注塑機用鋼CL.516D的開發生產實踐

王 超，張 濤，馬玉超

（山東壽光巨能特鋼有限公司，山東 壽光262711）

1 前 言

注塑機又名注射成型機或注射機，是將熱塑性塑料或熱固性塑料利用塑料成型模具制成各種形狀的塑料制品的主要成型設備。拉桿是注塑機合模機構產生合模力的重要高剛度彈性零件，直接關系到合模機構的運行可靠和使用壽命，關系到最終注塑產品的質量［1］。

本次試制生產的注塑機拉桿用鋼CL.516D規格為Φ95～Φ180 mm，原材料經車削加工、調質處理、再次車削后用作注塑機的拉桿，沒有二次鍛造加工。因此對原材料的低倍組織要求非常嚴格，同時為了保證鋼材的使用性能，要求鋼材具有較高的淬透性，以保證鋼材的力學性能能夠滿足用戶的使用要求。山東壽光巨能特鋼有限公司在現有生產42CrMoA鋼的基礎上，對化學成分進行調整，保證鋼材的DI值≮170，同時對冶煉及軋制工藝進行優化，確保鋼材的低倍組織、力學性能及淬透性等指標均能夠達到要求。

2 產品設計及工藝流程

通過了解用戶使用要求，結合生產42CrMoA鋼模擬熱處理檢驗結果及用戶技術協議給出的成分范圍，最終確定的材料化學成分控制要求見表1。

表1 CL.516D鋼要求及內控化學成分 %

為了保證材料的淬透性，特別是大規格材料的淬透性，材料的Mn、Cr、Mo合金含量均按協議的中上限進行控制，同時為保證材料的低溫沖擊性能，材料的C、Si含量按協議的中限控制，加嚴了P、S及Cu含量的控制。該鋼種經車削加工后調質使用，中間沒有鍛打工序，要求鋼材外表面至直徑13%深度范圍內，不允許存在錠型偏析及疏松點。為此在冶煉過程中通過弱化電磁攪拌，適當提高過冷度，增加二冷比水量和降低拉速來減輕易偏析元素在等軸晶轉變處的富集［2］，軋制過程通過增加高溫擴散時間，增大初道次壓下量，使錠型偏析向鋼材內部轉移，以達到減輕鋼材錠型偏析級別甚至是消除錠型偏析的目的。

工藝流程：80%高爐鐵水熱裝→80 t頂底復吹轉爐→70 t LF爐外精煉→VD真空脫氣→R17 m三機三流連鑄機連鑄生產Φ600 mm連鑄坯→熱送（冷送）→雙蓄熱步進梁式加熱爐→高壓水除鱗→Φ1 350二輥可逆開坯機→Φ950精軋機→熱鋸鋸切→冷床收集→入坑緩冷→出坑退火→表面檢查→內部超探→包裝→計量、標識、入庫。

3 工藝控制要點及分析

3.1 冶煉工序

因本鋼種對夾雜物、低倍組織及有害殘余元素要求較嚴，生產時要求：1）冶煉時需確認鐵水P含量，選用P≤0.125%的鐵水冶煉本鋼種；2）因本鋼種要求鋼材的奧氏體晶粒度≮6級，生產時Als按0.015%～0.025%控制；3）精煉時嚴控過熱度，保證控制在20～30℃；4）加強真空脫氣，真空度＜59 Pa保持時間＞15 min；5）連鑄時確保結晶器液面穩定，不出現波動，目標拉速0.24 m/min，二冷配水按強冷執行，結晶器電攪參數按150 A/1.6 Hz設定，末端電磁攪拌參數按350 A/4.5 Hz設定。

3.2 軋制工藝

為減輕大規格連鑄坯成分偏析，加熱時嚴控加熱溫度以及保溫時間：預熱段爐氣溫度≯800℃，保溫時間＞150 min；加熱段爐氣溫度1 200～1 240℃，保溫時間≮360 min；均熱段爐氣溫度在1 210～1 230℃，保溫時間≮260 min。初軋機采用大壓下量的軋制工藝，以提高滲透變形程度，減輕鋼材內部疏松及錠型偏析級別。鋼材經冷床收集后及時入坑緩冷，入坑溫度≮560℃。

3.3 退火工藝

為保證鋼材具備合適的車削加工硬度，鋼材出坑后先進行矯直（避免退火后矯直產生內應力造成后續熱處理變形或彎曲），然后進行退火處理，鋼材入爐升溫至760℃保溫4 h，隨爐冷卻至700℃后保溫2 h，隨爐冷卻至550℃后出爐空冷。

4 產品實物質量檢測分析

4.1 化學成分及力學性能

對試生產的60余爐CL.516D鋼進行檢驗分析，鋼材調質處理后（870℃保溫260 min油淬+610℃保溫260 min水冷），端面棄去50 mm以上再切取力學性能試樣，試樣取樣位置在鋼材1/3直徑處。CL.516D鋼的機械性能要求及統計結果見表2。鋼材的綜合力學性能良好，尤其是大規格材料的性能均能滿足協議要求，證明材料的淬透性較好。

表2 CL.516D鋼力學性能

表3 疏松點距邊緣距離統計情況

表4 CL.516D鋼夾雜物級別

4.2 鋼材低倍組織

鋼材經熱酸浸蝕后的低倍組織良好，一般疏松0～1.0級，中心疏松1.0～1.5級，錠型偏析0～1.0級。一般疏松及錠型偏析級別低，個別大規格（Φ175、Φ180 mm規格）中心疏松1.5級，其余規格為1級。Φ100、Φ130、Φ160及Φ180 mm規格的低倍組織見圖1。

對材料的疏松點距邊緣的距離進行統計，所有規格的鋼材都符合疏松點距邊13%直徑深度范圍內不允許存在疏松點的要求，統計結果見表3。

4.3 晶粒度及夾雜物

鋼材的奧氏體晶粒細小均勻，晶粒度7～8.5級，鋼材的帶狀組織2級以下，同時鋼材的純凈度較好，見表 4。

5 結 語

CL.516D是在42CrMoA基礎上通過對化學成分進行適當調整，使材料的淬透性得到改善，尤其是大規格材料經整體熱處理后性能指標達到協議要求，通過對連鑄及軋制工藝進行優化，鋼材能夠穩定滿足協議要求的鋼材表面至直徑13%范圍內無疏松點的要求。

自該鋼種試制成功后，批量生產約4 800 t并交付用戶，全部用于制作注塑機拉桿，通過對用戶加工、使用過程進行跟蹤了解到，材料在使用過程中質量穩定，各項指標均能滿足用戶要求，獲得用戶認可。此次生產的注塑機用鋼，不僅是公司鉻鉬鋼向更大規格邁進的一次突破，更是鉻鉬鋼走向不同加工用途的一次全新嘗試，將會使山東壽光巨能特鋼有限公司鋼材在注塑機用鋼市場占有一席之地，同時會進一步提升產品知名度。

參考文獻：

［1］ 黃步明，許忠斌.高速超精密注塑機的技術進展及發展動向［J］.工程塑料應用，2002，30（12）：47-49.

［2］ 許偉陽.連鑄齒輪鋼矩形坯碳“錠型”偏析的形成與控制［D］.北京：鋼鐵研究總院，2012：95.