CN100519813C - 高强韧性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作方法，属合金钢制造工艺技术领域。本发明合金钢的化学组成及其重量百分比：C 0.9～1.0%，Cr 9～10%，Mo 2.0%，V 0.8～1.0%，Si 1.0%，P＜0.02%，S＜0.02%，Fe余量。本发明的冷作模具钢的制备过程和步骤如下：(1)熔炼、(2)电渣重熔、(3)退火、(4)粗锻、(5)再退火、(6)球化退火、(7)淬火回火。本发明方法制得的合金钢其硬度可达61～63HRC，冲击功AK可达61～85J，比原有的Cr12MoV钢提高3倍以上。

Description

高强韧性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性冷作模具钢及其制备方法，属合金钢制造工艺技术领域。

背景技术

由于冷作模具钢化学成分种类繁多，其中高铬钢中随含碳量的增高，其共晶碳化物的不均匀性也加大，导致钢的韧性下降。

如目前已有的Cr12MoV钢：

(1)Cr12MoV的成分如下表所示：

Cr12MoV的化学成分表

(2)Cr12MoV的性能：具有高硬度与高耐磨性，冲击韧性低。

(3)Cr12MoV的不足之处：带状碳化物使钢材的力学性能和物理性能出现明显的各向异性，冲击韧性降低。碳化物分布不均匀使钢的磨削性和研磨性变差，淬火裂纹形成的倾向性增大。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷作模具钢的新钢种，设计新的成分，主要设计构思是为适当地减少碳量和铬量，增加钼和钒的含量，减少并细化共晶碳化物、细化晶粒，以改善韧性。

本发明一种高强韧性冷作模具钢，其特征在于具有以下的化学组成及重量百分比：

C            0.9～1.0％，       Cr          9～10％，

Mo           2.0％，            V           0.8～1.0％，

Si           1.0％，            P           <0.02％，

S            <0.02％，          Fe          余量。

一种制备上述的高强韧性冷作模具钢的方法，其特征在于该方法具有以下的工艺过程和步骤：

(a)熔炼：合金按上述成分设计后，按传统常规方法熔炼，将按上述配方来的合金炉料放置于中频感应炉或电弧炉中，在1500℃温度以上进行熔炼，然后浇注钢锭，进入下一步骤待用；

(b)电渣重熔：利用电流通过电渣层产生电阻热来熔化自耗电极的合金钢母材，液体金属以熔滴形式经渣池下落至水冷结晶中的金属熔池内，钢锭由下而上逐步结晶；

(c)退火：于830℃温度下，退火8小时，随后随炉冷却；

(d)锻造：再将步骤(c)所得退火钢锭加热至1200～1230℃，进行粗锻，终锻温度940℃，得到钢锻件；

(e)退火：于830℃温度下，退火8小时，随后随炉冷却；

(f)球化退化：在830℃保温3小时，按着以每小时30℃的冷却速度炉冷；当温度冷却制730℃时，保温4小时；然后以每小时30℃的冷却速度炉冷；温度达550℃后进行空冷；

(g)采用低淬低回或高淬高回：采用的低淬低回工艺是在1040℃淬火，210℃回火1小时；采用的高淬高回工艺是在1080℃淬火，540℃二次回火，每次回火各1小时。

本发明的特点及优点如下所述：本发明方法采用了电渣重熔工艺，这是一个二次精炼技术，采用电渣重熔工艺可降低钢锭中气体夹杂物的含量，故有效地脱氧和脱硫，并且可以控制凝固，改善重熔钢锭的宏观和微观组织，因此电渣重熔工艺可获得成分均匀、组织致密、质量优良的钢锭。

本发明由于采用了合理的热处理工艺，即采用了合适的退火制度以及采用高淬高回或低淬低回的方式，使钢锭的硬度性能和耐冲击功能都有很大提高。

附图说明

图1为本实施例试样(SDC99)与其他对比试样在1080℃淬火+540℃回火热处理条件下的硬度和冲击韧性比较图。

图2为本实施例试样(SDC99)与其他对比试样在1040℃淬火+210℃回火热处理条件下的硬度和冲击韧性比较图。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例1：本实施例中，采用合金钢的化学组成及重量百分比如下：

C 0.95％，Cr 9.5％，Mo 2.0％，V 1.0％，Si 1.0％，P<0.02％，S<0.02％，Fe余量。

本实施例中合金钢的制备过程和步骤如下：

(a)熔炼：合金按上述成分设计后，按传统常规方法熔炼，将按上述配方来的合金炉料放置于中频感应炉或电弧炉中，在1500℃温度以上进行熔炼，然后浇注钢锭，进入下一步骤待用；

(b)电渣重熔：利用电流通过电渣层产生电阻热来熔化自耗电极的合金钢母材，液体金属以熔滴形式经渣池下落至水冷结晶中的金属熔池内，钢锭由下而上逐步结晶。电渣重熔后可降低气体和夹杂物的含量，并获得成份均匀、组织致密、质量高的钢锭。重熔时合金得到进一步精炼，夹杂物去除是通过渣洗和在熔池中上浮。合金的持久性能和塑性都得到提高，消除或减轻了各种宏观的显微缺陷；

(c)退火：于830℃温度下，退火8小时，随后随炉冷却；

(d)锻造：再将上述钢锭加热至1200～1230℃，进行粗锻，终锻温度940℃，得到钢锻件；

(e)退火：于830℃温度下，退火8小时，随后随炉冷却；

(f)球化退化：在830℃保温3小时，按着以每小时30℃的冷却速度炉冷；当温度冷却制730℃时，保温4小时；然后以每小时30℃的冷却速度炉冷；温度达550℃后进行空冷；

(g)采用低淬低回或高淬高回：采用的低淬低回工艺是在1040℃淬火，210℃回火1小时；采用的高淬高回工艺是在1080℃淬火，540℃二次回火，每次回火各1小时。

性能测试

对上述实施例所得的试样(SDC99)进行硬度和冲击韧性的性能测试。

对比钢种试样其化学组成及其重量百分比如下：

Cr12MoV钢：

Cr12MoV的化学成分表

SCD99钢：

SDC99的化学成分表

SCD3钢：

SDC3的化学成分表

Cr8钢：

Cr8的化学成分表

DC53钢：

DC53的化学成分表

试验结果参见图1和图2。

图1为本实施例试样(SDC99)与其他对比试样在1080℃淬火+540℃回火热处理条件下的硬度和冲击韧性比较图。

图2为本实施例试样(SDC99)与其他对比试样在1040℃淬火+210℃回火热处理条件下的硬度和冲击韧性比较图。

本发明该钢冲经1040℃淬火+210℃回火后，硬度为61HRC，冲击功Ak为85J，冲击功与在相同热处理下、相同硬度的DC53相当，与Cr12MoV相比，冲击功提高2倍以上。经1080℃淬火+540℃回火后，硬度为63HRC，冲击功Ak为61J，冲击功与在相同热处理下、相同硬度的DC53相当，与Cr12MoV相比，冲击功提高3倍以上。

Claims (2)

1.一种高强韧性冷作模具钢，其特征在于具有以下的化学组成及重量百分比：

C      0.9～1.0％， Cr   9～10％，

Mo     2.0％，      V    0.8～1.0％，

Si     1.0％，      P    <0.02％，

S      <0.02％，    Fe   余量。

2.一种制备根据权利要求1所述的高强韧性冷作模具钢的方法，其特征在于该方法具有以下的工艺过程和步骤：

(a)熔炼：合金按上述成分设计后，按传统常规方法熔炼，将按上述配方来的合金炉料放置于中频感应炉或电弧炉中，在1500℃温度以上进行熔炼，然后浇注钢锭，进入下一步骤待用；

(b)电渣重熔：利用电流通过电渣层产生电阻热来熔化自耗电极的合金钢母材，液体金属以熔滴形式经渣池下落至水冷结晶中的金属熔池内，钢锭由下而上逐步结晶；

(c)退火：于830℃温度下，退火8小时，随后随炉冷却；

(d)锻造：再将步骤(c)所得退火钢锭加热至1200～1230℃，进行粗锻，终锻温度940℃，得到钢锻件；

(e)退火：于830℃温度下，退火8小时，随后随炉冷却；

(f)球化退化：在830℃保温3小时，按着以每小时30℃的冷却速度炉冷；当温度冷却制730℃时，保温4小时；然后以每小时30℃的冷却速度炉冷；温度达550℃后进行空冷；

(g)采用低淬低回或高淬高回：采用的低淬低回工艺是在1040℃淬火，210℃回火1小时；采用的高淬高回工艺是在1080℃淬火，540℃二次回火，每次回火各1小时。

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