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XFP20LL(化學成分)空冷經濟型預硬塑料模具鋼P20的生產工藝
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2015-10-14
針對新余鋼鐵公司的工裝設備情況，采用軋后直接空冷及高溫回火的預硬工藝，生產出了低成本空冷經濟型塑料模具鋼XFP20LL，滿足了市場的需要。
? ?P20?是美國牌號，屬于預硬型塑料模具鋼，相當于中國牌號3Cr2Mo，因其淬透性高，綜合力學性能好，較大截面時也能獲得均勻的硬度，且具有良好的拋光性能，最適合做形狀復雜的大、中型精密模具，在國際上得到廣泛應用。在傳統生產模式下，預硬模具通過調質處理得到一定范圍的硬度，后續的模具加工是在預硬狀態下進行，不需要再熱處理。但是，傳統生產模式工藝復雜、生產周期長、能耗高，不符合節能及降本增效的需要。本文針對新余鋼鐵公司的工裝設備情況，采用軋后直接空冷及高溫回火的預硬工藝，生產出了低成本空冷經濟型塑料模具鋼P20，滿足了市場的需要。
1?產品要求及成分設計
產品執行企業標準Q/XGJX?302—2013，根據客戶對空冷經濟型塑料模具鋼P20的要求，鋼板以回火狀態交貨，交貨狀態硬度為29～35HＲC，硬度同板差不大于4?HＲC。
在成分設計方面，首先需考慮合金的空冷硬化能力，使整個截面在空冷條件下獲得貝氏體組織；其次應考慮合金成本。結合考慮新鋼產線水平狀況和P20產品的特點，制定的產品成分如表1。
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表1??空冷經濟型P20塑料模具鋼化學成分（質量百分比，%）
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?生產工藝
2.1?生產工藝流程
考慮到設備情況及鋼種的特點，制定的生產工藝流程如下:鐵水→脫硫→轉爐→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→探傷→回火→檢驗、標識、入庫。
2.2?煉鋼工藝控制
1)?嚴格控制雜質的含量。模具鋼中存在的夾雜物尤其是硬而脆的夾雜物會嚴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含量應控制在0.01%以下。
2)?控制氫和氮的含量。鋼從液相向固相轉變以及在后續的冷卻過程中，氮和氫的溶解度急劇下降，加上凝固過程的偏析，殘留的氮和氫會超過溶限而析出氣體，極易產生氣孔，這些氣孔破壞了鋼的連續性，使探傷合格率下降。另外，鋼中的碳和高壓氫在高溫下反應生成甲烷，其壓力也會促使裂紋產生，同樣會降低探傷合格率。
3)?控制中心偏析。合金模具鋼碳含量和合金含量較高，導熱性差，在鑄坯凝固過程中柱狀晶發達，較易形成中心偏析，中心偏析部位在鋼板切割時由于受熱淬火發生組織轉變，在熱應力和組織應力的共同作用下易沿中心偏析部位發生開裂。另外，中心偏析導致模具性能產生波動，容易出現模具拋光質量差、模具加工過程中變形較大等問題，最終導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爐沒有漏水現象；ＲH真空處理時間不小于25?min，軟吹時間不小于8?min；采用保護澆鑄，中間包鋼水過熱度控制在30?℃以內；保證鑄機設備狀況良好，使用輕壓下技術。
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，導熱性差，加熱時須控制好加熱溫度和加熱時間，以免發生坯料斷裂和脫碳現象。
鑄坯加熱溫度要求：預熱段不大于800?℃，一加熱段為1050～1150?℃，二加熱段為1200～1240?℃，均熱段為1200～1260?℃，加熱時間按不低于1?min?/mm控制。
2.3.2?軋制及冷卻
鋼板進行立輥齊邊軋制，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，前兩道次應適當減小壓下量，最后兩道次應適當降低拋鋼速度，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，擴大了奧氏體區，降低了Bs點，提高了過冷奧氏體的穩定性，使其相變推遲，但推遲珠光體轉變的作用遠遠大于推遲貝氏體轉變的作用，導致珠光體與貝氏體轉變曲線分離，并使貝氏體轉變更突出，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力敏感性，鋼板下線后應堆冷或入箱緩冷48?h?以上。
2.4??熱處理及檢驗
軋態鋼板截面洛氏硬度檢測結果見表2，對軋態鋼板進行金相組織檢測，軋態鋼板基體金相組織為粒狀貝氏體（見圖1），心部偏析區域有帶狀組織（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白亮色。
對軋態鋼板進行回火工藝試驗，回火溫度分別為520℃，540℃，560℃，580℃和600℃，回火時間均為2?h，回火后進行截面洛氏硬度檢測，結果見表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。對回火態鋼板進行金相組織檢測，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??預硬化工藝的應用
近一年來，新余鋼鐵公司開發的空冷經濟型預硬化塑料模具鋼P20的硬度和同板差達到了標準要求，成功打入了模具鋼市場，為模具行業提供了一種綠色經濟的新材料，不僅滿足了用戶要求，而且已形成了規模化生產銷售，具有良好的經濟效益和社會效益。
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