5Cr4W5Mo2V熱模具鋼的研制簡介

1概述

近幾年，中國模具制造業(yè)的迅速發(fā)展拉動了模具鋼消費，我國模具鋼產(chǎn)量已位居世界前列。但目前我國模具鋼的發(fā)展很不平衡，中低檔產(chǎn)品供過于求，而高檔模具鋼近50%依靠進口，尤其是大型、精密、復雜、長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)標準的引導和規(guī)范也是制約我國高檔模具鋼發(fā)展的關(guān)鍵因素。

2012-2016年，依托我國鋼鐵行業(yè)標準化科研能力，由全國鋼標準化技術(shù)委員會特殊鋼分技術(shù)委員組織，完成了6項高檔模具鋼國家標準的研制，詳見表1。以上6項標準中熱作模具鋼、冷作模具鋼的3個項目已批準發(fā)布，塑料模具鋼3個項目已通過委員會的專家審查并上報國家標準化管理委員會，處于批準發(fā)布階段。這6項標準的制定體現(xiàn)了目前我國模具鋼領(lǐng)域的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平，完善了我國模具鋼標準體系，可操作性強，具有一定的前瞻性，標準技術(shù)指標先進、合理，能夠較好地規(guī)范目前我國模具鋼生產(chǎn)，標準的整體水平達到國際先進水平。

2主要技術(shù)要點

2.1標準適用范圍、牌號及化學成分

6項標準適用范圍和標準中所包含的牌號見表2。

本次所制定的6項高檔模具鋼標準中所規(guī)定的化學成分均取消了成品鋼材化學成分允許偏差的規(guī)定，即標準中規(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成分允許偏差的規(guī)定，其他國家/組織標準，如BS4659、NF A35-590、DIN17350、ISO4957、JIS G4404等，均規(guī)定了成品鋼材化學成分允許偏差。取消成品鋼材化學成分允許偏差，在成分范圍上進一步縮窄，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準中所涉及的熱軋、鍛制圓鋼、方鋼、扁鋼及機加工鋼材的尺寸、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偏差組成。而在實際訂貨中，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。因此本次標準為充分體現(xiàn)用戶的這一需求，標準中鍛制圓鋼、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，寬度允許偏差進行了加嚴控制。

2.3冶煉方法和交貨狀態(tài)

6項標準中所規(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，標準還規(guī)定了可以采用能滿足標準要求的其他冶煉方法。

2.4交貨硬度

6項標準均對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準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)上進行了加嚴規(guī)定。

2.6非金屬夾雜物

非金屬夾雜物的合格級別是體現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵指標，本次制定的6項標準中非金屬夾雜物的合格級別參考了GB/T1299-2014中最高等級規(guī)定，除《塑料模具鋼 第1部分：非合金鋼》與GB/T1299-2014中最高等級規(guī)定一致外，其他5項標準均在最高等級基礎(chǔ)上進行了加嚴規(guī)定，特別是《熱作模具鋼 第1部分：壓鑄模具用鋼》標準與北美壓鑄協(xié)會NADCA#207-2016標準規(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準中脫碳層的規(guī)定執(zhí)行了GB/T1299-2014中最高等級（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》要求檢驗鋼材的帶狀組織和退火顯微組織，檢驗標準和合格級別由供需雙方協(xié)商確定?！独渥髂＞咪?第1部分：高韌性高耐磨性鋼》對于共晶碳化物不均勻度要求與GB/T1299-2014相比加嚴了各規(guī)格區(qū)間的碳化物不均勻度級別，并明確了扁鋼的不均勻度要求。

2.9超聲檢測

塑料模具鋼及冷作模具鋼標準對于超聲檢測的規(guī)定參照了GB/T1299-2014的規(guī)定，合格級別基本采用了最高等級（1組）的規(guī)定。熱作模具鋼標準超聲檢測合格級別嚴于GB/T1299-2014最高等級（1組）的規(guī)定

2.10表面質(zhì)量

6項標準中表面質(zhì)量參照了GB/T1299-2014的規(guī)定，對不同產(chǎn)品做出了明確要求。

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

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摘要:選擇進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，采用美軍軍標對其性能進行了評價并與普通聚氨酯涂料進行了比較，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  空心玻璃微珠  聚氨酯涂料樣板

    前言

    露天環(huán)境下，地面油罐由于陽光曝曬，導致其表面和內(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。隨著國民經(jīng)濟和現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，節(jié)能和環(huán)保受到了人們越來越多的關(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)水的污垢易長藻、長霉，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)保反射太陽熱的保溫材料，對節(jié)約能源、保護環(huán)境，具有重要意義。

    1試驗部分

    1.1試驗材料

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

    1.2儀器設(shè)備

    小型告訴分散機;Brookfield黏度計;電子天平;紅外線測溫儀等。

    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計量入罐高速攪拌6min，低速攪拌計量加入7、8，高速攪拌20min，研磨至細度合格，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，檢驗合格后過濾、灌裝。

    B組分:將所有原料計量入罐，攪拌分散均勻，檢驗合格后過濾、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性能測試

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

圖1 測溫裝置示意圖

    測定步驟如下: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，因此試驗選用紅外燈泡）。將2塊樣板在30min內(nèi)達到平衡溫度87.8℃。溫度達到平衡后，換上待測定的自制隔熱涂料（白色）樣板，聚氨酯白漆樣板，進行隔熱效果比較。15min后溫度重新達到平衡后，記錄樣板溫度。將該數(shù)值與美軍軍標所規(guī)定的溫度－反射率對應(yīng)值相比較，美軍軍標所確定的樣板溫度－反射率對應(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)過長時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?；系闹饕饔檬菍⑼苛现械钠渌煞逐そY(jié)成一整體，當涂料固化后，附著在基材表面形成均勻、連續(xù)、堅韌的保護膜層。它對涂料的黏結(jié)強度、干 性、耐水性和耐化學性、附著力起決定性作用。材料反射太陽光的強弱主要用物質(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涂層的太陽熱反射效果不會有顯著的影響。因此制備耐候性要求較高的油罐用隔熱反射涂料時一般選擇透明度高、不含吸熱基團、對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，其散射太陽光的能力越強。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，而且白色對光線產(chǎn)生散射作用最強，因此隔熱反射涂料以白色為主。

    2.4玻璃微珠對涂料反射隔熱性能的影響

    據(jù)文獻報道，采用“空心微珠”等功能性填料形成高效太陽熱反射涂膜，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t外光的反射率遠遠高于普通填料。通過試驗發(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

    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)工藝簡單和施工方便的優(yōu)點。自制的隔熱涂料能保持較長時間隔熱效果，已被延慶石油集團等單位的貯罐所廣泛使用，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益，有廣闊的市場前景。