm。

2 主要技術(shù)要求

（1）成分要求。成分按照表1進(jìn)行控制。

表1 化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn) wt%

（2）硬度要求。預(yù)硬化黑皮狀態(tài)交貨，截面硬度38～42HRC，芯部≥37HRC。

（3）非金屬夾雜物。非金屬夾雜物按GB/T 10561的A法進(jìn)行檢驗，檢驗結(jié)果應(yīng)符合表2要求。

表2 非金屬夾雜物級別

（4）晶粒度。按照GB/T 6394進(jìn)行晶粒度檢測，實際晶粒度≥5級。

（5）超聲檢測。鍛件要求逐支100%進(jìn)行探傷，按SEP1921標(biāo)準(zhǔn)第三組進(jìn)行探傷，合格級別滿足E/e級要求。

（6）拋光等級。在模塊冒口端面靠中心位置取100×100mm試塊進(jìn)行拋光。拋光流程：去除鋸切痕（砂輪機(jī)和砂輪片）→砂紙拋光（100-1000#砂紙）→鉆石拋光膏拋光（拋光面上無肉眼可見的拋光痕跡）→表面擦拭→評級。評級標(biāo)準(zhǔn)：1cm范圍內(nèi)0～1個麻點，拋光為合格，按8000#等級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，通過測試為合格。

3 工藝流程

ZW636ESR生產(chǎn)工藝：電爐→鋼包精煉→真空脫氣→模鑄→保護(hù)氣氛電渣重熔→高溫擴(kuò)散→換向鍛造→正火擴(kuò)氫處理→調(diào)質(zhì)處理→超聲波探傷→表面質(zhì)量檢驗→噴標(biāo)→檢斤入庫。

4 生產(chǎn)試制

4.1 冶煉過程

電爐冶煉完畢后，取樣檢測磷含量，控制磷≤0.010%后出鋼，出鋼過程加入鋁塊進(jìn)行沉淀脫氧、造渣料進(jìn)行渣洗及合金化。鋼水到達(dá)LF后，采用鋁粒和高純碳化硅進(jìn)行擴(kuò)散脫氧，精煉時間≥60min，白渣保持時間≥20min。鋼水到達(dá)VD，通氬氣攪拌，在真空度≤67Pa下，真空度保持時間20min，軟吹＞15min，氬氣保護(hù)澆鑄模鑄電極坯。模鑄電極坯表面磨光，渣料進(jìn)行烘烤后進(jìn)行電渣重熔。

4.2 高溫均質(zhì)化加熱和鍛造過程

高溫均質(zhì)化加熱：坯料盡管已經(jīng)經(jīng)過電渣重熔過程，但鑄態(tài)合金因凝固時溶質(zhì)原子再分布，易導(dǎo)致凝固后合金元素的不均勻分布，從而引起枝晶偏析，通過高溫擴(kuò)散均質(zhì)化加熱，改善了C、Mn、Cr和Mo等元素的偏析情況[2]。

鍛造和成形：保證足夠鍛比，保證芯部組織的鍛透、壓實和晶粒充分破碎，同時保證最后一火鍛比＞1.5。

4.3 正火擴(kuò)氫和淬回火過程

電渣錠鍛造成形后，進(jìn)行正火擴(kuò)氫和淬回火。此鋼種為白點敏感鋼，尤其在雨季，擴(kuò)氫時間應(yīng)適當(dāng)延長。

5 產(chǎn)品檢驗結(jié)果

模塊回火后進(jìn)行探傷，根據(jù)探傷結(jié)果平頭，檢測硬度，并在兩端取片進(jìn)行高倍檢驗。經(jīng)檢驗，探傷、硬度、高倍均符合技術(shù)要求。

以下檢驗結(jié)果為規(guī)格610×1,510mm模塊實測結(jié)果。

5.1 成分檢驗結(jié)果

化學(xué)成分如表3所示。

表3 化學(xué)成分 wt%

[O]=6ppm，[N]=51ppm，[H]=0.5ppm，成分滿足技術(shù)要求，且成分均勻。

5.2 硬度檢驗結(jié)果（兩個端面5點L型硬度）

使用便攜式里氏硬度計在模塊兩端鋸切面檢測硬度，圖1所示為端面硬度點位置，結(jié)果如表4所示，滿足技術(shù)要求，硬度均勻性為2.7HRC。

圖1 硬度檢測位置

表4 硬度結(jié)果

5.3 非金屬夾雜物檢驗結(jié)果

非金屬夾雜物檢驗結(jié)果如表5所示。1/4寬度非金屬夾雜物如圖2所示，中心非金屬夾雜物如圖3所示。

表5 非金屬夾雜物檢驗結(jié)果

圖2 1/4寬度非金屬夾雜物100×

圖3 中心非金屬夾雜物100×

5.4 晶粒度檢驗結(jié)果

檢驗位置：補(bǔ)縮端1/4寬度和中心

檢驗結(jié)果：如圖4、圖5所示，6級。

圖4 1/4寬度晶粒度200×

圖5 中心晶粒度200×

5.5 金相組織

在補(bǔ)縮端取片檢驗1/4寬度和中心位置觀察金相組織，組織為回火索氏體。組織均勻，無明顯偏析。如圖6、圖7所示。

圖6 1/4寬度金相組織（50×和500×）

圖7 中心金相組織（50×和500×）

5.6 超聲檢測

按SEP1921標(biāo)準(zhǔn)第三組進(jìn)行模塊大面和側(cè)面探傷，未發(fā)現(xiàn)裂紋、疏松和縮孔等缺陷，未發(fā)現(xiàn)任何超聲波缺陷，完全滿足E/e級要求。

5.7 拋光檢測

在材料端面靠中心位置取100×100mm試塊進(jìn)行拋光。拋光亮度為8000#，拋光效果評分為90%（1cm范圍麻點數(shù)為0～1個），適用于大燈燈罩、尾燈雙色和空調(diào)面板等模具。

6 結(jié)論

（1）ZW636ESR高鏡面塑料模具鋼生產(chǎn)工藝已成熟穩(wěn)定，并已固化。

（2）ZW636ESR模塊硬度38～42HRC，同截面硬度均勻性≤3HRC，滿足要求。

（3）各類非金屬夾雜物級別均≤1.0級。組織均勻，無明顯偏析。晶粒度6級，滿足技術(shù)要求。

（4）ZW636ESR具有優(yōu)異的拋光性能，可拋光至8000#，適用于大燈燈罩、尾燈雙色和空調(diào)面板等模具。