CN111647807A - 一种高合金模具钢及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高合金模具钢及其制备工艺，高合金模具钢包括C：1.5‑2.3％，Si：0.23‑0.38％，Mn：0.15‑0.35％，Cr：3.15‑7.45％，V：3.12‑4.28％，B：0.01‑0.03％，Zr：0.01‑0.03％，Ni：0.15‑0.38％，余量为Fe和不可避免的杂质元素，本发明通过对现有高合金模具钢化学成分的调整，添加了Zr、B等金属元素，并限定各个组分的配比，使得高合金模具钢同时具有一定的其硬度和韧性，本发明制备的高合金模具钢硬度在64‑69HRC，冲击韧度为45‑51ak(J/cm2)，均高于市售Cr12型钢，对于模具钢生产领域具有一定的应用价值。

Description

一种高合金模具钢及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种模具钢材，特别是一种高合金模具钢。
背景技术
目前很多工业产品质量的改善，生产效率的提高，产品成本的降低以及产品的更新换代的速度，在一定程度上取决于模具的制造精度、质量、制造周期、成产成本和使用寿命等因素。如家用电器80％左右的零部件依靠模具加工，机电工业中约70％的零部件采用模具成型。随着世界模具制造业的迅速发展，作为模具工业基础的模具钢，近年来发展也极为迅速。
模具钢是用来制造冷冲模、热锻模、压铸模等模具的钢种。大致可分为:冷轧模具钢、热轧模具钢和塑料模具钢三类。具有高的硬度、强度、耐磨性，足够的韧性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。其中合金含量高的模具钢，具有高的耐磨性、红硬性和纯净度等优点。
现有技术中，常用的高合金模具钢，即高碳高铬冷作模具钢Crl2、Crl2MoV，其具有较高的淬透性、淬硬性、耐磨性，高温抗氧化性能好，因此广泛应用于制造各种用途的模具，例如形状复杂的冲孔凹模、冷挤压模、滚螺纹轮、冷剪切刀和精密量具等。然而，这类模具钢属于莱氏体钢，由于钢中含有大量Cr、Mo、V等碳化物形成元素，在凝固和共析转变过程中会形成大量共晶碳化物，导致钢材的热塑性差，在锻造加工过程中容易出现表面裂纹，表现在力学性能上就是硬度高而韧性不足，只能制造一些韧性要求不高的冷作模具。因此，需要进一步改进，以期同时提高其硬度和韧性。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种高合金模具钢及其制备工艺。
具体技术方案是：
一种高合金模具钢，以质量百分比计，具有如下组分：
C：1.5-2.3％，Si：0.23-0.38％，Mn：0.15-0.35％，Cr：3.15-7.45％，V：3.12-4.28％，B：0.01-0.03％，Zr：0.01-0.03％，Ni：0.15-0.38％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
优选的，一种高合金模具钢，以质量百分比计，具有如下组分：C：1.7-2.1％，Si：0.26-0.29％，Mn：0.21-0.31％，Cr：4.45-6.15％，V：3.72-3.48％，B：0.02-0.03％，Zr：0.01-0.02％，Ni：0.21-0.32％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
优选的，C为1.85％，Si为0.32％，Mn为0.27％，Cr为5.44％，V为3.78％，B为0.02％，Zr为0.01％，Ni为0.28％。
进一步的，本发明提供一种高合金模具钢的制备工艺，具体步骤如下：
(1)按高合金模具钢所含组分的质量百分比进行配料，在电弧炉中熔炼，得初级钢水，再进行真空脱气，得高纯度钢水；
(2)将高纯度钢水于1200-1300℃下浇铸，865-910℃退火13-15h，降温至300-550℃后静置冷却至室温，得电渣棒；
(3)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；将钢锭于650-740℃恒温退火10-15h，1000-1100℃锻造，得锻材；
(4)将锻材650-800℃退火10-14h，即得高合金模具钢。
优选的，将高纯度钢水于1250℃下浇铸，900℃退火14h，降温至350℃后静置冷却至室温，得电渣棒。
优选的，将钢锭于685℃恒温退火13h，1100℃锻造，得锻材。
优选的，将锻材670℃退火14h，即得高合金模具钢。
本发明获得的有益效果：
(1)本发明制备的高合金模具钢试棒的力学性能优良，其中，实施例三的提供的高合金模具钢效果最好，以质量百分比计，在，C为1.85％，Si为0.32％，Mn为0.27％，Cr为5.44％，V为3.78％，B为0.02％，Zr为0.01％，Ni为0.28％，余量为Fe的配比下，其硬度最高达到69HRC以上，冲击韧度达到51ak(J/cm2)。
(2)本发明通过对现有高合金模具钢化学成分的调整，添加了Zr、B等金属元素，并限定各个组分的配比，使得高合金模具钢同时具有一定的其硬度和韧性，本发明制备的高合金模具钢硬度在64-69HRC，冲击韧度为45-51ak(J/cm2)，均高于市售Cr12型钢，对于模具钢生产领域具有一定的应用价值。
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：
一种高合金模具钢，以质量百分比计，具有如下组分：C：1.5-2.3％，Si：0.23-0.38％，Mn：0.15-0.35％，Cr：3.15-7.45％，V：3.12-4.28％，B：0.01-0.03％，Zr：0.01-0.03％，Ni：0.15-0.38％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
本实施例中，高合金模具钢制备工艺，具体步骤如下：按高合金模具钢所含组分的质量百分比进行配料，在电弧炉中熔炼，得初级钢水，再进行真空脱气，得高纯度钢水；将高纯度钢水于1200℃下浇铸，865℃退火13h，降温至300℃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650℃恒温退火10h，1000℃锻造，得锻材；将锻材650℃退火10h，即得高合金模具钢。
实施例二：
一种高合金模具钢，以质量百分比计，具有如下组分：C：1.7％，Si：0.26％，Mn：0.21％，Cr：4.45％，V：3.72％，B：0.02％，Zr：0.01％，Ni：0.21％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
本实施例中，高合金模具钢制备工艺，具体步骤如下：按高合金模具钢所含组分的质量百分比进行配料，在电弧炉中熔炼，得初级钢水，再进行真空脱气，得高纯度钢水；将高纯度钢水于1215℃下浇铸，884℃退火13-15h，降温至410℃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61V，电流10000A，得钢锭；将钢锭于670℃恒温退火12h，1000℃锻造，得锻材；将锻材675℃退火13h，即得高合金模具钢。
实施例三：
一种高合金模具钢，以质量百分比计，具有如下组分：C：1.85％，Si：0.32％，Mn：0.27％，Cr：5.44％，V：3.78％，B：0.02％，Zr：0.01％，Ni：0.28％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
本实施例中，高合金模具钢制备工艺，具体步骤如下：按高合金模具钢所含组分的质量百分比进行配料，在电弧炉中熔炼，得初级钢水，再进行真空脱气，得高纯度钢水；将高纯度钢水于1250℃下浇铸，900℃退火14h，降温至350℃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62V，电流11000A，得钢锭；将钢锭于685℃恒温退火13h，1100℃锻造，得锻材；将锻材670℃退火14h，即得高合金模具钢。
实施例四：
一种高合金模具钢，以质量百分比计，具有如下组分C：1.7-2.1％，Si：0.29％，Mn：0.31％，Cr：6.15％，V：3.48％，B：0.03％，Zr：0.02％，Ni：0.32％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
本实施例中，高合金模具钢制备工艺，具体步骤如下：按高合金模具钢所含组分的质量百分比进行配料，在电弧炉中熔炼，得初级钢水，再进行真空脱气，得高纯度钢水；将高纯度钢水于1280℃下浇铸，900℃退火14.5h，降温至525℃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720℃恒温退火13h，1050℃锻造，得锻材；将锻材780℃退火12h，即得高合金模具钢。
实施例五：
一种高合金模具钢，以质量百分比计，具有如下组分：
C：2.3％，Si：0.38％，Mn：0.35％，Cr：7.45％，V：4.28％，B：0.03％，Zr：0.03％，Ni：0.38％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
本实施例中，高合金模具钢制备工艺，具体步骤如下：按高合金模具钢所含组分的质量百分比进行配料，在电弧炉中熔炼，得初级钢水，再进行真空脱气，得高纯度钢水；将高纯度钢水于1300℃下浇铸，910℃退火15h，降温至550℃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740℃恒温退火15h，1100℃锻造，得锻材；将锻材800℃退火14h，即得高合金模具钢。
实施例六：将实施例一至五的高合金模具钢铸成试棒，测定其力学性能，结果参见表1。
表1：实施例一至五的高合金模具钢试棒的力学性能
序号 硬度HRC 冲击韧度a<sub>k</sub>(J/cm<sup>2</sup>)
实施例一 66 50
实施例二 64 49
实施例三 69 51
实施例四 67.5 47
实施例五 66.5 45
市售Cr12型钢 65 45
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高合金模具钢试棒的力学性能优良，其中，实施例三的提供的高合金模具钢效果最好，其硬度最高达到69HRC以上，冲击韧度达到51ak(J/cm2)。
综上所述，本发明通过对现有高合金模具钢化学成分的调整，添加了Zr、B等金属元素，并限定各个组分的配比，使得高合金模具钢同时具有一定的其硬度和韧性，本发明制备的高合金模具钢硬度在64-69HRC，冲击韧度为45-51ak(J/cm2)，均高于市售Cr12型钢，对于模具钢生产领域具有一定的应用价值。

Claims (6)

1.一种高合金模具钢，其特征在于：以质量百分比计，具有如下组分，C：1.5-2.3％，Si：0.23-0.38％，Mn：0.15-0.35％，Cr：3.15-7.45％，V：3.12-4.28％，B：0.01-0.03％，Zr：0.01-0.03％，Ni：0.15-0.38％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的一种高合金模具钢，其特征在于：以质量百分比计，所述高合金模具钢具有如下组分：C：1.7-2.1％，Si：0.26-0.29％，Mn：0.21-0.31％，Cr：4.45-6.15％，V：3.72-3.48％，B：0.02-0.03％，Zr：0.01-0.02％，Ni：0.21-0.32％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求2所述的一种高合金模具钢，其特征在于：所述C为1.85％，Si为0.32％，Mn为0.27％，Cr为5.44％，V为3.78％，B为0.02％，Zr为0.01％，Ni为0.28％。
4.一种如权利要求1所述的一种高合金模具钢，其特征在于：所述高合金模具钢的制备工艺，具体步骤如下：
(1)按高合金模具钢所含组分的质量百分比进行配料，在电弧炉中熔炼，得初级钢水，再进行真空脱气，得高纯度钢水；
(2)将高纯度钢水于1200-1300℃下浇铸，865-910℃退火13-15h，降温至300-550℃后静置冷却至室温，得电渣棒；
(3)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；将钢锭于650-740℃恒温退火10-15h，1000-1100℃锻造，得锻材；
(4)将锻材650-800℃退火10-14h，即得高合金模具钢。
优选的，将高纯度钢水于1250℃下浇铸，900℃退火14h，降温至350℃后静置冷却至室温，得电渣棒。
5.根据权利要求4所述的一种高合金模具钢，其特征在于：所述高合金模具钢的制备工艺中，将钢锭于685℃恒温退火13h，1100℃锻造，得锻材。
6.根据权利要求4所述的一种高合金模具钢，其特征在于：所述高合金模具钢的制备工艺中，将锻材670℃退火14h，即得高合金模具钢。
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Denomination of invention: A High Alloy Die Steel and Its Preparation Process

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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