CN100491576C

CN100491576C - 一种冷挤压模具钢及其热处理工艺

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Publication number: CN100491576C
Application number: CNB2006100492622A
Authority: CN
Inventors: 周向儒; 赵春华; 廖德秀; 宋利秋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2026-01-25
Also published as: CN1824818A

Abstract

本发明涉及一种新型合金工具钢，尤其涉及一种新型冷挤压模具钢及其热处理工艺。一种新型冷挤压模具钢，按重量百分比计该模具钢包括：碳C 0.75～10.5%，铬Cr 7.3～8.5%，钼Mo 1.2～2.0%，钒V 0.3～0.9%，镍Ni 0.3～0.9%，钨W 0.3～1.3%，硅Si 0.1～1.0%，锰Mn 0.1～0.4%，硫S≤0.015%，磷P≤0.02%，其余量为铁Fe。本发明合金钢材料与国产模具钢Cr₈Mo₂V₁Si比，把碳、硅含量降低，钼含量也相应降低，增加少量的钨和镍，既增加了韧性和耐磨性，大大提高了淬透性和综合机械性，特别是低温的冲击韧性相当高，可制作精细模具、使用寿命长，又降低了生产成本。是用于300吨位以上冷挤压模具最理想材料，广泛用于不锈钢表坯及汽车气门的冷挤压模具。本发明另外提供了该模具钢的热处理工艺。

Description

一种冷挤压模具钢及其热处理工艺

技术领域

本发明涉及一种合金工具钢，尤其涉及一种冷挤压模具钢及其热处理工艺。

背景技术

模压成型己成为制造业，尤其家电、日用品的主要加工手段。模具的工作条件及对性能的要求千差万别，因而针对不同服役条件选用不同的钢类。模具用钢的性能—价格比是衡量其经济效益的参数，冷挤压模具除要求与其他冷作模相近的抗压性(即硬度)之外，还要求尽可能高的强韧性。对于加工高强度材料同时又要求高寿命(尽可能大的冲压件数)的模具，还需要一定的抗疲劳强度。

以往用于冷挤压模具的模具钢材料一般采用国产模具钢Cr8Mo2V1Si及相似的日本DC-53，奥地利K340钢制作，这几种合金的成分大致为：C1.1％，Cr8.3％，Mo2.1％，Si0.9％，Mn0.4％，V0.5％。有些模具需要挤压高强度的材料，又要求使用寿命长，此类钢材由于炭硅含量高，淬火硬度为HRC57～59，如果用于300吨以上冷挤压成型模，塑性、韧性不够，易裂模，无法满足上述要求。同时，该合金钢含有比较高含量的Mo，现在由于国际市场上Mo缺乏，价格比较昂贵，因此生产合金的成本较高。

中国发明专利ZL02100041公开了一种高强韧性冷挤压模具钢成分范围为C：0.5～0.65％，Cr：4.5～5.5％，Mo：1.0～2.0％，W：0.2～0.8％，V：0.40～0.80％，Si：0.30～0.60％，Mn≤0.40％，S.P≤0.30％，RE稀土元素≤0.30％，以上数字均为重量百分数，余量为铁。该发明的优点在于：以淬火—回火状态(HRC57～62，分两个档次)用于不锈钢表带元件、表壳等的冷挤压模，模具比原用国产Cr12MoV的平均寿命有所提高。该合金的塑性和韧性不够，对于大断面工件要求高而均匀的机械性能时，该合金无法满足要求。

中国发明专利(公开号为CN1166533)公开了一种无莱氏体高合金冷作模具钢，其成分为：C0.4～1.4％，Cr7.0～10.0％，Mo1.0～2.0％，V2.0～8.0％，由于碳含量低，故在铸锭冷凝时不形成莱氏共晶，因而不存在碳化物偏析及粗大碳化物。经过特定的热处理(其中包括可控无内氧化过饱和渗碳、低温淬火及低温回火)后心部硬度在HRC55左右，表层组织及硬度与著名的粉末冷作模具钢V—4、V—10相当。该合金钢含有比较高含量的V，因此生产成本也较高。同时，对于大断面工件要求高而均匀的机械性能时，该合金也无法满足要求。

发明内容

为了解决上述的技术缺陷，本发明的目的是提供一种代替Cr₈Mo₂V₁Si，经淬火后还具有足够的韧性和耐磨性，可制作300吨以上、使用寿命长，生产成本低的冷挤压模具钢。

本发明的第二个目的是提供上述冷挤压模具钢的热处理工艺。

为了达到上述的第一个发明目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种冷挤压模具钢，按重量百分比计该模具钢包括：碳C0.8～1.05％，铬Cr7.8～8.5％，钼Mo1.5～2.0％，钒V0.5～0.9％，镍Ni0.6～0.9％，钨W0.6～1.3％，硅Si0.2～1.0％，锰Mn0.2～0.4％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量为铁Fe。

作为优选，按重量百分比计该模具钢包括：碳C0.8～0.85％，铬Cr7.8～8.3％，钼Mo1.5～2.0％，钒V0.5～0.9％，镍Ni0.6～0.9％，钨W0.6～1.1％，硅Si0.2～0.4％，锰Mn0.2～0.4％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量为铁Fe。

作为最优选，按重量百分比计该模具钢包括：碳C0.8％，铬Cr7.8％，钼Mo1.5％，钒V0.5％，镍Ni0.6％，钨W0.6％，硅Si0.2％，锰Mn0.2％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量为铁Fe。

作为优选，该模具钢还包括：0.3％以下的铌。

作为优选，该模具钢还包括：0.3％以下的钛。

作为优选，该模具钢还包括：0.05％以下的稀土元素。

为了实现本发明的第二个目的，本发明的冷挤压模具钢的热处理工艺，包括以下步骤：

(1)、第一次预热，预热处理温度在500～650℃，预热处理时间为45～60分钟；

(2)、第二次预热，预热处理温度在800～900℃，预热处理时间为45～60分钟；

(3)、淬火加热，淬火加热温度为1010～1050℃，采用油冷或者空冷或者盐浴冷却降温到200～250℃热清洗；

(4)、回火，回火温度为180～250℃，然后空冷至室温。

作为优选，步骤(3)中采用油冷冷却，在温度降到200～250℃热清洗。

作为优选，步骤(3)中采用盐浴冷却，在温度降到450～500℃时分级保温，然后降温到200～250℃热清洗。

作为优选，回火冷却以后再次进行回火处理，然后空冷至室温。

本发明主要组份范围确定的理由如下：

碳，它与碳化物形成元素形成的各种碳化物是钢获得高温强度的重要组织因素。适量的过剩碳化物可阻止晶粒长大，提高耐磨性。但碳含量过高，会使钢材失去塑性，另外由于碳化物过多，分布不均匀，也会引起模具崩裂。本发明碳适宜的含量为0.75～1.05％。

硅，其目的是提高钢的淬透性、回火稳定性与基体强度，保证钢的高温强度、高温硬度和热稳定性，但过量的硅会降低材料的塑性和韧性，本发明硅适宜的含量为0.1～1.0％。

锰，其目的是提高钢的淬透性，同时消除硫存在的有害影响，本发明锰适宜的含量为0.1～0.4％。

铬，主要作用是提高钢的淬透性和抗氧化性，铬是一种强烈的碳化物形成元素，它能与碳形成多种化合物，以及与铁碳形成复合的化合物，但过高的铬含量有损于钢的高温强度。本发明铬适宜的含量为7.3～8.5％。

钒、钼、钨均为强碳化物形成元素。加入钒0.3～0.9％可以防止钢的过热敏感倾向，提高钢的高温硬度和高温强度。加入钨0.3～1.3％起到提高热强性的作用，加入钼Mo1.2～2.0％可以提高淬透性与热强性。钨、钼的加入同时也减小了由于镍的加入，而使材料产生回火脆性倾向。

镍，是非碳化物形成元素，通过固溶强化方式来提高钢的强度，同时对塑性也有改善。同时，加入镍能降低钢材的临界淬火速度，因而对钢材的淬透性大大提高。钢材中铬镍共存，能大大提高钢材的综合机械性能。本发明镍适宜的含量为0.3～0.9％。

铌，它是比钒还强的碳化物形成元素。钢中少量的铌主要以碳化铌的形式存在。可以阻止奥氏体晶粒长大，从而提高了韧性，改善了热加工的工艺性能。本发明采用0.3％以下的铌。

钛，可改善耐磨性能。本发明采用0.3％以下的钛。

稀土，对提高合金的抗氧化性能、有明显的作用，另外，稀土对疲劳裂纹的扩展，还有直接的改善。本发明采用0.05％以下的稀土元素。

本发明的硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，合金钢的纯度高，合金钢的抗疲劳性能以及其他机械性能均十分优良。

本发明合金钢材料与国产模具钢Cr₈Mo₂V₁Si比，把碳、硅含量降低，钼含量也相应降低，增加少量的钨和镍，既增加了韧性和耐磨性，大大提高了淬透性和综合机械性，特别是低温的冲击韧性相当高，可制作精细模具、使用寿命长，又降低了生产成本。经过几年用户的使用，该钢是用于300吨位以上冷挤压模具最理想材料，广泛用于不锈钢表坯及汽车气门的冷挤压模具。

附图说明

图1为本发明冷挤压模具钢热处理工艺曲线图。

图2为本发明冷挤压模具钢回火曲线图。

具体实施方式

实施例1

一种冷挤压模具钢，按重量百分比计该模具钢包括：碳C0.8％，铬Cr7.8％，钼Mo1.5％，钒V0.5％，镍Ni0.6％，钨W0.6％，硅Si0.2％，锰Mn0.2％，铌0.3％、钛0.3％，稀土元素0.05％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量为铁Fe。

上述冷挤压模具钢热处理工艺，可以采用以下步骤进行：

(1)、第一次预加热，温度为600℃，预加热时间为45分钟；

(2)、第二次预加热，温度为850℃，预加热时间为45分钟；

(3)、淬火加热，淬火加热温度为1010～1050℃，淬火时间为：25+材料厚度/2(分钟)，然后油冷至200～250℃热清洗；

(4)、第一次回火，回火温度为200℃，回火时间为2小时，然后空冷至室温；

(5)、第二次回火，回火温度为200℃，回火时间为2小时，然后空冷至室温；

(6)、第三次回火，回火温度为200℃，回火时间为2小时，然后空冷至室温。

实施例2

一种冷挤压模具钢，按重量百分比计该模具钢包括：碳C0.75％，铬Cr7.3％，钼Mo1.2％，钒V0.3％，镍Ni0.3％，钨W0.4％，硅Si0.1％，锰Mn0.1％，铌0.3％、钛0.3％，稀土元素0.05％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量为铁Fe。

上述冷挤压模具钢热处理工艺，可以采用以下步骤进行：

(1)、第一次预加热，温度为600℃，预加热时间为45分钟；

(2)、第二次预加热，温度为850℃，预加热时间为45分钟；

(3)、淬火加热，淬火加热温度为1010～1050℃，淬火时间为：25+材料厚度/2(分钟)，然后盐浴冷却，在温度降到500℃时分级保温，然后降温到200～250℃热清洗；

实施例3

一种冷挤压模具钢，按重量百分比计该模具钢包括：碳C0.85％，铬Cr8.3％，钼Mo2.0％，钒V0.9％，镍Ni0.9％，钨W1.1％，硅Si0.4％，锰Mn0.4％，铌0.3％、钛0.3％，稀土元素0.05％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量为铁Fe。

上述冷挤压模具钢热处理工艺，可以采用以下步骤进行：

(1)、第一次预加热，温度为600℃，预加热时间为45分钟；

(2)、第二次预加热，温度为850℃，预加热时间为45分钟；

(3)、淬火加热，淬火加热温度为1010～1050℃，淬火时间为：25+材料厚度/2(分钟)，然后空冷；

Claims

1.一种冷挤压模具钢，其特征在于按重量百分比计该模具钢包括：碳C 0.8～1.05％，铬Cr 7.8～8.5％，钼Mo 1.5～2.0％，钒V 0.5～0.9％，镍Ni 0.6～0.9％，钨W 0.6～1.3％，硅Si 0.2～1.0％，锰Mn 0.2～0.4％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量为铁Fe。

2.如权利要求1所述的一种冷挤压模具钢，其特征在于按重量百分比计该模具钢包括：碳C 0.8～0.85％，铬Cr 7.8～8.3％，钼Mo 1.5～2.0％，钒V 0.5～0.9％，镍Ni 0.6～0.9％，钨W 0.6～1.1％，硅Si 0.2～0.4％，锰Mn 0.2～0.4％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量为铁Fe。

3.如权利要求1所述的一种冷挤压模具钢，其特征在于按重量百分比计该模具钢包括：碳C 0.8％，铬Cr 7.8％，钼Mo 1.5％，钒V 0.5％，镍Ni 0.6％，钨W 0.6％，硅Si 0.2％，锰Mn 0.2％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量为铁Fe。

4.如权利要求1或2或3所述的一种冷挤压模具钢，其特征在于该模具钢还包括：0.3％以下的铌。

5.如权利要求1或2或3所述的一种冷挤压模具钢，其特征在于该模具钢还包括：0.3％以下的钛。

6.如权利要求1或2或3所述的一种冷挤压模具钢，其特征在于该模具钢还包括：0.05％以下的稀土元素。

7.如权利要求1所述的冷挤压模具钢的热处理工艺，其特征在于包括以下步骤：

(4)、回火，回火温度为180～250℃，然后空冷至室温。

8.如权利要求7所述的冷挤压模具钢的热处理工艺，其特征在于步骤(3)中采用油冷冷却，在温度降到200～250℃热清洗。

9.如权利要求7所述的冷挤压模具钢的热处理工艺，其特征在于步骤(3)中采用盐浴冷却，在温度降到450～500℃时分级保温，然后降温到200～250℃热清洗。

10.如权利要求7所述的冷挤压模具钢的热处理工艺，其特征在于回火冷却以后再次进行回火处理，然后空冷至室温。