CN103014511B

CN103014511B - 高强韧冷作模具钢及其加工工艺

Info

Publication number: CN103014511B
Application number: CN201210503591.5A
Authority: CN
Inventors: 王元军
Original assignee: CHUZHOU CHENGYE MACHINERY MANUFACTURING Co Ltd
Current assignee: CHUZHOU CHENGYE MACHINERY MANUFACTURING Co Ltd
Priority date: 2012-12-01
Filing date: 2012-12-01
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2032-12-01
Also published as: CN103014511A

Abstract

本发明公开了一种高强韧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：C？0.80-1.2%、Si？0.40-0.80%、Mn？0.2-0.50%、Cr？8.50-11.0%、Mo？1.4-1.60%、V？0.2-0.40%、Nb？0.04-0.06%、Ti？0.02-0.04%、Sc？0.05-0.08%、P≤0.020%、S≤0.003%，余量为铁和杂质。本发明采用稀土元素Sc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。本发明的高强韧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

高强韧冷作模具钢及其加工工艺

技术领域

本发明涉及一种高强韧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强韧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：

高强韧冷作模具钢中各化学组分的重量百分比为：C0.80-1.0%、Si0.40-0.80%、Mn0.2-0.50%、Cr8.50-11.0%、Mo1.4-1.60%、V0.2-0.40%、Nb0.04-0.06%、Ti0.02-0.04%、Sc0.05-0.08%、P≤0.020%、S≤0.003%，余量为铁和杂质。

高强韧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1400-1500℃，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250-300℃，注入钢水，浇注温度为1460-1510℃，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860-880℃，保温4-5小时，然后以20-30℃/小炉冷至500-550℃，出炉空冷，清理表面缺陷；

（5）锻造：将钢锭加热至1150-1200℃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4-5小时，以20-30℃/小炉冷至720-750℃，保温2-4小时，再以30-40℃/小时冷却至450-500℃，出炉空冷；

（7）淬火回火：采用低淬低回的热处理方式，即1020-1040℃淬火，180-220℃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（2）中脱氧剂为硅钙合金。

本发明的有益效果：

本发明采用稀土元素Sc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。本发明的高强韧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：

高强韧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1450℃，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%的脱氧剂硅钙合金，净化钢水的纯净度；

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

（4）退火处理：将电渣重熔后的钢锭加热至870℃，保温5小时，然后以20℃/小炉冷至520℃，出炉空冷，清理表面缺陷；

（5）锻造：将钢锭加热至1150℃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5小时，以30℃/小炉冷至720℃，保温3小时，再以0℃/小时冷却至450℃，出炉空冷；

（7）淬火回火：采用低淬低回的热处理方式，即1020℃淬火，200℃两次回火，每次回火2h；

（5）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：C0.94%、Si0.52%、Mn0.35%、Cr9.80%、Mo1.53%、V0.28%、Nb0.051%、Ti0.036%、Sc0.072%、P0.015%、S0.002%，余量为铁和杂质。力学性能为：抗拉强度1660MPa，屈服强度1340MPa，伸长率15%，断面收缩率49%，冲击韧性值12J/cm²。

Claims

1.一种高强韧冷作模具钢，其特征在于，该模具钢中各化学组分的重量百分比为：C0.80-1.0%、Si0.40-0.80%、Mn0.2-0.50%、Cr8.50-11.0%、Mo1.4-1.60%、V0.2-0.40%、Nb0.04-0.06%、Ti0.02-0.04%、Sc0.05-0.08%、P≤0.020%、S≤0.003%，余量为铁和杂质；

所述的高强韧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1400-1500℃，废钢熔化至1/3时，放入铬、钼合金熔化，在钢水出炉15-20min前，投入余下的合金材料，然后投入0.2-0.3%的脱氧剂，净化钢水的纯净度；

（4）退火处理：将电渣重熔后的钢锭加热至860-880℃，保温4-5小时，然后以20-30℃/小时炉冷至500-550℃，出炉空冷，清理表面缺陷；

（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4-5小时，以20-30℃/小时炉冷至720-750℃，保温2-4小时，再以30-40℃/小时冷却至450-500℃，出炉空冷；

（8）喷丸、抛光处理：淬火回火后，进行喷丸处理形成表面压应力层，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，消除模具表面缺陷而提高模具寿命。

2.根据权利要求1所述的高强韧冷作模具钢，其特征在于，所述步骤（1）中脱氧剂为硅钙合金。