CN101892429A - 高强韧冷作模具钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强韧性冷作模具钢及其制备方法，属合金钢制造工艺技术领域。本发明钢的化学成分及重量百分比为：C 0.5-0.72％，Si 0.6-0.8％，Mn 0.6-1.0％，Cr 2.0-2.4％，Mo 0.15-0.25％，V 0.1-0.25％，Ni 0.5-0.8％，Fe余量。本发明冷作模具钢的制备过程简述如下：按配方进行原料配合、配合料于感应炉内熔炼、浇涛，然后电渣重熔；然后锻造、退火，将其加热至850～930℃进行奥氏体化，经过油淬后，在180～200℃进行二次回火。最终获得高强韧冷作模具钢。本发明的冷作模具钢具有较高的强韧性配合，以及具有较高的硬度，为适用于制造精密复杂模具用的钢种。

Description

高强韧冷作模具钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高强韧冷作模具钢及其制备方法，该模具钢合金成本低，具有较好的强度和韧性的配合，适用于制造精密复杂模具，属合金钢制造工艺技术领域。

背景技术

模具是机械、电子、汽车、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备。作为基础工业，模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要作用，对国民经济的发展起着无可置疑的关键作用。冷作模具钢主要用于冲压、下料、成型、弯曲、冷挤压、冷拉、粉末冶金模具等，要求具有高硬度、高耐磨性和足够的韧性。一般分为，通用型和特殊型两大类。长期以来，我国广泛采用CrWMn、Cr12型钢作为冷作模具的主选材料。由于前者易形成网状碳化物，后者易形成带状碳化物，碳化物的严重偏析使模具的强韧性降低，导致模具崩刃、断裂或塌陷。为解决模具的早期失效问题，拓宽模具工业对钢材的需求，国内相继研制成功一批高强度、高韧性、抗磨损、红硬性好的高速钢、基体钢、热处理微变形钢、钢结硬质合金等新钢种。为了适应工业的发展需求，我国的研究人员在模具钢新钢种的开发上，主要是针对当前模具在使用过程中所存在的使用寿命问题、开裂、塌陷等由于失效形式，调整现有模具材料中合金成分，在保证材料现有性能的前提下，调整材料中合金元素含量，降低材料生产成本，或在当前应用广、性能高的模具材料基础上，完善合金元素配比，使材料具得更高的机械性能和使用性能。模具钢的工作环境和工作条件，要求材料具有高的热强性和淬透性，所以在这两个合金化思路中，研究后者的居多。目前在国内主要采取的合金化思路主要是在材料中加入一些合金元素使材料具有一次和二次强化效果从而提高材料的强韧性，同时，除Cr、Mn外，再加入Mo、W、V和Ni等元素，保证材料组织细小，二次硬化效果明显具有较好的强韧性。如DS钢是采用中碳加Ni，以Mo代替部分W，多元少量合金化方案研制的一种高韧性耐冲击模具钢，具有较好的工艺性和力学性能。

由于冷作模具的使用环境比较恶劣，要求冷作模具钢具有优良的强韧性配合，以及适当的耐磨性能。合金成本的将低可以使产品在市场中更加具有竞争优势。本发明开发了合金成本低、具有较好强韧性配合的冷作模具钢。适用于制造精密复杂模具用钢。

该冷作模具钢通过加热到850℃～930℃奥氏体化后，促使合金元素大量溶入基体，提高合金度，增强固溶强化效果。同时，在进行二次回火过程中，弥散析出细小均匀的第二相粒子通过沉淀强化，提高材料强韧性。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低，具有较好的强度和韧性配合的高强韧冷作模具钢。

本发明的另一目的是提供一种高强韧冷作模具钢的制备方法。

本发明高强韧冷作模具钢的特征在于具有以下的成分及重量百分比：

C     0.5-0.72％，     Si    0.6-0.8％，

Mn    0.6-1.0％，      Cr    2.0-2.4％，

Mo    0.15-0.25％，    V     0.1-0.25％，

Ni    0.5-0.8％

Fe    余量。

上述冷作模具钢的制备方法，其特征在于该方法具有以下的工艺过程和步骤：

a.采用感应或电弧炉熔炼：按上述的合金元素配比将配料放入电炉中，进行熔炼。

b.电渣重熔：将熔炼浇涛出的电渣锭放到电渣重熔装置中，进行电渣重熔。

c.锻造：将上述钢锭加热至1200～1230℃温度范围内；始锻温度：1100～1050℃，终锻温度≥850℃，锻后缓冷。

d.退火：材料在锻造后，在830～860℃下进行退火，退火6-10小时，随后随炉冷却；

e.淬回火热处理：加热至850～930℃进行奥氏体化，采用油淬；随后进行180～200℃二次回火，每次回火时间为2h。

本发明的冷作模具钢其成分设计的理论依据如下所述：

钢中的合金元素中，Cr主要是保证钢具有优良的淬透性。Cr的含量不宜过高，否则容易形成网状的碳化物，影响钢的性能。Ni在提高钢的强度同时能够保持良好的塑性和韧性，但是Ni属于稀缺资源，本发明钢中加入适量的Ni，使钢的强韧性好的前提下合金成本不会太高。Mo和V在钢中形成弥散的第二相析出物，提高材料的强韧性。Si主要作用是提高钢的回火稳定性。Mn溶入基体中起固溶强化作用。

本发明开发了淬透性好，淬火温度较低，热处理变形小，合金成本低，具有较好的强度和韧性的配合，适用于制造精密复杂模具用钢。

附图说明

图1为本发明钢在200℃回火温度，不同淬火温度时冲击韧性及硬度曲线。

图2为本发明钢在热处理工艺为930℃淬火，200℃回火两小时两次时组织金相照片。

图3为本发明钢在热处理工艺为930℃淬火200℃回火后与D2钢在热处理工艺为1030℃淬火200℃回火后两者冲击韧性与硬度比较。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于下。

实施例1

本实例中，采用冷作模具钢的组成成分及其重量百分比如下：

C  0.71％，Si  0.70％，Mn  0.76％，Cr  2.32％，Mo  0.25％，

V  0.25％，Ni  0.68％，Fe  余量。

本实施例中，冷作模具钢的工艺过程和步骤如下：

a.感应熔炼：按上述的合金元素配比在感应炉中进行熔炼，熔炼温度大于1500℃，而后浇铸成Φ160mm钢锭并空冷；

b.电渣重熔：将浇涛后的钢锭作为自耗电极放置于电渣重熔装置中，进行电渣重熔，液体金属经过渣池的渣层下落至下面的水冷结晶器中，再重新凝固成钢锭；

c.锻造：将上述钢锭加热至1200～1230℃温度范围内；始锻温度：1100～1050℃，终锻温度≥850℃。锻造成60mm×60mm的方料；

d.退火：将锻造后的钢料放入加热炉中退火，退火温度为860℃，退火时间为6h，炉冷至550℃后出炉空冷。

e.淬回火处理：淬火温度930℃，在200℃进行二次回火，每次回火2小时。

性能测试：

本发明冷作模具钢经过上述热处理后，进行性能测试：

(1)淬火硬度：64～65HRC；回火硬度：61.5HRC

(2)冲击韧性实验：

在坯料上取纵向冲击试样，试样尺寸为10mm×10mm×55mm。

室温冲击功值：175J。

(3)抗弯曲实验：

在坯料上纵向取抗弯曲试样，试样尺寸为7.5mm×5mm×100mm。

室温抗弯强度：3048MPa，最大弯曲力：4763KN，挠度：12.15mm，断裂能量吸收：40.97J。

本发明冷作模具钢(SDC55)在930℃淬火+200℃回火状态下与D2钢在推荐热处理工艺1030℃淬火200℃两小时回火状态下两者的冲击韧性和硬度比较，发现，SDC55硬度比D2钢略微提高，冲击韧性方面SDC55比D2钢显著提高。

图1为本发明钢在180℃回火时不同淬火温度与冲击韧性及硬度关系曲线。淬火温度为850℃～930℃时冲击韧性都在120J左右。当淬火温度为930℃回火温度为200℃时材料的韧性和硬度为175J和61.5HRC。图2为本发明钢在热处理为930℃淬火200℃回火后的金相照片。图中看出马氏体基体上均匀分布着弥散细小的碳化物颗粒。这样的组织确保本发明钢有优良的强韧性配合。图3为本发明钢在推荐工艺为930℃淬火200℃回火后与D2钢经过1030℃淬火200℃回火后，两者的冲击韧性和硬度比较。图中可以看出，两者的硬度相当。但是本发明钢的冲击韧性比D2钢有较大的提高。

Claims (2)

1.一种高强韧冷作模具钢，其特征在于该钢的化学成分及重量百分比为：C 0.5～0.72％，Si0.6～0.8％，Mn 0.6～1.0％，Cr 2.0～2.4％，Mo 0.15～0.25％，V 0.1～0.25％，Ni 0.5～0.8％，Fe余量。

2.一种用于如权利要求书1所述的高强韧冷作模具钢的制备方法具有以下的工艺过程和步骤：

1)按高强韧冷作模具钢的化学成分及重量百分比：C 0.5～0.72％，Si 0.6～0.8％，Mn 0.6～1.0％，Cr 2.0～2.4％，Mo 0.15～0.25％，V 0.1～0.25％，Ni 0.5～0.8％，Fe余量；配料、感应熔炼、然后进行电渣重熔；

2)锻造：始锻温度为1100～1050℃，终锻温度≥850℃；退火：退火温度为830～860℃，退火时间为6～10h；

3)淬火回火热处理：加热至850～930℃进行奥氏体化，采用油淬；随后进行180～200℃二次回火，每次回火时间为2h。

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