CN103233170A

CN103233170A - 热作模具用钢及其生产方法

Info

Publication number: CN103233170A
Application number: CN2013102033664A
Authority: CN
Inventors: 朱余宏; 胡丽亚
Original assignee: CHUZHOU DIAMOND MOULD MANUFACTURING Co Ltd
Current assignee: CHUZHOU DIAMOND MOULD MANUFACTURING Co Ltd
Priority date: 2013-05-28
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2033-05-28
Also published as: CN103233170B

Abstract

本发明提供一种热作模具用钢及其生产方法。针对压塑要受到高温高压的联合作用，因此对模具材料要求较高，应具有高的硬度、强度、耐磨性、足够的韧性，以及高的淬透性、淬硬性和以及具有良好的耐切削性能的要求。本发明的热作模具用钢，其特征是：按质量百分含量包括0.3%-0.6%的C、0.11-1.33%的Mn、0.12%-0.28%的S、不大于0.035%的Si、不大于0.02%的P、0.23%～0.29%的Pb、0.05%～0.07%的Bi、0.19～0.46%的W、0.17%-2.90%的Mo、0.14%-0.75%的Ti、0.06%～0.19%的Al、2.3%-3.6%的Cr、0.3%-0.4%的V，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明用于生产热作模具。

Description

热作模具用钢及其生产方法

技术领域：

本发明涉及一种模具用钢，具体涉及一种热作模具用钢及其生产方法。

背景技术：

热作模具工作条件的主要特点是与热态金属相接触、这是与冷作模具工作条件的主要区别。因此会带来以下两方面的问题：（l）模腔表层金属受热。通常锤锻模工作时．其模腔表面温度可达300～400℃以上热挤压模可达500一800℃以上；压铸模模腔温度与压铸材料种类及浇注温度有关。如压铸黑色金属时模腔温度可达1000℃以上。这样高的使用温度会使模腔表面硬度和强度显著降低，在使用中易发生打垛。为此．对热模具钢的基本使用性能要求是热塑变抗力高，包括高温硬度和高温强度、高的热塑变抗力，实际上反映了钢的高回火稳定性。（2）模腔表层金属产生热疲劳（龟裂）。热模的工作特点是具有间歇性．每次使热态金属成形后都要用水、油、空气等介质冷却模腔的表面。因此．热模的工作状态是反复受热和冷却，从而使模腔表层金属产生反复的热胀冷缩，即反复承受拉压应力作用．其结果引起模腔表面出现龟裂，称为热疲劳现象，由此，对热模具钢提出了第二个基本使用性能要求．即具有高的热疲劳抗力。一般说来，影响钢的热疲劳抗力的因素主要有： ①钢的导热性。钢的导热性高，可使模具表层金属受热程度降低，从而减小钢的热疲劳倾向性。②钢的临界点影响。通常钢的临界点（Acl）越高．钢的热疲劳倾向性越低。

发明内容：

本发明的目的是针对上述存在的问题提供一种热作模具用钢及其生产方法，这种钢具有高的硬度、强度、耐磨性、足够的韧性，以及高的淬透性、淬硬性和以及具有良好的耐切削性能，适应于热作模具的需要。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

热作模具用钢，按质量百分含量包括0.3%-0.6%的 C、0.11—1.33%的Mn、0.12%—0.28%的S、不大于0.035%的Si、不大于0.02%的P、0．23%～0．29%的Pb、0．05%～0．07%的Bi、0.19～0.46%的W、0.17%--2.90%的Mo、0.14%---0.75%的Ti、0.06%～0.19%的Al、2.3%—3.6%的Cr、0.3%—0.4%的V，余量为Fe和不可避免的杂质。

热作模具用钢，按质量百分含量包括0.45%-0.55%的 C、0.9—1.25%的Mn、0.15%—0.25%的S、不大于0.03%的Si、不大于0.02%的P、0．25%～0．29%的Pb、0．06%～0．07%的Bi、0.20～0.40%的W、0.85%--2.35%的Mo、0.20%---0.66%的Ti、0.11%～0.18%的Al、2.5%—3.5%的Cr、0.35%—0.38%的V，余量为Fe和不可避免的杂质。

热作模具用钢，按质量百分含量包括0.49%的 C、0.89%的Mn、0.19%的S、不大于0.03%的Si、不大于0.02%的P、0．27%的Pb、0．07%的Bi、0.35%的W、1.75%的Mo、0.75%的Ti、0.15%的Al、3.2%的Cr、0.35%的V，余量为Fe和不可避免的杂质。

一种热作模具用钢的生产方法，该方法包括：按照上述配比将原料依次进行铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，底吹Ar搅拌，所述的底吹Ar搅拌时间不少于12分钟，然后经过RH炉进行成分微调得到上述配比后进行真空循环脱气处理，保证RH纯脱气时间不少于6分钟，再采用全程吹Ar保护浇铸，浇铸成钢锭，钢锭经切削、磨削、抛光成型后进行热处理，热处理初始温度为950℃～980℃，时间1-2小时，热处理结束温度为1100℃～1150℃，回火温度为1100℃～1150℃，回火时间2小时，淬火温度950一1000℃。

有益效果：

1.由于热作模具要在比较高的温度下进行工作，经过本发明人多次的实验研究表明：钢的导热性与合碳量有关，含碳量高时导热性低，但是钢的硬度会提高，本发明中采用0.3%-0.6%的 C，使得本发明的热作模具用钢具有高温强度和等优良性能，同时具有较好的导热性，热处理变形小；适用于热作模具的要求；

本发明含有0.8—1.35%的Mn，使得切削容易碎断，并有利于提高加工表面的质量；0.10%—0.30%的S改善钢的切削加工性能，人为将含硫量提高，以形成硫化物，起中断基体连续性的作用；

Si、强化铁素体，提高钢的强度和硬度，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性，提高钢的氧化性腐蚀介质中的耐蚀性，提高钢的耐热性；

本发明采用0．23%～0．29%的Pb，铅在钢中呈细小金属颗粒形态，均匀分布或附着于硫化物的周围。由于铅的熔点较低，切削时融熔渗出起润滑作用，降低摩擦，提高切削性，但并不影响常温力学性能；

　由于模具在热处理时，尤其是在淬火过程中，要产生体积变化、形状翘曲、畸变等，为保证模具质量，要求模具钢的热处理变形小，特别是对于形状复杂的精密模具，淬火后难以修整，对于热处理变形程度的要求更为苛刻，本发明采用0.19～0.46%的W，提高钢的强度，提高钢的高温强度，提高钢的抗氢性能，使钢具有热硬性；

本发明采用0.17%--2.90%的Mo，钼对铁素体有固溶强化作用，提高钢热强性，抗氢侵蚀的作用，提高钢的淬透性。

由于模具在加热过程中，如果发生氧化、脱碳现象，就会使其硬度、耐磨性、使用性能和使用寿命降低；因此，要求模具钢的氧化、脱碳敏感性好。本发明采用0.14%---0.75%的Ti，能改善钢的热强性，提高钢的抗蠕变性能及高温持久强度。并能提高钢在高温高压氢气中的稳定性。使钢在高压下对氢的稳定性高达600℃以上，在珠光体低合金钢中，钛可阻止钼钢在高温下的石墨化现象。

本发明采用0.11%～0.18%的Al，用作炼钢时的脱氧定氮剂，细化晶粒，抑制低碳钢的时效，改善钢在低温时的韧性，特别是降低了钢的脆性转变温度；提高钢的抗氧化性能。

本发明采用2.3%—3.6%的Cr可提高钢的强度和硬度，提高钢的高温机械性能，使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性，阻止石墨化，提高淬透性。

本发明加入0.3%—0.4%的V可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。

2.本发明采取的热处理工艺制度的作用如下：

钢锭加热温度：钢锭加热温度设定在于确保Ti元素的溶解，板坯加热温度过高会引起钢锭奥氏体晶粒异常长大。

再结晶以下温度的热处理：通过再结晶停止温度以下的热处理可增加奥氏体中铁素体成核点的密度，控制铁素体和珠光体晶粒尺寸，这对于发挥细晶强化的作用和提高材料的韧性非常关键。

热处理结束温度：采取较高的热处理温度便于提高材料整体的强度和硬度。

3．由于本发明采用合理的配比，优良的加工工艺，使得本发明的屈服强度超过750 MPa，抗拉强度超过800MPa，同时具有较好的耐磨性和抗热疲劳性，具有较好的切削加工性能。

具体实施方式：

实施例1：

实施例2：

实施例3：

实施例4：

热作模具用钢，按质量百分含量包括0.3%的 C、0.11%的Mn、0.12%的S、不大于0.035%的Si、不大于0.02%的P、0．23%的Pb、0．05%的Bi、0.19%的W、0.17%的Mo、0.14%的Ti、0.06%的Al、2.3%的Cr、0.3%的V，余量为Fe和不可避免的杂质。

实施例5：

热作模具用钢，按质量百分含量包括0.6%的 C、1.33%的Mn、0.28%的S、不大于0.035%的Si、不大于0.02%的P、0．29%的Pb、0．07%的Bi、0.46%的W、0.17%的Mo、0.14%的Ti、0.19%的Al、3.6%的Cr、0.4%的V，余量为Fe和不可避免的杂质。

上述热作模具用钢的生产方法，该方法包括：按照上述配比将原料依次进行铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，底吹Ar搅拌，所述的底吹Ar搅拌时间不少于12分钟，然后经过RH炉进行成分微调得到上述配比后进行真空循环脱气处理，保证RH纯脱气时间不少于6分钟，再采用全程吹Ar保护浇铸，浇铸成钢锭，钢锭经切削、磨削、抛光成型后进行热处理，热处理初始温度为950℃～980℃，时间1-2小时，热处理结束温度为1100℃～1150℃，回火温度为1100℃～1150℃，回火时间2小时，淬火温度950一1000℃。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征等同替换所组成的技术方案。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。

Claims

1.一种热作模具用钢，其特征是：按质量百分含量包括0.3%-0.6%的 C、0.11—1.33%的Mn、0.12%—0.28%的S、不大于0.035%的Si、不大于0.02%的P、0．23%～0．29%的Pb、0．05%～0．07%的Bi、0.19～0.46%的W、0.17%--2.90%的Mo、0.14%---0.75%的Ti、0.06%～0.19%的Al、2.3%—3.6%的Cr、0.3%—0.4%的V，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.一种热作模具用钢，其特征是：按质量百分含量包括0.45%-0.55%的 C、0.9—1.25%的Mn、0.15%—0.25%的S、不大于0.03%的Si、不大于0.02%的P、0．25%～0．29%的Pb、0．06%～0．07%的Bi、0.20～0.40%的W、0.85%--2.35%的Mo、0.20%---0.66%的Ti、0.11%～0.18%的Al、2.5%—3.5%的Cr、0.35%—0.38%的V，余量为Fe和不可避免的杂质。

3.一种热作模具用钢，其特征是：按质量百分含量包括0.49%的 C、0.89%的Mn、0.19%的S、不大于0.03%的Si、不大于0.02%的P、0．27%的Pb、0．07%的Bi、0.35%的W、1.75%的Mo、0.75%的Ti、0.15%的Al、3.2%的Cr、0.35%的V，余量为Fe和不可避免的杂质。

4.一种热作模具用钢的生产方法，其特征是：该方法包括：按照上述配比将原料依次进行铁水预脱硫，转炉顶底复合吹炼，底吹Ar搅拌，所述的底吹Ar搅拌时间不少于12分钟，然后经过RH炉进行成分微调得到上述配比后进行真空循环脱气处理，保证RH纯脱气时间不少于6分钟，再采用全程吹Ar保护浇铸，浇铸成钢锭，钢锭经切削、磨削、抛光成型后进行热处理，热处理初始温度为950℃～980℃，时间1-2小时，热处理结束温度为1100℃～1150℃，回火温度为1100℃～1150℃，回火时间2小时，淬火温度950一1000℃。