ZW636高镜面塑料模具钢的开发

王建华，曹立军，崔瑞婷，张长春，张海英

（1.唐山志威科技有限公司，河北遵化 064200；2.河北省工模具钢技术创新中心，河北遵化 064200）

1 引言

随着生活水平提高，人们对日常生活用品表面美观度提出了更高的要求，高端塑料模具消耗量飞速增长，高端镜面塑料模具钢需求量也随之提高。但高镜面塑料模具钢的生产企业多分布在日本、德国和瑞典等国家，其模具钢质量稳定性好，而我国生产能力不足，质量波动大，导致高端塑料模具钢大部分依赖进口，价格几倍于国产同质量水平的塑料模具钢[1]。发展高镜面等高端塑料模具钢势在必行。唐山志威科技有限公司生产的高镜面塑料模具钢ZW636，硬度38～42HRC，可抛光至8000#，目前最大厚度达800mm。

2 主要技术要求

（1）成分要求。成分按照表1进行控制。

表1 化学成分标准 wt%

（2）硬度要求。预硬化黑皮状态交货，截面硬度38～42HRC，芯部≥37HRC。

（3）非金属夹杂物。非金属夹杂物按GB/T 10561的A法进行检验，检验结果应符合表2要求。

表2 非金属夹杂物级别

（4）晶粒度。按照GB/T 6394进行晶粒度检测，实际晶粒度≥5级。

（5）超声检测。锻件要求逐支100%进行探伤，按SEP1921标准第三组进行探伤，合格级别满足E/e级要求。

（6）抛光等级。在模块冒口端面靠中心位置取100×100mm试块进行抛光。抛光流程：去除锯切痕（砂轮机和砂轮片）→砂纸抛光（100-1000#砂纸）→钻石抛光膏抛光（抛光面上无肉眼可见的抛光痕迹）→表面擦拭→评级。评级标准：1cm范围内0～1个麻点，抛光为合格，按8000#等级标准进行测试，通过测试为合格。

3 工艺流程

ZW636ESR生产工艺：电炉→钢包精炼→真空脱气→模铸→保护气氛电渣重熔→高温扩散→换向锻造→正火扩氢处理→调质处理→超声波探伤→表面质量检验→喷标→检斤入库。

4 生产试制

4.1 冶炼过程

电炉冶炼完毕后，取样检测磷含量，控制磷≤0.010%后出钢，出钢过程加入铝块进行沉淀脱氧、造渣料进行渣洗及合金化。钢水到达LF后，采用铝粒和高纯碳化硅进行扩散脱氧，精炼时间≥60min，白渣保持时间≥20min。钢水到达VD，通氩气搅拌，在真空度≤67Pa下，真空度保持时间20min，软吹＞15min，氩气保护浇铸模铸电极坯。模铸电极坯表面磨光，渣料进行烘烤后进行电渣重熔。

4.2 高温均质化加热和锻造过程

高温均质化加热：坯料尽管已经经过电渣重熔过程，但铸态合金因凝固时溶质原子再分布，易导致凝固后合金元素的不均匀分布，从而引起枝晶偏析，通过高温扩散均质化加热，改善了C、Mn、Cr和Mo等元素的偏析情况[2]。

锻造和成形：保证足够锻比，保证芯部组织的锻透、压实和晶粒充分破碎，同时保证最后一火锻比＞1.5。

4.3 正火扩氢和淬回火过程

电渣锭锻造成形后，进行正火扩氢和淬回火。此钢种为白点敏感钢，尤其在雨季，扩氢时间应适当延长。

5 产品检验结果

模块回火后进行探伤，根据探伤结果平头，检测硬度，并在两端取片进行高倍检验。经检验，探伤、硬度、高倍均符合技术要求。

以下检验结果为规格610×1,510mm模块实测结果。

5.1 成分检验结果

化学成分如表3所示。

表3 化学成分 wt%

[O]=6ppm，[N]=51ppm，[H]=0.5ppm，成分满足技术要求，且成分均匀。

5.2 硬度检验结果（两个端面5点L型硬度）

使用便携式里氏硬度计在模块两端锯切面检测硬度，图1所示为端面硬度点位置，结果如表4所示，满足技术要求，硬度均匀性为2.7HRC。

图1 硬度检测位置

表4 硬度结果

5.3 非金属夹杂物检验结果

非金属夹杂物检验结果如表5所示。1/4宽度非金属夹杂物如图2所示，中心非金属夹杂物如图3所示。

表5 非金属夹杂物检验结果

图2 1/4宽度非金属夹杂物100×

图3 中心非金属夹杂物100×

5.4 晶粒度检验结果

检验位置：补缩端1/4宽度和中心

检验结果：如图4、图5所示，6级。

图4 1/4宽度晶粒度200×

图5 中心晶粒度200×

5.5 金相组织

在补缩端取片检验1/4宽度和中心位置观察金相组织，组织为回火索氏体。组织均匀，无明显偏析。如图6、图7所示。

图6 1/4宽度金相组织（50×和500×）

图7 中心金相组织（50×和500×）

5.6 超声检测

按SEP1921标准第三组进行模块大面和侧面探伤，未发现裂纹、疏松和缩孔等缺陷，未发现任何超声波缺陷，完全满足E/e级要求。

5.7 抛光检测

在材料端面靠中心位置取100×100mm试块进行抛光。抛光亮度为8000#，抛光效果评分为90%（1cm范围麻点数为0～1个），适用于大灯灯罩、尾灯双色和空调面板等模具。

6 结论

（1）ZW636ESR高镜面塑料模具钢生产工艺已成熟稳定，并已固化。

（2）ZW636ESR模块硬度38～42HRC，同截面硬度均匀性≤3HRC，满足要求。

（3）各类非金属夹杂物级别均≤1.0级。组织均匀，无明显偏析。晶粒度6级，满足技术要求。

（4）ZW636ESR具有优异的抛光性能，可抛光至8000#，适用于大灯灯罩、尾灯双色和空调面板等模具。