CN111560569A - 一种高韧性高镜面预硬钢模具钢及其制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及特钢锻件技术领域，尤其涉及一种高韧性高镜面预硬钢模具钢及其制造工艺，包括预硬钢模具钢由如下重量百分比的成分组成：C:0.08～0.15％；Si：0.25～0.35％；Mn：1.8～2.0％；Cr：3.05～3.3％；Mo:0.20～0.40％；V：0.20～0.40％；Ni：1.0～1.4％；S≤0.002％；P≤0.001％；Fe余量；制备过程如下：电弧炉熔炼、炉外精炼、浇铸、气氛保护电渣重熔、锻造、高温扩散、调质热处理，确保Mn、Cr、Ni、Mo以及各辅助元素的加入量准确，完全避免了模具钢出现各性能无法兼容的问题，作业人员只需要选用本发明提供的数值范围内含量的数值就可以直接制作出高性能的预硬钢模具钢，成品率显著提升，使得模具钢的质量得到了保证。

Description

一种高韧性高镜面预硬钢模具钢及其制造工艺
技术领域
本发明涉及特钢锻件技技术领域，尤其涉及一种高韧性高镜面预硬钢模具钢及其制造工艺。
背景技术
模具加工成型具有生产效率高、质量好、节约材料和成本低等一系列优点，应用范围及其广泛，在目前工业体系下使用最多的模具为塑料模具，广泛用于家电、汽车、通信等领域，发展趋势是大型化和高抛光性能，对模具的抛光性、硬度均匀性、韧性等提出越来越高的要求，目前使用较多的塑料模具钢为P20、1.2738、NAK80、1.2343等，前二者可以进行坯料(一般为模块)的工业调质热处理，硬度多控制在32-36HRC之间，使用硬度偏低、模具抛光性及焊接性能差；NAK80的预硬硬度可达38-40HRC之间，然而其塑韧性差、大型模具的硬度均匀性及淬透性不能得到有效保证；1.2343多为退火态坯料，需要客户自行热处理，机加工难度大，模具的生产周期及生产成本均受到影响，因此开发高韧性高镜面焊接性良好的高硬度预硬型模具钢，以替代进口NAK80、1.2738模具钢，提升我国模具制造水平是十分必要的。
已有现有技术公开号为：CN110295332A，名称为：一种高韧性高镜面预硬模具钢及其制造工艺，该发明中通过设计Mn-Cr-Ni-Mo复合合金化充分提高模具钢的淬透性，保证模具钢硬度及均匀性，并具有优越的抛光性能和一定的耐蚀性，改善模具钢的塑韧性和强度；降低C含量可提高模具钢的韧性、耐蚀性和焊接性能，实现预硬型模具钢的易加工性，从而获得更佳的综合性能，具有高硬度与均匀性、抛光性能高、冲击韧性优越、淬透性优良、机加工性能优异、耐蚀性出色的预硬化型塑料模具钢；然而在实际生产过程中预硬钢模具钢对于加入成分的要求极其严格，Mn、Cr、Ni以及Mo等元素作为提升模具钢性能的主要成分，当这些元素的含量稍有偏差时，预硬钢模具钢的高韧性、高硬度、抛光性能、高硬度以及耐蚀性无法兼容，该发明中提供的预硬钢模具钢的组成成分偏差过大，例如在加入Cr元素后，可以显著地提升模具钢的强度、硬度和耐磨性，但会对应地降低塑性和韧性，若Mn、Ni以及Mo等元素仅在该发明中限定的范围内选用，则模具钢的塑性和韧性无法保证，进而影响产品的性能，该发明提供的制备方法并不能直接制作出高性能的预硬钢模具钢，成品率低，制作出的模具钢质量不一。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高韧性高镜面预硬钢模具钢。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种高韧性高镜面预硬钢模具钢，所述的预硬钢模具钢由如下重量百分比的成分组成：C:0.08～0.15％；Si：0.25～0.35％；Mn：1.8～2.0％；Cr：3.05～3.3％；Mo:0.20～0.40％；V：0.20～0.40％；Ni：1.0～1.4％；S≤0.002％；P≤0.001％；Fe余量；
优选的，所述的预硬钢模具钢的洛氏硬度为39.5～42。
一种高韧性高镜面预硬钢模具钢的制备方法，包括如下步骤：
S1、确定化学成分：预硬钢模具钢坯的化学成分按重量百分比计为：C:0.08～0.15％；Si：0.25～0.35％；Mn：1.8～2.0％；Cr：3.05～3.3％；Mo:0.20～0.40％；V：0.20～0.40％；Ni：1.0～1.4％；S≤0.002％；P≤0.001％；Fe余量；
S2、电弧炉熔炼：将S1步骤中所述成分组成的预硬钢模具钢坯料放入电弧炉中加温至1500℃以上并熔炼成钢水；
S3、炉外精炼：将步骤S2中所制得的钢水倒入过滤包钢精炼炉中，去除磷、硫等非金属类杂质得到高纯度钢水；
S4、浇铸：取步骤S3中所得高纯度钢水浇铸至预硬钢模具钢铸造模具内，自然冷却后得到钢坯；
S5、气氛保护电渣重熔：将S4步骤中所得钢坯在气体保护下进行电渣重熔，获取高纯净度的钢锭；
S6、锻造：将电渣重熔后的钢锭加热进行锻造，得锻件，随后对锻件进行高温扩散；
S7、调质热处理：在840-910℃的温度下保温10h以上，出炉水冷或油冷至表面温度在200℃以下，再装入回火炉进行回火，回火温度为450-520℃之间，单次回火时间不少于20h，回火次数不少于2次，回火保温结束后出炉进行空冷或风冷，从而制得高韧性高镜面预硬模具钢成品。
优选的，所述S6步骤中，锻件高温扩散的温度为1050℃，持续时间为6h，晶粒度≥8.5。
优选的，所述S6步骤中，钢锭加热的温度为1100～1150℃。
优选的，所述步骤S6中，锻造的始锻温度为1020-1050℃、终锻温度为810-840℃，总锻造比≥6。
本发明的有益效果是：与现有技术相比较，本发明中优化了并精准地限制了预硬钢模具钢的原料配占比，将用于提升模具钢性能的Mn、Cr、Ni以及Mo等主要元素的含量限制在精准的调控范围内，在充分提高模具钢的淬透性，保证模具钢硬度及均匀性，并具有优越的抛光性能和一定的耐蚀性，改善模具钢的塑韧性和强度；降低C含量可提高模具钢的韧性、耐蚀性和焊接性能，实现预硬型模具钢的易加工性，从而获得更佳的综合性能的基础上，可确保Mn、Cr、Ni、Mo以及各辅助元素的加入量准确，完全避免了模具钢出现各性能无法兼容的问题，作业人员只需要选用本发明提供的数值范围内含量的数值就可以直接制作出高性能的预硬钢模具钢，成品率显著提升，使得模具钢的质量得到了保证。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1，一种高韧性高镜面预硬钢模具钢的制备方法，包括如下步骤：S1、确定化学成分：预硬钢模具钢坯的化学成分按重量百分比计为：C:0.08％；Si：0.25％；Mn：1.8％；Cr：3.05％；Mo:0.20％；V：0.20％；Ni：1.0％；S：0.002％；P：0.001％；Fe余量；
S2、电弧炉熔炼：将S1步骤中所述成分组成的预硬钢模具钢坯料放入电弧炉中加温至1550℃并熔炼成钢水；
S3、炉外精炼：将步骤S2中所制得的钢水倒入过滤包钢精炼炉中，去除磷、硫等非金属类杂质以提高原材料的纯净度，得到高纯度钢水；
S4、浇铸：取步骤S3中所得高纯度钢水浇铸至预硬钢模具钢铸造模具内，自然冷却后得到钢坯；
S5、气氛保护电渣重熔：将S4步骤中所得钢坯在气体保护下进行电渣重熔，获取高纯净度的钢锭；
S6、锻造：将电渣重熔后的钢锭加热(钢锭加热的温度为1100℃)进行锻造(锻造的始锻温度为1020℃、终锻温度为810℃，总锻造比为6)，得锻件，随后对锻件进行高温扩散(锻件高温扩散的温度为1050℃，持续时间为6h，晶粒度为8.6)；
S7、调质热处理：在840℃的温度下保温10h，出炉水冷或油冷至表面温度在200℃，再装入回火炉进行回火，回火温度为450℃，单次回火时间为20h，回火次数为2次，回火保温结束后出炉进行空冷或风冷，从而制得高韧性高镜面预硬模具钢成品一。
实施例2，一种高韧性高镜面预硬钢模具钢的制备方法，包括如下步骤：S1、确定化学成分：预硬钢模具钢坯的化学成分按重量百分比计为：C:0.12％；Si：0.30％；Mn：1.9％；Cr：3.15％；Mo:0.30％；V：0.30％；Ni：1.2％；S：0.002％；P：0.001％；Fe余量；
S2、电弧炉熔炼：将S1步骤中所述成分组成的预硬钢模具钢坯料放入电弧炉中加温至1550℃并熔炼成钢水；
S3、炉外精炼：将步骤S2中所制得的钢水倒入过滤包钢精炼炉中，去除磷、硫等非金属类杂质以提高原材料的纯净度，得到高纯度钢水；
S4、浇铸：取步骤S3中所得高纯度钢水浇铸至预硬钢模具钢铸造模具内，自然冷却后得到钢坯；
S5、气氛保护电渣重熔：将S4步骤中所得钢坯在气体保护下进行电渣重熔，获取高纯净度的钢锭；
S6、锻造：将电渣重熔后的钢锭加热(钢锭加热的温度为1100℃)进行锻造(锻造的始锻温度为1020℃、终锻温度为810℃，总锻造比为6)，得锻件，随后对锻件进行高温扩散(锻件高温扩散的温度为1050℃，持续时间为6h，晶粒度为8.6)；
S7、调质热处理：在880℃的温度下保温12h，出炉水冷或油冷至表面温度在180℃，再装入回火炉进行回火，回火温度为480℃，单次回火时间为24h，回火次数为3次，回火保温结束后出炉进行空冷或风冷，从而制得高韧性高镜面预硬模具钢成品二。
实施例3，一种高韧性高镜面预硬钢模具钢的制备方法，包括如下步骤：S1、确定化学成分：预硬钢模具钢坯的化学成分按重量百分比计为：C:0.15％；Si：0.35％；Mn：2.0％；Cr：3.3％；Mo:0.40％；V：0.40％；Ni：1.4％；S：0.002％；P：0.001％；Fe余量；
S2、电弧炉熔炼：将S1步骤中所述成分组成的预硬钢模具钢坯料放入电弧炉中加温至1550℃并熔炼成钢水；
S3、炉外精炼：将步骤S2中所制得的钢水倒入过滤包钢精炼炉中，去除磷、硫等非金属类杂质以提高原材料的纯净度，得到高纯度钢水；
S4、浇铸：取步骤S3中所得高纯度钢水浇铸至预硬钢模具钢铸造模具内，自然冷却后得到钢坯；
S5、气氛保护电渣重熔：将S4步骤中所得钢坯在气体保护下进行电渣重熔，获取高纯净度的钢锭；
S6、锻造：将电渣重熔后的钢锭加热(钢锭加热的温度为1100℃)进行锻造(锻造的始锻温度为1020℃、终锻温度为810℃，总锻造比为6)，得锻件，随后对锻件进行高温扩散(锻件高温扩散的温度为1050℃，持续时间为6h，晶粒度为8.6)；
S7、调质热处理：在910℃的温度下保温14h，出炉水冷或油冷至表面温度在160℃，再装入回火炉进行回火，回火温度为520℃，单次回火时间为28h，回火次数为4次，回火保温结束后出炉进行空冷或风冷，从而制得高韧性高镜面预硬模具钢成品三。
将上述三种成品按ASTM45进行检验，检测结果如下：
Figure BDA0002561490560000061
Figure BDA0002561490560000071
由上述检测结果可知，本发明提出的一种高韧性高镜面预硬钢模具钢含有的杂质量小，所有检验结果均满足使用标准，具有更好的韧性和强度。
将实施例中生产的高韧性高镜面预硬钢模具钢与718HH钢种进行对比：
抗拉强度/MPa 硬度/HRC 屈服强度/Mpa
Nimax 1265 38 785
成品一 1300 41 635
成品二 1350 42 633
成品三 1425 39.5 628
从中可以看出，本发明生产的耐高温和高韧性的预硬钢模具钢的抗拉强度、硬度以及屈服强度均优于传统的Nimax钢种，实现通过利用Mn-Cr-Ni-Mo复合合金化充分提高模具钢的淬透性，保证模具钢硬度及均匀性，并改善模具钢的塑韧性和强度，预硬型模具钢硬度均匀、硬度为HRC39.5-42,抛光性能高、冲击韧性优越、淬透性优良，同时具有良好的焊接性和耐蚀性，将元素含量限定在精准范围内，使成品率提高至100％，对比市面上进口材料性价比更高，适用于汽车车灯类塑料模具等行业。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高韧性高镜面预硬钢模具钢，其特征在于，所述的预硬钢模具钢由如下重量百分比的成分组成：C:0.08～0.15％；Si：0.25～0.35％；Mn：1.8～2.0％；Cr：3.05～3.3％；Mo:0.20～0.40％；V：0.20～0.40％；Ni：1.0～1.4％；S≤0.002％；P≤0.001％；Fe余量。
2.根据权利要求1所述的一种高韧性高镜面预硬钢模具钢，其特征在于，所述的预硬钢模具钢的洛氏硬度为39.5～42。
3.一种如权利要求书1-2所述的耐高温和高韧性的预硬钢模具钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、确定化学成分：预硬钢模具钢坯的化学成分按重量百分比计为：C:0.08～0.15％；Si：0.25～0.35％；Mn：1.8～2.0％；Cr：3.05～3.3％；Mo:0.20～0.40％；V：0.20～0.40％；Ni：1.0～1.4％；S≤0.002％；P≤0.001％；Fe余量；
S2、电弧炉熔炼：将S1步骤中所述成分组成的预硬钢模具钢坯料放入电弧炉中加温至1500℃以上并熔炼成钢水；
S3、炉外精炼：将步骤S2中所制得的钢水倒入过滤包钢精炼炉中，去除磷、硫等非金属类杂质得到高纯度钢水；
S4、浇铸：取步骤S3中所得高纯度钢水浇铸至预硬钢模具钢铸造模具内，自然冷却后得到钢坯；
S5、气氛保护电渣重熔：将S4步骤中所得钢坯在气体保护下进行电渣重熔，获取高纯净度的钢锭；
S6、锻造：将电渣重熔后的钢锭加热进行锻造，得锻件，随后对锻件进行高温扩散；
S7、调质热处理：在840-910℃的温度下保温10h以上，出炉水冷或油冷至表面温度在200℃以下，再装入回火炉进行回火，回火温度为450-520 ℃之间，单次回火时间不少于20h，回火次数不少于2次，回火保温结束后出炉进行空冷或风冷，从而制得高韧性高镜面预硬模具钢成品。
4.根据权利要求3所述的一种高韧性高镜面预硬钢模具钢的制备方法，其特征在于，所述S6步骤中，锻件高温扩散的温度为1050℃，持续时间为6h，晶粒度≥8.5。
5.根据权利要求3所述的一种高韧性高镜面预硬钢模具钢的制备方法，其特征在于，所述S6步骤中，钢锭加热的温度为1100～1150℃。
6.根据权利要求3所述的一种高韧性高镜面预硬钢模具钢的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中，锻造的始锻温度为1020-1050℃、终锻温度为810-840℃，总锻造比≥6。
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