CN101250667A - 通用型冷作工具钢 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种材料技术领域的通用型冷作工具钢，包含的组分及其质量百分数为：C：0.90－1.10、Si：0.70－1.30、Mn：0.30－1.00、P：≤0.030、S：≤0.030、Cr：4.00－5.50、Mo：0.50－1.00、W：1.00－1.90、V：0.75－1.20，余量为Fe。本发明比目前广泛应用的铬12系、铬8系冷作模具钢具有更好的硬度、耐磨性与韧性和热硬度的匹配，综合力学性能更佳，可用于制作合金工具钢、刃具和模具，本发明提供一种高性能冷作工具钢，可供选择使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属材料技术领域的工具钢，具体是一种通用型冷作工具钢。
背景技术
冷作合金工具钢都是高碳钢，应用广的多为高合金钢。按其主体合金元素Cr的质量百分数可分为12Cr、8Cr和5Cr三个系列。
12Cr系是高Cr冷作合金工具钢，淬透性好，高硬高耐磨，应用最广，代表性钢号是合金工具钢国家标准GB/T1299系列的Cr12Mo1V1(D2)。制造模具普遍采用电加工后，D2因韧性差导致线切割后易变形和开裂；D2的热硬性——抗软化能力不强，也限制了它在高速并伴随温升条件下的使用。
8Cr系是中高Cr冷作合金工具钢，共晶碳化物偏析的状况比12Cr系大幅改善，从而提高了韧性，更适合制作精密模具，代表性钢号是Cr8Mo1VSi(尚未纳入国家标准GB)。它存在耐磨性逊于D2和热硬性问题。
已公开的发明专利200610051123.3是高V(2.3％)含Al(1％)并添加2％W的改进型8Cr系钢，提高了热硬度和耐磨性可用于高速冲压等场合。它的合金度比代表性8Cr系钢号提高了5个质量百分点，一是价格较高，二是韧性和可磨削性尚待更多实践的检验。
已公开的发明专利200610049260是多元素复合的改进8Cr钢。Si不作为合金元素使用，添加1.5％W 0.6％Ni并特别地用微量Ti、Nb和稀土元素处理钢。它要求较复杂的冶金控制会影响它的推广。
5Cr系是中Cr冷作合金工具钢，代表性钢号Cr5Mo1V(A2)，是GB/T1299钢号为等效引进ASTM标准的A2钢。A2是高碳中Cr钢，其力学和工艺性能大体与高Cr系的D2钢相当。碳化物数量比D2钢少，偏析程度轻，A2钢韧性优于D2，但耐磨性低于D2，实用上多被中高Cr的Cr8Mo1VSi取代。1989年授权的专利发明，申请号87102018，属于中高碳5Cr系的高合金钢，强调的是(强)韧性。可以认为，该专利与基体钢6Cr4W3Mo2VNb等都是高强韧钢，耐磨性都尚待提高。
5Cr系A2钢仍不失为综合性能较好的钢号，在A2钢基础上优化合金元素和碳的匹配，获取综合性能更佳的空间是存在的。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种通用型冷作工具钢，使其比目前广泛应用的铬12系、铬8系冷作模具钢性能更好，可用于制作合金工具钢、刃具和模具。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明所述的通用型冷作工具钢，包含的组分及其质量百分数为：
C：0.90-1.10、Si：0.70-1.30、Mn：0.30-1.00、P：≤0.030、S：≤0.030、Cr：4.00-5.50、Mo：0.50-1.00、W：1.00-1.90、V：0.75-1.20，余量为Fe。
本发明上述组分质量百分数优选范围为：
C：0.95-1.10、Si：0.90-1.30、Mn：0.30-0.70、P：≤0.030、S：≤0.020、Cr：4.00-4.60、Mo：0.50-0.70、W：1.50-1.90、V：0.75-1.00，余量为Fe。
本发明按现有的冷作工具钢A2钢制备方法制造。
本发明的基本构思是：1、适度降低基体马氏体含碳量(保持A2钢相同的含碳量)，但把含V量从0.35％提高到1％，保证基体的高硬度又能对韧性有所改善。2、保持A2钢所用5％Cr，并与W、Mo、V等碳化物形成元素及非碳化物形成元素Si构成复合强化(A2钢Si不是合金元素)，以提高钢的耐磨性、热稳定性与热强性。3、经适当热处理，保证硬度、耐磨性与韧性，热硬性的良好配合。
本发明的合金化原理：
Cr：是提高淬透性的主元素，宜Cr≥4。Cr是碳化物形成元素，Cr碳化物的数量与分布的偏析程度是高碳高铬与中高铬冷作合金工具钢耐磨性与韧性的决定性的影响因素，为韧性宜Cr≤8，在添加强碳化物形成元素来提高耐磨性同时会影响韧性的情况下宜Cr≤5。加入量定为4-5.5％。
Mo和W：二者作用类似都是强碳化物形成元素，添加为提高耐磨性，抗回火稳定性和热强性。Mo还可有效防止回火脆性。考虑Mo和W的互补作用和对韧性影响，定Mo不小于0.50％不大于1.9％，定W 1-2％。。
V：是更强的碳化物形成元素，使钢获二次硬化和提高耐磨与热强性的主要元素，以加入～1％为宜。
Si：非碳化物形成元素，对提高淬透性和抗回火稳定性有益，以～1％为宜。
C：即要满足基体马氏体有足够碳量，使钢获高硬度，又要满足适量过剩碳化物提高耐磨性及抗回火稳定性，选取0.9-1.10％，
Mn：利于提高淬透性和钢的热塑性，过量会引起晶粒粗大造成过热。从0.3-1.0％选取，多为0.3-0.70％。
与现有技术相比，本发明是A2钢改进型钢号，合金度比A2提高1.6个质量百分点。使其比目前广泛应用的铬12系、铬8系冷作模具钢具有更好的硬度、耐磨性与韧性和热硬度的匹配，综合力学性能更佳，可用于制作合金工具钢、刃具和模具。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
| 名称 | 尺寸 | 使用硬度 | |
| 实施例1 | 不锈钢表壳切边模 | Φ100×25 | HRC62-64 |
| 实施例2 | 切割不锈钢用金属圆锯片 | Φ260～360×6 | HRC62-64 |
| 实施例3 | 裁(切)纸刀片 | Φ350×Φ125(内孔)×4.3 | HRC61-62 |
1、实施例的冶炼——电炉冶炼LF精炼，浇注450kg钢锭，工艺按A2钢工艺，冶炼组分(质量％)，钢锭经缓冷退火后热加工或者钢锭红送轧钢。
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | W | V | Fe | |
| 实施例1 | 0.95 | 0.89 | 0.53 | 0.025 | 0.020 | 4.60 | 0.69 | 1.51 | 0.98 | 余量 |
| 实施例2 | 1.10 | 1.29 | 0.95 | 0.028 | 0.019 | 5.48 | 0.96 | 1.88 | 1.19 | 余量 |
| 实施例3 | 0.91 | 0.71 | 0.30 | 0.027 | 0.017 | 4.01 | 0.51 | 1.02 | 0.75 | 余量 |
2、实施例的热轧
实施例1：钢锭经1160℃加热后轧成100圆后，缓冷、退火、精整；
实施例2：钢锭经1160℃加热后轧成90方后，缓冷、退火、精整；
实施例3：红送钢锭加热后轧成86×255坯，经修磨后再加热，轧成56×255扁坯，缓冷、退火、精整。
3、实施例 刀模坯制备
实施例1 锯切成坯；
实施例2 (锯块)锤锻镦粗成圆并坯，工艺按A2钢现行工艺；
实施例3 热轧成板材，冲裁/切割下料，工艺按A2钢现行工艺。
4、实施例 刀模制造
刀模坯机加工-热处理(淬回火)-精加工成刀具、模具
5、实施例1：热处理后硬度63HRC，初步使用情况良好；
实施例2：热处理后硬度63.7HRC，初步使用情况良好；
实施例3：热处理后硬度61.8HRC，初步使用情况良好。
实施例4：供薄板冷冲模具——预硬精板25×200×250 HRC62±1
①本实施例成份组成的质量百分数为：C：1.01、Si：1.21、Mn：0.40、P：0.026、S：0.019、Cr：4.54、Mo：0.57、W：1.56、V：1.09，余量为Fe。
②电炉加LF炉精炼，浇注450kg锭，锭红送轧成28×205×L扁坯，退火精整及超声探伤等检测合格，工艺按A2现行工艺执行。
③铣磨加工，并锯切成精板坯，按62±1HRC控制进行淬回火处理，精磨后供制模具用。
④模具由线切割下料，经机加后成模，冲裁0.6～1.3mm厚的不锈钢，可满足小批量，厚度不同材料下料要求。
实施例5：粉末冶金压制凸模Φ50-30
①本实施例成份组成的质量百分数为：C：0.96、Si：0.93、Mn：0.65、P：0.023、S：0.017、Cr：4.35、Mo：0.64、W：1.71、V：0.92，余量为Fe。
②电炉加LF炉精炼，浇注450kg锭，锭红送轧成87方坯，修磨后再加热轧制成模坯，工艺按A2现行工艺执行。
③机加工后，留磨量热处理，200℃回火，控62±1HRC，精磨成模具。
④粉末压制凸模承受粉末流动性所造成的不均匀压应力，韧性与耐磨性同等重要。本发明制凸模有较理想的使用效果。
Claims (2)
1. 一种通用型冷作工具钢，其特征在于，包含的组分及其质量百分数为：C：0.90-1.10、Si：0.70-1.30、Mn：0.30-1.00、P：≤0.030、S：≤0.030、Cr：4.00-5.50、Mo：0.50-1.00、W：1.00-1.90、V：0.75-1.20，余量为Fe。
2. 根据权利要求1所述的通用型冷作工具钢，其特征是，包含的组分及其质量百分数为：C：0.95-1.10、Si：0.90-1.30、Mn：0.30-0.70、P：≤0.030、S：≤0.020、Cr：4.00-4.60、Mo：0.50-0.70、W：1.50-1.90、V：0.75-1.00，余量为Fe。
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| CN103317319A (zh) * | 2013-06-09 | 2013-09-25 | 泰尔重工股份有限公司 | 材质为Cr12Mo1V1挖边剪的生产加工方法 |
| CN105734445A (zh) * | 2014-12-10 | 2016-07-06 | 新疆八一钢铁股份有限公司 | 冷作模具钢 |
| CN108690935A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-10-23 | 鞍钢股份有限公司 | 一种高品质合金工具钢板及生产方法 |
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