CN111647795B - 一种冷轧模具钢及其制备方法 - Google Patents

一种冷轧模具钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种冷轧模具钢及其制备方法，冷轧模具钢包括C：0.95‑1.2％，Ni：0.15‑0.38％，Si：0.02‑0.16％，P：0.05‑0.08％，Mo：0.3‑0.47％，Zr：1.11‑1.28％，Ta：0.02‑0.14％，余量为Fe和不可避免的杂质元素，该种冷轧模具钢试棒的力学性能优良，其硬度最高达到242HB以上，抗拉强度为710Mpa，延伸率达到13.9％，使得冷轧模具钢耐磨性能、冲击韧性和硬度达到平衡，提高硬度和耐磨性的同时，使具有一定的冲击韧性，保证冲压过程的顺利进行。

Description

一种冷轧模具钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种模具钢材，特别是一种冷轧模具钢。
背景技术
合金磨具钢可分为冷轧模具钢、热作模具钢和塑料模具钢，其中冷轧模具钢主要用于制造在室温条件下将金属材料压制成型的各种模具。
冷轧模具钢与刃具钢相比，冷轧模具钢要求模具有高的硬度和耐磨性、高的抗弯强度和足够的韧性，以保证冲压过程的顺利进行，其不同之处在于冷轧模具钢模具形状及加工艺复杂，而且摩擦面积大，磨损可能性大，所以修磨起来困难。因此，冷轧模具的正常报废原因一般是磨损，也有因断裂、崩力和变形超差而提前失效的。然而，通常对于同一钢种，其耐磨性能、冲击韧性和硬度难以同时达到最佳，往往在硬度达到最佳时通常得到最差的冲击韧性性能，而耐磨性能同时受到硬度和冲击韧性的影响，而韧性性能则能保证磨损过程的稳定性和安全性。
目前，在用Cr12型钢或高速钢做冷轧模具时，一个很突出的问题是钢的脆性大，使用中易开裂，为此，必须对现有的钢材化学成分进行改进，研发新钢种。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种冷轧模具钢及其制备方法，通过对现有冷轧模具钢化学成分的调整，添加了Zr、Ta等金属元素，并限定各个组分的配比，使得冷轧模具钢耐磨性能、冲击韧性和硬度达到平衡，提高硬度和耐磨性的同时，使具有一定的冲击韧性，保证冲压过程的顺利进行。
具体技术方案是：
一种冷轧模具钢，以质量百分比计，具有如下组分：
C：0.95-1.2％，Ni：0.15-0.38％，Si：0.02-0.16％，P：0.05-0.08％，Mo：0.3-0.47％，Zr：1.11-1.28％，Ta：0.02-0.14％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
优选的，C为0.95％，Ni为0.26％，Si为0.10％，P为0.05％，Mo为0.3-0.41％，Zr为1.16％，Ta为0.10％。
进一步的，本发明提供一种冷轧模具钢的制备方法，具体步骤如下：
(1)按冷轧模具钢所含组分的质量百分比进行配料，在电弧炉中熔炼，熔炼温度为1700-1800℃，熔炼时间为2-2.5h，吹氩气搅拌精炼1-2h，得初级钢水；
(2)将初级钢水于1700-1800℃70-80Pa下真空脱气25-30min，得高纯度钢水；
(3)将高纯度钢水于1600-1700℃下浇铸，850℃退火12-15h，降温至400-500℃后静置冷却至室温，得电渣棒；
(4)采用真空自耗重熔炉对自耗电极棒重熔，重熔电压60-65V，电流10000-11000A，得钢锭；
(5)将钢锭于800-900℃恒温退火14-18h，1000-1100℃锻造，得锻材；
(6)将锻材800-900℃退火10-14h，即得冷轧模具钢。
优选的，冷轧模具钢的制备方法中，将初级钢水于1700℃80Pa下真空脱气30min，得高纯度钢水。
优选的，将高纯度钢水于1700℃下浇铸，850℃退火12h，降温至400℃后静置冷却至室温，得电渣棒。
本发明各元素的作用：
C：0.95-1.2％：
钢中主要的强化元素，赋予淬火回火硬度、提高耐磨耗性的元素，为了保证足够碳化物的析出，本发明中的C含量应不低于0.95％，但过多碳化物的析出将影响钢的韧性和加工性，因此限制其添加上限为1.2％，优选的，C为0.95％。
Ni：0.15-0.38％：
Ni具有磁性和良好的可塑性，还有好的耐腐蚀性，可明显增加钢材的韧性，为了提高冷轧模具钢的韧性，本发明将其添加量控制在0.15-0.38％，优选的，Ni为0.26％。
Si：0.02-0.16％：
Si可作为脱氧元素，在钢中不形成碳化物，能固溶于铁素体中影响钢的强度性能，同样，可以去除金属中的氧气，本发明中控制Si含量为0.02-0.16％，优选的，Si为0.10％。
P：0.05-0.08％：
P能使钢材的强度、硬度、耐蚀性提高，但显著降低钢材的塑性和籾性，特别是低温状态的冲击韧性下降更为明显，使钢材容易脆裂，因此本发明添加量较少，控制在0.05-0.08％之间，优选的，P为0.05％。
Mo：0.3-0.47％：
Mo作为钢的合金化元素，在高温下提高钢材的强度，可以提高钢的强度，特别是高温强度和韧性，因此，因此本发明添加量为0.3-0.47％，优选的，Mo为0.3-0.41％。
Zr：1.11-1.28％：
Zr是强有力的脱氧、除氮的作用，在本发明中加入1.11-1.28％含量的Zr，能够明显提高钢材的硬度和强度，优选的，Zr为1.16％。
Ta：0.02-0.14％：
Ta具有极高的抗腐蚀性，在本发明中加入0.02-0.14％的Ta，相比较Cu，抗腐蚀效果更佳，优选的，Ta为0.10％。
本发明获得的有益效果：
(1)本发明制备的冷轧模具钢试棒的力学性能优良，其中，实施例三的提供的冷轧模具钢效果最好，以质量百分比计，在C为0.95％，Ni为0.26％，Si为0.10％，P为0.05％，Mo为0.3％，Zr为1.16％，Ta为0.10％，余量为Fe的配比下，其硬度达到242HB以上，抗拉强度为710Mpa，延伸率达到13.9％。
(2)本发明通过对现有冷轧模具钢化学成分的调整，添加了Zr、Ta等金属元素，并限定各个组分的配比，使得冷轧模具钢耐磨性能、冲击韧性和硬度达到平衡，提高硬度和耐磨性的同时，使其具有一定的冲击韧性，保证冲压过程的顺利进行。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例一：
一种冷轧模具钢，以质量百分比计，具有如下组分：C：0.95％，Ni：0.15％，Si：0.02％，P：0.05％，Mo：0.3％，Zr：1.11％，Ta：0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质元素，各组分质量百分比之和为100％。
本实施例中，冷轧模具钢制备方法，具体步骤如下：按冷轧模具钢所含组分的质量百分比进行配料，在电弧炉中熔炼，熔炼温度为1700℃，熔炼时间为2h，吹氩气搅拌精炼1h，得初级钢水；将初级钢水于1700℃70Pa下真空脱气25min，得高纯度钢水；将高纯度钢水于1600℃下浇铸，850℃退火12h，降温至400℃后静置冷却至室温，得电渣棒；采用真空自耗重熔炉对自耗电极棒重熔，重熔电压60V，电流10000A，得钢锭；将钢锭于800℃恒温退火14h，1000℃锻造，得锻材；将锻材800℃退火10h，即得冷轧模具钢。
实施例二：
一种冷轧模具钢，以质量百分比计，具有如下组分：C：1.05％，Ni：0.28％，Si：0.09％，P：0.06％，Mo：0.41％，Zr：1.15％，Ta：0.07％，余量为Fe和不可避免的杂质元素，各组分质量百分比之和为100％。
本实施例中，冷轧模具钢制备方法，具体步骤如下：按冷轧模具钢所含组分的质量百分比进行配料，在电弧炉中熔炼，熔炼温度为1800℃，熔炼时间为2h，吹氩气搅拌精炼2h，得初级钢水；将初级钢水于1765℃75Pa下真空脱气28min，得高纯度钢水；将高纯度钢水于1640℃下浇铸，850℃退火14h，降温至480℃后静置冷却至室温，得电渣棒；采用真空自耗重熔炉对自耗电极棒重熔，重熔电压60V，电流10000A，得钢锭；将钢锭于800℃恒温退火17h，1000℃锻造，得锻材；将锻材900℃退火10h，即得冷轧模具钢。
实施例三：
一种冷轧模具钢，以质量百分比计，具有如下组分：C：0.95％，Ni：0.26％，Si：0.10％，P：0.05，Mo：0.3，Zr：1.16％，Ta：0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质元素，各组分质量百分比之和为100％。
本实施例中，冷轧模具钢制备方法，具体步骤如下：按冷轧模具钢所含组分的质量百分比进行配料，在电弧炉中熔炼，熔炼温度为1700℃，熔炼时间为2h，吹氩气搅拌精炼1.5h，得初级钢水；将初级钢水于1700℃80Pa下真空脱气30min，得高纯度钢水；将高纯度钢水于1700℃下浇铸，850℃退火12h，降温至400℃后静置冷却至室温，得电渣棒；采用真空自耗重熔炉对自耗电极棒重熔，重熔电压60V，电流10000A，得钢锭；将钢锭于850℃恒温退火15h，1000℃锻造，得锻材；将锻材800℃退火14h，即得冷轧模具钢。
实施例四：
一种冷轧模具钢，以质量百分比计，具有如下组分：C：1.1％，Ni：0.35％，Si：0.13％，P：0.07％，Mo：0.44％，Zr：1.15％，Ta：0.13％，余量为Fe和不可避免的杂质元素，各组分质量百分比之和为100％。
本实施例中，冷轧模具钢制备方法，具体步骤如下：按冷轧模具钢所含组分的质量百分比进行配料，在电弧炉中熔炼，熔炼温度为1750℃，熔炼时间为2.2h，吹氩气搅拌精炼1.5h，得初级钢水；将初级钢水于1700℃80Pa下真空脱气30min，得高纯度钢水；将高纯度钢水于1600℃下浇铸，850℃退火12-15h，降温至450℃后静置冷却至室温，得电渣棒；采用真空自耗重熔炉对自耗电极棒重熔，重熔电压60V，电流11000A，得钢锭；将钢锭于900℃恒温退火17h，1100℃锻造，得锻材；将锻材880℃退火13h，即得冷轧模具钢。
实施例五：
一种冷轧模具钢，以质量百分比计，具有如下组分：
C：1.2％，Ni：0.38％，Si：0.16％，P：0.08％，Mo：0.47％，Zr：1.28％，Ta：0.14％，余量为Fe和不可避免的杂质元素，各组分质量百分比之和为100％。
本实施例中，冷轧模具钢制备方法，具体步骤如下：按冷轧模具钢所含组分的质量百分比进行配料，在电弧炉中熔炼，熔炼温度为1800℃，熔炼时间为2.5h，吹氩气搅拌精炼2h，得初级钢水；将初级钢水于1800℃80Pa下真空脱气30min，得高纯度钢水；将高纯度钢水于1700℃下浇铸，850℃退火15h，降温至500℃后静置冷却至室温，得电渣棒；采用真空自耗重熔炉对自耗电极棒重熔，重熔电压65V，电流11000A，得钢锭；将钢锭于900℃恒温退火18h，1100℃锻造，得锻材；将锻材900℃退火14h，即得冷轧模具钢。
实施例六：
将实施例一至五的冷轧模具钢铸成试棒，测定其力学性能，结果参见表1。
表1：实施例一至五的冷轧模具钢试棒的力学性能
序号 硬度HB 抗拉强度Mpa 延伸率％
实施例一 102 540 11
实施例二 98 680 10
实施例三 242 710 13.9
实施例四 219 574 10.6
实施例五 137 702 10.2
市售Cr12型钢 110 550 12.0
硬度测定方法：根据GB/T230.1。
由表1可知，与市售Cr12型钢相比，本发明实施例一至实施例五制备的冷轧模具钢试棒的力学性能优良，其中，实施例三的提供的冷轧模具钢效果最好，其硬度最高达到242HB以上，抗拉强度为710Mpa，延伸率达到13.9％。
综上所述，本发明提供的技术方案使得冷轧模具钢耐磨性能、冲击韧性和硬度达到平衡，提高硬度和耐磨性的同时，使其具有一定的冲击韧性，保证冲压过程的顺利进行。

Claims (3)

1.一种冷轧模具钢，其特征在于：以质量百分比计，具有如下组分，C为0.95％，Ni为0.26％，Si为0.10％，P为0.05％，Mo为0.3％，Zr为1.16％，Ta为0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质元素;
所述冷轧模具钢的制备方法，具体步骤如下：
（1）按冷轧模具钢所含组分的质量百分比进行配料，在电弧炉中熔炼，熔炼温度为1700-1800℃，熔炼时间为2-2.5h，吹氩气搅拌精炼1-2h，得初级钢水；
（2）将初级钢水于1700-1800℃ 70-80 Pa下真空脱气25-30min，得高纯度钢水；
（3）将高纯度钢水于1600-1700℃下浇铸，850℃退火12-15h，降温至400-500℃后静置冷却至室温，得电极棒；
（4）采用真空自耗重熔炉对自耗电极棒重熔，重熔电压60-65V，电流10000-11000A，得钢锭；
（5）将钢锭于800-900℃恒温退火14-18h，1000-1100℃锻造，得锻材；
（6）将锻材800-900℃退火10-14h，即得冷轧模具钢。
2.根据权利要求1所述的一种冷轧模具钢，其特征在于：所述冷轧模具钢的制备方法中，将初级钢水于1700℃ 80 Pa下真空脱气30min，得高纯度钢水。
3.根据权利要求2所述的一种冷轧模具钢，其特征在于：所述冷轧模具钢的制备方法中，将高纯度钢水于1700℃下浇铸，850℃退火12h，降温至400℃后静置冷却至室温，得电极棒。
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Denomination of invention: A cold-rolled die steel and its preparation method

Effective date of registration: 20230912

Granted publication date: 20220304

Pledgee: Bank of China Limited Zhangshu sub branch

Pledgor: Zhangshu Xinglonggao New Materials Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980056538

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