大厚度鏡面塑料模具鋼XC1.2738的研發

吳 揚，楊宏偉，何廣霞

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇江陰214400）

1 引言

隨著塑料工業發展的突飛猛進，塑料模具的需求量急劇增加，其用量及產值已躍居模具用鋼的首位，同時對塑料模具鋼的質量也提出更高要求，往往要求大截面、高鏡面拋光度和硬度均勻性。模具材料的選擇既要考慮模具的具體使用要求，又要考慮到成本。預硬型塑料模具鋼因其交貨態可滿足模具加工要求，客戶無需再進行熱處理，避免了模具成型后再次熱處理造成的尺寸不合格、脫碳和開裂等缺陷，大幅節約了模具成本。專家預測大截面、高均勻預硬化塑料模具鋼具有廣闊的發展前景[1]。

國外已開發有較成熟的高鏡面預硬化塑料模具鋼，例如德國的DIN1.2738、瑞典的ASSAB 718等，國內類似鋼種是GB/T 35840.4-2020中的4Cr2MnNiMo，該類鋼種直接加工成模具，經預硬化處理后硬度均勻，具有極佳的拋光性能，不需要再進行淬、回火處理，有效避免模具淬火變形，保證尺寸精度，適合制造大型鏡面塑料模具[2]。近年來，國內許多鋼廠進行了重點攻關，取得了一定成效，但120mm以上厚度的鋼板通常采用鋼錠-鍛造-調質流程生產，效率低，能耗大，質量不穩定。江陰興澄特種鋼鐵有限公司（以下簡稱興澄特鋼）利用450mm連鑄板坯，開發了連鑄-軋制-預硬化工藝流程生產20~200mm厚度的XC1.2738預硬化塑料模具鋼。本文介紹了興澄特鋼生產的XC1.2738預硬化塑料模具鋼板的技術要求、生產工藝，以及鋼板的實物性能。

2 技術要求

2.1 化學成分

XC1.2738是在常規1.2311模具鋼的基礎上添加了合金元素Ni，彌補1.2311淬透性的不足，保證大厚度鋼板的芯部硬度，具體化學成分如表1所示。

表1 XC1.2738鋼板化學成分（質量分數）/%

2.2 硬度、非金屬夾雜物及晶粒度要求

鋼板交貨硬度范圍根據客戶需求分為30~36HRC（L類）和33～38HRC（H類），同截面硬度波動≤3HRC。

鋼中非金屬夾雜物按GB/T 10561-2005中A法進行檢驗，檢驗結果應符合表2的規定。

表2 非金屬夾雜物合格級別

由于該類鋼種用于鏡面模具制造，對拋光的要求高，因此要求模具材料內部不允許有大顆粒夾雜物的存在[3]。

按照GB/T6394檢測鋼板的奧氏體晶粒度，不低于5級。

2.3 內部質量

鋼板應按NB/T 47013.3進行超聲檢測，滿足板材T1級要求，保證鋼板內部無砂眼。

3 生產工藝

3.1 工藝流程

KR→BOF→LF精煉→RH精煉→連鑄→軋制→探傷→預硬化熱處理→檢驗→精整→入庫。

3.2 煉鋼

XC1.2738鋼水經脫磷、脫硫，可使雜質元素含量大大降低，其中實物可使P≤0.015%，S≤0.005%，H≤0.0002%。再加上連鑄過程保護澆注，進一步降低了鋼中非金屬夾雜物。連鑄通過控制過熱度與澆注速度，優化輕壓下工藝匹配度，減輕板坯中心偏析和中心疏松，確保板坯低倍中心偏析C1.0以下，中心疏松0.5級，無裂紋，為保證鋼板探傷質量創造良好條件。

3.3 軋制

針對450mm厚板坯軋制前需保證坯料芯部溫度達到目標，相對于普通鋼板高溫段時間需延長1h以上，使合金元素充分擴散。鋼板在粗軋階段采用強滲透變形工藝，使軋制力充分傳導到芯部，提升鋼板探傷質量。

3.4 熱處理

為細化鋼板晶粒度，提高組織均勻性，軋后鋼板需進行在正火處理。針對用戶的個性化硬度需求及供貨規格多樣化的情況，正火鋼板通過優化回火工藝，滿足鋼板預硬化交貨要求。

4 鋼板實物質量

（1）低倍。

圖1是450mm板 坯 低 倍，圖2是200mm厚XC1.2738鋼板低倍。從圖1中可以看出板坯內部質量良好，無明顯偏析和疏松，無中間裂紋和角部裂紋。按照YB/T 4003-2016標準檢測，中心偏析0.5級，中心疏松0.5級。從圖2可見鋼板內部成分均勻，偏析和疏松控制水平較高。

圖1 450mm厚XC1.2738板坯低倍

圖2 200mm厚XC1.2738鋼板低倍

（2）鋼板硬度。

硬度均勻性是模具鋼重要的質量評價指標，影響模具加工性和拋光性。對30mm厚度以上鋼板出廠前進行整板表面硬度檢測，確保鋼板硬度均勻性。檢測結果如圖3所示。整板硬度差≤2HRC，鋼板表面硬度均勻。

圖3 鋼板整板硬度差分布

圖4是100mm、200mm厚鋼板全厚度硬度分布。從圖4中可以看出鋼板厚度方向硬度差分別在1.2HRC、1.9HRC之內。

圖4 100mm和200mm厚鋼板全厚度硬度分布

（3）非金屬夾雜物、晶粒度。

圖5是鋼板按照GB/T 10561-2005 A法標準進行非金屬夾雜物檢測結果，從圖5中可以看出XC1.2738鋼板中A、B、C、D類以及Ds夾雜物主要集中在0.5級及以下，鋼板純凈度高。

圖5 夾雜物分布

預硬化XC1.2738鋼板按GB/T6394標準檢測奧氏體晶粒度，檢測結果顯示預硬化后鋼板的奧氏體晶粒度全部大于5級，主要為6.5~7.0級，如圖6所示。

圖6 晶粒度分布圖

（4）鋼板內部質量。

鋼板逐張按照NB/T 47013.3 T1標準進行探傷，所有鋼板達到要求。為進一步摸清連鑄坯軋材的內部質量，XC1.2738鋼板全部按照鍛件?2mm要求加嚴探傷，合格率達到99%以上。

5 結論

興澄特鋼采用連鑄-軋制工藝生產20~200mm厚度的XC1.2738預硬化塑料模具鋼板內部質量良好，無明顯偏析和疏松，超聲波探傷達到NB/T 47013.3 T1，實物質量滿足鍛件?2mm要求。而且鋼板純凈度高，無大顆粒夾雜物；整板表面硬度和全厚度硬度均勻，奧氏體晶粒度等級高，晶粒細小。

本文開發的XC1.2738鋼板與模鑄鍛造工藝相比，大幅提升生產效率和成材率，降低噸鋼能耗，降低制造成本，實現了大厚度預硬化XC1.2738塑料模具鋼板的環保經濟型生產。