5Cr4W5Mo2V熱模具鋼的研制

1概述

近幾年，中國(guó)模具制造業(yè)的迅速發(fā)展拉動(dòng)了模具鋼消費(fèi)，我國(guó)模具鋼產(chǎn)量已位居世界前列。但目前我國(guó)模具鋼的發(fā)展很不平衡，中低檔產(chǎn)品供過于求，而高檔模具鋼近50%依靠進(jìn)口，尤其是大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命的模具鋼缺口更大。這其中有生產(chǎn)工藝水平的問題，但缺乏相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的引導(dǎo)和規(guī)范也是制約我國(guó)高檔模具鋼發(fā)展的關(guān)鍵因素。

2012-2016年，依托我國(guó)鋼鐵行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化科研能力，由全國(guó)鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)特殊鋼分技術(shù)委員組織，完成了6項(xiàng)高檔模具鋼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的研制，詳見表1。以上6項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中熱作模具鋼、冷作模具鋼的3個(gè)項(xiàng)目已批準(zhǔn)發(fā)布，塑料模具鋼3個(gè)項(xiàng)目已通過委員會(huì)的專家審查并上報(bào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，處于批準(zhǔn)發(fā)布階段。這6項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的制定體現(xiàn)了目前我國(guó)模具鋼領(lǐng)域的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平，完善了我國(guó)模具鋼標(biāo)準(zhǔn)體系，可操作性強(qiáng)，具有一定的前瞻性，標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)、合理，能夠較好地規(guī)范目前我國(guó)模具鋼生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)的整體水平達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

2主要技術(shù)要點(diǎn)

2.1標(biāo)準(zhǔn)適用范圍、牌號(hào)及化學(xué)成分

6項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)適用范圍和標(biāo)準(zhǔn)中所包含的牌號(hào)見表2。

本次所制定的6項(xiàng)高檔模具鋼標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的化學(xué)成分均取消了成品鋼材化學(xué)成分允許偏差的規(guī)定，即標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的全部為成品成分。目前只有ASTM A681取消了成品鋼材化學(xué)成分允許偏差的規(guī)定，其他國(guó)家/組織標(biāo)準(zhǔn)，如BS4659、NF A35-590、DIN17350、ISO4957、JIS G4404等，均規(guī)定了成品鋼材化學(xué)成分允許偏差。取消成品鋼材化學(xué)成分允許偏差，在成分范圍上進(jìn)一步縮窄，有利于提高產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量。

2.2尺寸、外形

塑料模具鋼及冷作模具鋼標(biāo)準(zhǔn)中所涉及的熱軋、鍛制圓鋼、方鋼、扁鋼及機(jī)加工鋼材的尺寸、外形要求均執(zhí)行GB/T1299-2014《工模具鋼》的相關(guān)規(guī)定，鋼板、冷拉鋼棒、銀亮條鋼分別執(zhí)行GB/T709《熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差》、GB/T 905《冷拉圓鋼、方鋼、六角鋼尺寸、外形、重量及允許偏差》、GB/T 3207《銀亮鋼》的規(guī)定。

熱作模具鋼所涉及的鍛制圓鋼、方鋼未執(zhí)行GB/T1299-2014規(guī)定，主要考慮GB/T1299-2014中鍛制圓鋼、方鋼的尺寸外形執(zhí)行GB/T908-2008《鍛制鋼棒尺寸、外形、重量及允許偏差》中的規(guī)定，而GB/T908-2008中鍛制圓鋼、方鋼的尺寸允許偏差由正偏差和負(fù)偏差組成。而在實(shí)際訂貨中，用戶絕大多數(shù)情況下希望冶金廠尺寸允許偏差只允許正偏差。因此本次標(biāo)準(zhǔn)為充分體現(xiàn)用戶的這一需求，標(biāo)準(zhǔn)中鍛制圓鋼、方鋼的尺寸允許偏差全部為只允許正偏差，鍛制扁鋼的厚度允許偏差與GB/T1299-2014的規(guī)定一致，寬度允許偏差進(jìn)行了加嚴(yán)控制。

2.3冶煉方法和交貨狀態(tài)

6項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的常用冶煉方法和一般交貨狀態(tài)見表3。在規(guī)定常用冶煉方法的同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了可以采用能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的其他冶煉方法。

2.4交貨硬度

6項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)均對(duì)鋼材的交貨硬度作出了明確規(guī)定，所規(guī)定的硬度值與通用標(biāo)準(zhǔn)GB/T1299-2014的規(guī)定一致。

2.5低倍組織

塑料模具鋼和冷作模具鋼低倍組織的規(guī)定執(zhí)行GB/T1299-2014中最嚴(yán)格（1組）的規(guī)定。熱作模具鋼低倍組織在GB/T1299-2014 中1組的基礎(chǔ)上進(jìn)行了加嚴(yán)規(guī)定。

2.6非金屬夾雜物

非金屬夾雜物的合格級(jí)別是體現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，本次制定的6項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中非金屬夾雜物的合格級(jí)別參考了GB/T1299-2014中最高等級(jí)規(guī)定，除《塑料模具鋼 第1部分：非合金鋼》與GB/T1299-2014中最高等級(jí)規(guī)定一致外，其他5項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)均在最高等級(jí)基礎(chǔ)上進(jìn)行了加嚴(yán)規(guī)定，特別是《熱作模具鋼 第1部分：壓鑄模具用鋼》標(biāo)準(zhǔn)與北美壓鑄協(xié)會(huì)NADCA#207-2016標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一致，體現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量的高檔次。

2.7脫碳層

《塑料模具鋼 第3部分：耐腐蝕鋼》與GB/T1299-2014規(guī)定一致。熱作模具鋼及冷作模具鋼標(biāo)準(zhǔn)中脫碳層的規(guī)定執(zhí)行了GB/T1299-2014中最高等級(jí)（1組）的規(guī)定。

2.8顯微組織

《熱作模具鋼 第1部分：壓鑄模具用鋼》要求檢驗(yàn)鋼材的帶狀組織和退火顯微組織，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和合格級(jí)別由供需雙方協(xié)商確定?！独渥髂＞咪?第1部分：高韌性高耐磨性鋼》對(duì)于共晶碳化物不均勻度要求與GB/T1299-2014相比加嚴(yán)了各規(guī)格區(qū)間的碳化物不均勻度級(jí)別，并明確了扁鋼的不均勻度要求。

2.9超聲檢測(cè)

塑料模具鋼及冷作模具鋼標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于超聲檢測(cè)的規(guī)定參照了GB/T1299-2014的規(guī)定，合格級(jí)別基本采用了最高等級(jí)（1組）的規(guī)定。熱作模具鋼標(biāo)準(zhǔn)超聲檢測(cè)合格級(jí)別嚴(yán)于GB/T1299-2014最高等級(jí)（1組）的規(guī)定

2.10表面質(zhì)量

6項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中表面質(zhì)量參照了GB/T1299-2014的規(guī)定，對(duì)不同產(chǎn)品做出了明確要求。

本文摘選自本報(bào)2017年第46期B01部分內(nèi)容，若要詳細(xì)了解更多相關(guān)行業(yè)和技術(shù)信息，請(qǐng)關(guān)注本報(bào)紙質(zhì)報(bào)紙每期A版和B版內(nèi)容，或者登陸本報(bào)手機(jī)APP客戶端，或者本報(bào)網(wǎng)站新址：http://www.worldmetals.com.cn/電子報(bào)閱讀全文。轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

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摘要:選擇進(jìn)口空心玻璃微珠研制了一種薄層反光隔熱效果優(yōu)良、耐沾污性和耐候性良好的隔熱反射涂料，采用美軍軍標(biāo)對(duì)其性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)并與普通聚氨酯涂料進(jìn)行了比較，表明其效果明顯。

關(guān)鍵詞:油罐專用隔熱反射涂料  美軍軍標(biāo)  空心玻璃微珠  聚氨酯涂料樣板

    前言

    露天環(huán)境下，地面油罐由于陽(yáng)光曝曬，導(dǎo)致其表面和內(nèi)部溫度快速升高，其中大部分熱量集中于油界面表層，加快了油品的蒸發(fā)，造成“呼吸”損耗。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，節(jié)能和環(huán)保受到了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。目前常用的隔熱方法有采用隔熱層、金屬鍍膜和水噴淋降溫。以玻璃棉、泡沫塑料組成的隔熱層，雖有一定的隔熱效果，但是一旦熱能傳入內(nèi)部，即使外部溫度降低，熱能還是困陷其中;在物體表面鍍一層金屬膜，其隔熱效果雖然顯著，但是工藝復(fù)雜，容易受到工作環(huán)境和基材的限制;為降低石油化工貯罐及管道等金屬表面的溫度，須經(jīng)常向上面淋水降溫，而噴 淋水管的內(nèi)外壁易銹蝕，循環(huán)水的污垢易長(zhǎng)藻、長(zhǎng)霉，影響生產(chǎn)環(huán)境。所以，研制開發(fā)一種薄層反光隔熱效果優(yōu)良、耐沾污性和耐候性良好，并具有一定阻燃作用的 高效環(huán)保反射太陽(yáng)熱的保溫材料，對(duì)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境，具有重要意義。

    1試驗(yàn)部分

    1.1試驗(yàn)材料

    BS962-60（三木）;分散潤(rùn)濕劑、流平劑、消泡劑、增稠劑（畢克）；金紅石型鈦白粉（龍蟒）;玻璃微珠（進(jìn)口）;聚氨酯脫水劑;N-3390（德國(guó)）。

    1.2儀器設(shè)備

    小型告訴分散機(jī);Brookfield黏度計(jì);電子天平;紅外線測(cè)溫儀等。

    1.3隔熱涂料的制備

    按表1、表2配方稱取各種物料。

    A組分:在攪拌下依次加入1、2、3、4、5計(jì)量入罐高速攪拌6min，低速攪拌計(jì)量加入7、8，高速攪拌20min，研磨至細(xì)度合格，用9調(diào)漆，在低速攪拌下加入5，避免過高的轉(zhuǎn)速破壞玻璃微珠的空心結(jié)構(gòu)，使其失去隔熱反射能力，最后用10調(diào)整黏度，檢驗(yàn)合格后過濾、灌裝。

    B組分:將所有原料計(jì)量入罐，攪拌分散均勻，檢驗(yàn)合格后過濾、灌裝。

表1 白色隔熱反射面漆A組分

    1.4樣板制備

    按配比mA∶mB=4∶1將兩組分混合均勻后，熟化0.5h，將所制得的反射隔熱涂料噴涂在涂有底漆、中涂層的馬口鐵樣板上（雙組分環(huán)氧底漆二道60～80μm→改性環(huán)氧中涂一道30～50μm→隔熱反射面漆三道80～100μm），48h自然干燥。

    1.5性能測(cè)試

    由于我國(guó)目前隔熱反射涂料尚處于研發(fā)階段，本試驗(yàn)參照美軍軍標(biāo)中所規(guī)定的檢測(cè)方法(見圖1)。

圖1 測(cè)溫裝置示意圖

    測(cè)定步驟如下:將2塊噴涂聚氨酯黑漆的樣板平放在泡沫上，兩塊樣板相距5cm，位于燈泡的下方（由于隔熱涂料主要是將日光中的紅外光反射，因此試驗(yàn)選用紅外燈泡）。將2塊樣板在30min內(nèi)達(dá)到平衡溫度87.8℃。溫度達(dá)到平衡后，換上待測(cè)定的自制隔熱涂料（白色）樣板，聚氨酯白漆樣板，進(jìn)行隔熱效果比較。15min后溫度重新達(dá)到平衡后，記錄樣板溫度。將該數(shù)值與美軍軍標(biāo)所規(guī)定的溫度－反射率對(duì)應(yīng)值相比較，美軍軍標(biāo)所確定的樣板溫度－反射率對(duì)應(yīng)值為:反射率(%)/樣板溫度(℃):50/67.8，75/61.1

    2結(jié)果與討論

    2.1隔熱反射效果對(duì)比

    為了考察所制隔熱反射涂料的隔熱效果，將它與普通聚氨酯白漆進(jìn)行了比較，其結(jié)果見表3。

表3 自制隔熱反射涂料與普通聚氨酯涂料的隔熱效果比較

由表3可看出，該隔熱涂料在15min內(nèi)可達(dá)到28℃以上的降溫，比普通聚氨酯涂料有更加優(yōu)越的隔熱反射功能，而且經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的照射也能有效地隔熱，樣板溫度持續(xù)穩(wěn)定未上升，隔熱效果明顯。

    2.2基料的選擇

    油罐用隔熱反射涂料主要由基料、功能性助劑和溶劑組成?；鲜峭磕ぷ钪饕?的組成部分。基料的主要作用是將涂料中的其他成分黏結(jié)成一整體，當(dāng)涂料固化后，附著在基材表面形成均勻、連續(xù)、堅(jiān)韌的保護(hù)膜層。它對(duì)涂料的黏結(jié)強(qiáng)度、干 性、耐水性和耐化學(xué)性、附著力起決定性作用。材料反射太陽(yáng)光的強(qiáng)弱主要用物質(zhì)的折光指數(shù)來表征，合成樹脂的折光指數(shù)為1.45～1.50，這意味著選擇不同的基料對(duì)涂層的太陽(yáng)熱反射效果不會(huì)有顯著的影響。因此制備耐候性要求較高的油罐用隔熱反射涂料時(shí)一般選擇透明度高、不含吸熱基團(tuán)、對(duì)可見光和近紅外光吸收較少的雙組分丙烯酸樹脂。

    2.3顏填涂的選擇

    入射在涂層上的太陽(yáng)輻射被吸收、透射或反射。由于存在顏填料，隔熱涂料一般不透明，其透射率近似為0，因此通過提高涂層的反射率使涂層表面對(duì)能量的吸收較少，可以使得涂層溫度上升的幅度降低。涂料中的顏填料主要以散射為主，顏填料的折射率越大，其散射太陽(yáng)光的能力越強(qiáng)。一些顏填料的折射率如表4。

表4 幾種典型顏填料的折射率數(shù)據(jù)

    由表4可看出鈦白粉的折射率較大，而且白色對(duì)光線產(chǎn)生散射作用最強(qiáng)，因此隔熱反射涂料以白色為主。

    2.4玻璃微珠對(duì)涂料反射隔熱性能的影響

    據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，采用“空心微珠”等功能性填料形成高效太陽(yáng)熱反射涂膜，具有很好的降溫隔熱作用。在隔熱涂料中添加適當(dāng)量的空心玻璃微珠，主要利用它的空氣層，產(chǎn)生良好的隔熱效果?？招奈⒅樘盍蠈?duì)近紅外光的反射率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通填料。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，普通填料的反射比只有約0.28，而玻璃微珠與陶瓷微珠的反射比接近，達(dá)到0.9，陶瓷微珠略高于玻璃微珠，但玻璃微珠的貯存穩(wěn)定性較好。所以，使用玻璃微珠是合適的選擇。

    3結(jié)語(yǔ)

    本工作以丙烯酸聚氨酯為基料，并加入鈦白粉、空心玻璃微珠、助劑制成的隔熱涂料，具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單和施工方便的優(yōu)點(diǎn)。自制的隔熱涂料能保持較長(zhǎng)時(shí)間隔熱效果，已被延慶石油集團(tuán)等單位的貯罐所廣泛使用，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，有廣闊的市場(chǎng)前景。