CN103014495A - 高韧性高耐磨冷作模具钢及其加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高韧性高耐磨冷作模具钢及其加工工艺，该模具钢中各化学组分的重量百分比为：C0.9-1.1%、Si0.8-1.2%、Mn0.2-0.5%、Cr7.5-9.0%、Mo1.7-2.2%、V0.15-0.3%、Ti0.05-0.10%、Ce0.03-0.05%、La0.015-0.030%、P≤0.025%、S≤0.015%，余量为铁和杂质。本发明采用稀土元素Ce、La进行变质处理，可以改善冷作模具钢凝固过程中碳化物的偏析，有利于冷作模具钢性能的提高。本发明采用了合理的热处理工艺，合适的退火处理以及采用高淬高回的方式，使模具钢的硬度性能和耐冲击性能都有显著提高。本发明的高韧性高耐磨冷作模具钢与现有的冷作模具钢相比，具有更高的耐磨性、强韧性以及抗回火稳定性。

Description

高韧性高耐磨冷作模具钢及其加工工艺

技术领域

    本发明涉及一种高韧性高耐磨冷作模具钢及其加工工艺，属于合金钢制造工艺技术领域。

背景技术

    冷作模具钢主要用于使金属在冷状态下变形的冷作模具。如：冷冲裁模、冷冲压模、冷拉深模、压印模、冷挤压模、螺纹压制模、粉末压制模、冷镦模、冷挤压模、压弯模及拉丝模等。目前我国常用的冷作模具钢仍是高碳高铬模具钢 Cr12MoV，D2 等。Cr12MoV，D2虽然有较高的硬度和耐磨性，但其碳化物偏析严重，易导致方向性变形和强韧性降低，如果碳化物偏析过于严重易造成模具热处理后断裂。为了提高这类钢的强韧性，除了在工艺上进行改进外，还需开发一些新的冷作模具钢冷作模具钢。

发明内容

本发明的目的是提供一种高韧性高耐磨冷作模具钢及其加工工艺，以改善碳化物偏析，提高钢的强韧性和耐磨性。

本发明的技术方案如下：

    高韧性高耐磨冷作模具钢中各化学组分的重量百分比为：C 0.9-1.1%、Si 0.8-1.2%、Mn 0.2-0.5%、Cr 7.5-9.0%、Mo 1.7-2.2%、V 0.15-0.3%、Ti 0.05-0.10%、Ce 0.03-0.05%、La 0.015-0.030%、P≤0.025%、S≤0.015%，余量为铁和杂质。

    高韧性高耐磨冷作模具钢的加工工艺，包括如下步骤：

    （1）熔炼：炼钢原料选择含碳量小于0.4%的废钢，将废钢加入真空感应熔炉内进行熔炼，熔炼温度为1520-1550℃，废钢熔化至1/3时，放入铬、钼合金熔化，在钢水出炉15-20min前，投入锰、硅、钒等合金，然后投入0.2-0.3%的脱氧剂，净化钢水的纯净度；

    （2）钢水铸造成型钢锭：将钢锭模预热至280-320℃，注入钢水，浇注温度为1480 -1540℃保温40-50min后脱模保温缓冷，48小时后出炉；

    （3）电渣重熔:将钢锭作为自耗电极放入电渣重熔装置中进行二次精炼，降低气体和夹杂物的含量，获得成分均匀、组织致密、质量高钢锭；

    （4）退火处理：将电渣重熔后的钢锭加热至850-880℃，保温4-5小时，然后以20-30℃/小炉冷至520-560℃，出炉空冷，清理表面缺陷；

    （5）锻造：将钢锭加热至 1150-1250℃进行锻造，终锻温度950-970℃，锻造比3-4:1，得到钢锻件；

    （6）退火处理：先以60-80℃/小时的升温速度将锻件加热至870-920℃，保温4-5小时，以20-30℃/小炉冷至710-740℃，保温2-4小时，再以30-40℃/小时冷却至450-480℃，出炉空冷；

    （7）淬火回火：采用高淬高回的热处理方式，即1060-1080℃淬火，520-540℃两次回火，每次回火2h；

    （8）喷丸、抛光处理：淬火回火后，进行喷丸处理可以形成表面压应力层，改变淬火回火处理后的表面拉应力状态，进行模具抛光处理，可消除模具表面缺陷而提高模具寿命。

所述步骤（1）中脱氧剂为纯铝。

本发明的有益效果：

本发明采用稀土元素Ce、La进行变质处理，可以改善冷作模具钢凝固过程中碳化物的偏析，有利于冷作模具钢性能的提高。本发明采用了合理的热处理工艺，合适的退火处理以及采用高淬高回的方式，使模具钢的硬度性能和耐冲击性能都有显著提高。本发明的高韧性高耐磨冷作模具钢与现有的冷作模具钢相比，具有更高的耐磨性、强韧性以及抗回火稳定性。由于本发明冷作模具钢综合性能俱佳，可适用制作的模具范围广，可代替Cr12MoV，D2 类钢模具提高其韧性和耐磨性，使其寿命大大提高，降低生产使用成本，减少或避免在大冲击载荷、工作速度高、高精度长寿命等特殊环境下使用模具寻在的不耐磨、韧性差崩刃、断裂等问题。

具体实施方式：

    高韧性高耐磨冷作模具钢中各化学组分的重量百分比为：C 0.9-1.1%、Si 0.8-1.2%、Mn 0.2-0.5%、Cr 7.5-9.0%、Mo 1.7-2.2%、V 0.15-0.3%、Ti 0.05-0.10%、Ce 0.03-0.05%、La 0.015-0.030%、P≤0.025%、S≤0.015%，余量为铁和杂质。

     高韧性高耐磨冷作模具钢的加工工艺，包括如下步骤：

    （1）熔炼：炼钢原料选择含碳量小于0.4%的废钢，将废钢加入真空感应熔炉内进行熔炼，熔炼温度为1540℃，废钢熔化至1/3时，放入铬、钼合金熔化，在钢水出炉15min前，投入锰、硅、钒等合金，然后投入0.3%的脱氧剂纯铝，净化钢水的纯净度；

    （2）钢水铸造成型钢锭：将钢锭模预热至320℃，注入钢水，浇注温度为1520℃保温40min后脱模保温缓冷，48小时后出炉；

    （3）电渣重熔:将钢锭作为自耗电极放入电渣重熔装置中进行二次精炼，降低气体和夹杂物的含量，获得成分均匀、组织致密、质量高钢锭；

    （4）退火处理：将电渣重熔后的钢锭加热至860℃，保温5小时，然后以25℃/小炉冷至545℃，出炉空冷，清理表面缺陷；

    （5）锻造：将钢锭加热至 1200℃进行锻造，终锻温度960℃，锻造比4:1，得到钢锻件；

    （6）退火处理：先以70℃/小时的升温速度将锻件加热至890℃，保温5小时，以30℃/小炉冷至720℃，保温3小时，再以30℃/小时冷却至460℃，出炉空冷；

    （7）淬火回火：采用高淬高回的热处理方式，即1080℃淬火，530℃两次回火，每次回火2h；

（8）喷丸、抛光处理：淬火回火后，进行喷丸处理可以形成表面压应力层，改变淬火回火处理后的表面拉应力状态，进行模具抛光处理，可消除模具表面缺陷而提高模具寿命。

经检验，产物化学成分为：C 0.98%、Si 1.02%、Mn 0.42%、Cr 8.84%、Mo 1.83%、V 0.25%、Ti 0.084%、Ce 0.045%、La 0.022%、P 0.018%、S 0.011%，余量为铁和杂质。力学性能为：抗拉强度1820MPa，屈服强度1380MPa，伸长率14%，断面收缩率52%，冲击韧性值14J/cm²。

Claims (3)

1.一种高韧性高耐磨冷作模具钢，其特征在于，该模具钢中各化学组分的重量百分比为：C 0.9-1.1%、Si 0.8-1.2%、Mn 0.2-0.5%、Cr 7.5-9.0%、Mo 1.7-2.2%、V 0.15-0.3%、Ti 0.05-0.10%、Ce 0.03-0.05%、La 0.015-0.030%、P≤0.025%、S≤0.015%，余量为铁和杂质。

2.一种如权利要求1所述的高韧性高耐磨冷作模具钢的加工工艺，其特征在于包括如下步骤：

（1）熔炼：炼钢原料选择含碳量小于0.4%的废钢，将废钢加入真空感应熔炉内进行熔炼，熔炼温度为1520-1550℃，废钢熔化至1/3时，放入铬、钼合金熔化，在钢水出炉15-20min前，投入锰、硅、钒等合金，然后投入0.2-0.3%的脱氧剂，净化钢水的纯净度；

（2）钢水铸造成型钢锭：将钢锭模预热至280-320℃，注入钢水，浇注温度为1480 -1540℃保温40-50min后脱模保温缓冷，48小时后出炉；

（3）电渣重熔:将钢锭作为自耗电极放入电渣重熔装置中进行二次精炼，降低气体和夹杂物的含量，获得成分均匀、组织致密、质量高钢锭；

    （4）退火处理：将电渣重熔后的钢锭加热至850-880℃，保温4-5小时，然后以20-30℃/小炉冷至520-560℃，出炉空冷，清理表面缺陷；

（5）锻造：将钢锭加热至 1150-1250℃进行锻造，终锻温度950-970℃，锻造比3-4:1，得到钢锻件；

    （6）退火处理：先以60-80℃/小时的升温速度将锻件加热至870-920℃，保温4-5小时，以20-30℃/小炉冷至710-740℃，保温2-4小时，再以30-40℃/小时冷却至450-480℃，出炉空冷；

    （7）淬火回火：采用高淬高回的热处理方式，即1060-1080℃淬火，520-540℃两次回火，每次回火2h；

    （8）喷丸、抛光处理：淬火回火后，进行喷丸处理可以形成表面压应力层，改变淬火回火处理后的表面拉应力状态，进行模具抛光处理，可消除模具表面缺陷而提高模具寿命。

3.根据权利要求2所述的高韧性高耐磨冷作模具钢的加工工艺，其特征在于，所述步骤（1）中脱氧剂为纯铝。