CN103014510A - 高强度冷挤压模具钢及其加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度冷挤压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：C1.2-1.6%、Si≤0.50%、Mn≤0.50%、Cr11.50-15.0%、Mo0.6-0.80%、V0.6-1.10%、Nb0.04-0.08%、Ce0.02-0.05%、Y0.02-0.03%、P≤0.030%、S≤0.02%，余量为铁和杂质。本发明配入少量的Nb，其和V在钢中最终形成Nb(C，N)、V(C，N)，能够使晶粒细化，并有时效特性，稀土元素Ce、Y能净化钢液，改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如：韧性、焊接性，冷加工性能等。本发明的高强度冷挤压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

高强度冷挤压模具钢及其加工工艺

技术领域

    本发明涉及一种高强度冷挤压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

冷挤压模具钢是指适宜制作在常温状态对金属进行冷挤压加工用模具的工具钢，是冷作模具钢中的一种，冷挤压模具工作环境极其恶劣，在挤压过程中凹模经常承受外套的预压应力和挤压过程中的拉伸应力，凸模则承受巨大的压应力。工件在变形过程中所产生的热量也部分地被模具吸收，所以冷挤压模具钢需要具有较高的高温强度和热稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度冷挤压模具钢及其加工工艺，提高钢的强度、耐磨性以及热稳定性。

本发明的技术方案如下：

高强度冷挤压模具钢中各化学组分的重量百分比为：C 0.2-0.6%、Si≤0.50%、Mn≤0.50%、Cr 11.50-15.0%、Mo 0.6-0.80%、V 0.6-1.10%、Nb 0.04-0.08%、Ce 0.02-0.05%、Y 0.02-0.03%、P≤0.030%、S≤0.02%，余量为铁和杂质。

    高强度冷挤压模具钢的加工工艺，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1480-1550℃，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、铌等合金，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 -1520 ℃，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520-550℃，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940-960℃，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860-910℃，保温1-2小时，以20-30℃/小炉冷至720-750℃，保温1-2小时，再以30-40℃/小时升温至850-880℃，保温1-2小时，最后以50-60℃/小时炉冷至480-510℃，出炉空冷至室温；

    （7）淬火回火：采用低淬低回的热处理方式，即1040-1060℃淬火，220-250℃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）中脱氧剂为硅锰合金。

本发明的有益效果：

本发明配入少量的 Nb，其和 V 在钢中最终形成 Nb(C，N)、V(C，N)，能够使晶粒细化，并有时效特性，稀土元素Ce、Y能净化钢液，改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如：韧性、焊接性，冷加工性能等。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低淬低回的方式，使模具钢的硬度性能和耐冲击性能都有显著提高。本发明的高强度冷挤压模具钢与现有的冷挤压模具钢相比，具有更高的耐磨性、强度以及抗回火稳定性。由于本发明冷挤压模具钢综合性能俱佳，可适用制作的模具范围广，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：

高强度冷挤压模具钢中各化学组分的重量百分比为：C0.2-0.6%、Si≤0.50%、Mn≤0.50%、Cr 11.50-15.0%、Mo 0.6-0.80%、V 0.6-1.10%、Nb 0.04-0.08%、Ce 0.02-0.05%、Y 0.02-0.03%、P≤0.030%、S≤0.02%，余量为铁和杂质。

    高强度冷挤压模具钢的加工工艺，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1550℃，废钢熔化至1/3时，放入铬、钼合金熔化，在钢水出炉18min前，投入锰、硅、钒、铌等合金，然后投入0.3%的脱氧剂硅锰合金，净化钢水的纯净度；

    （2）钢水铸造成型钢锭：将钢锭模预热至310℃，注入钢水，浇注温度为 1500 ℃，保温45min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30℃/小炉冷至530℃，出炉空冷，清理表面缺陷；

    （5）锻造：将钢锭加热至1250℃进行锻造，终锻温度950℃，锻造比3:1，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880℃，保温1.5小时，以30℃/小炉冷至730℃，保温2小时，再以40℃/小时升温至860℃，保温1.5小时，最后以60℃/小时炉冷至500℃，出炉空冷至室温；

    （7）淬火回火：采用低淬低回的热处理方式，即1060℃淬火，250℃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 0.36%、Si 0.41%、Mn 0.32%、Cr 13.85%、Mo 0.73%、V 0.98%、Nb 0.065%、Ce 0.033%、Y 0.024%、P 0.012%、S 0.008%，余量为铁和杂质。力学性能为：抗拉强度1320MPa，屈服强度1080MPa，伸长率14%，断面收缩率48%，冲击韧性值13J/cm²。

Claims (3)

1.一种高强度冷挤压模具钢，其特征在于，该模具钢中各化学组分的重量百分比为：C 0.2-0.6%、Si≤0.50%、Mn≤0.50%、Cr 11.50-15.0%、Mo 0.6-0.80%、V 0.6-1.10%、Nb 0.04-0.08%、Ce 0.02-0.05%、Y 0.02-0.03%、P≤0.030%、S≤0.02%，余量为铁和杂质。

2.  一种如权利要求1所述的高强度冷挤压模具钢的加工工艺，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1480-1550℃，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、铌等合金，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 -1520 ℃，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520-550℃，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940-960℃，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860-910℃，保温1-2小时，以20-30℃/小炉冷至720-750℃，保温1-2小时，再以30-40℃/小时升温至850-880℃，保温1-2小时，最后以50-60℃/小时炉冷至480-510℃，出炉空冷至室温；

（7）淬火回火：采用低淬低回的热处理方式，即1040-1060℃淬火，220-250℃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所述的高强度冷挤压模具钢的加工工艺，其特征在于，所述步骤（1）中脱氧剂为硅锰合金。