CN104178694A - 一种高寿命热作模具钢 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高寿命热作模具钢,包括以下重量百分比计的原料:C:0.35-0.40;Si:0.10-0.40;Mn:0.30-0.50;Cr:5.00-5.50;V:0.50-0.70;Mo:1.90-2.30;Co:0.20-0.40;S≤0.005;P≤0.015;余量为Fe和不可避免的杂质。本发明模具钢的制备方法采用真空感应炉+电渣重熔+多向锻造+特殊退火处理获得。本发明技术方案具有以下有益效果:1)本发明的模具钢具有优异的韧性、热导性、延展性、耐热冲击、抗热疲劳性能和低线膨胀系数,适用于耐热侵蚀、高精密要求的大型热压铸模具的制造;2)具有可观的性价比,模具成本可降低30%以上;可替代高价格的进口热作模具钢;如一胜百的DIEVAR;大同的DH31-ESR;日立的DAC55等。

Description

一种高寿命热作模具钢
技术领域
本发明涉及一种模具钢,具体为一种高寿命热作模具钢。
背景技术
模具钢是用来制造冷冲模、热锻模、压铸模等模具的钢种。模具是机械制造、无线电仪表、电机、电器、汽车等工业部门中制造零件的主要加工工具。模具的质量直接影响着压力加工工艺的质量、产品的精度产量和生产成本、而模具的质量与使用寿命除了靠合理的结构设计和加工精度外,主要受模具材料的成分设计和热处理的影响。
模具钢大致可分为:冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢三类,用于锻造、冲压、切型、压铸等。由于各种模具用途不同,工作条件复杂,因此对模具用钢,按其所制造模具的工作条件,应具有高的硬度、强度、耐磨性,足够的韧性,以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。由于这类用途不同,工作条件复杂,因此对模具用钢的性能要求也不同。
热作模具钢对硬度要求适当,侧重于红硬性,韧性,导热性,耐磨性。因此合金元素的合理配比,以增加模具材料的淬透性,提高耐磨性、韧性、红硬性为主。
现有的热作模具钢,国内的产品以H13为主,其韧性和延性、等向性、耐热冲击和抗热疲劳性能不足,北美,欧洲,日本的高性能热作模具钢价格太贵。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种高寿命热作模具钢,以解决现有技术的上述问题。
为实现上述目的,本发明通过以下技术方案来实现。
一种高寿命热作模具钢,包括以下重量百分比计的原料:
C:0.35-0.40;Si:0.10-0.40;Mn:0.30-0.50;Cr:5.00-5.50;V:0.50-0.70;Mo:1.90-2.30;Co:0.20-0.40;S≤0.005;P≤0.015;余量为Fe和不可避免的杂质。
更为优选地,所述的碳(C)的含量为0.36-0.38%。
所述的硅(Si)的含量为0.15-0.30%。
所述的锰(Mn)的含量为0.30%。
所述的磷(P)的含量小于等于0.010%。
所述的铬(Cr)的含量为5.0-5.30%。
所述的钼(Mo)的含量为2.0%-2.1%。
所述的钒(V)的含量为0.50-0.60%。
所述的钴(Co)的含量为0.25-0.30%。
本发明的成分设计基于以下原理:
C是提高钢的硬度和强度最为有效的元素,固溶强化作用显著,是保证模具钢硬度必不可少的元素。C是形成铬碳化物等各种碳化物的不可缺少的基本元素,C含量过高会造成钢中碳化物数量的增多及偏聚,降低韧性及耐腐蚀性能。C含量过低不能满足模具钢的高硬度要求。本发明中控制C:0.35-0.40%。优选为C:0.36-0.38%。
钢中含有少量的Si有较好的还原和脱氧作用,但Si含量过高则降低钢的焊接和切削加工性能。本发明中控制Si含量为≤0.35%,适当的提高了冲击韧性,优选为Si:0.15%-0.30%。
Mn元素有较好的脱氧和去S作用,虽然高含量可增加耐磨性,但MnS会降低抗腐蚀和焊接性能。优选为Mn:0.30%。
P元素在钢中易在晶界处偏聚,导致钢的冷脆性增加,故钢中的P含量应尽可能低。本发明中控制P≤0.010%。
S元素在钢中以硫化物的形式存在,易产生热脆,降低钢的横向延展及韧性性能,故钢中的P含量应尽可能低。本发明中控制S<0.005%。
Cr是具有钝化倾向的元素,Cr的重要作用是显著提高钢的耐腐蚀性能,但同时也降低钢的塑性和韧性。所以,本钢的Cr元素有利于淬透性的提高;Cr是缩小γ相区的元素,Cr含量过高将得到铁素体组织,导致强度降低,耐腐蚀性能变差,因此Cr含量不宜过高。本发明中控制Cr含量为5.0-5.30%。
Mo元素能使本钢的晶粒细化,提高了淬透性、热强性和机械性能,在高温时能保持足够的强度和抗蠕变的能力。抑制高温引起的热脆现象。优选Mo:2.0%-2.1%。
V元素不仅是钢的脱氧剂,在钢中,V元素达0.5%以上可明显细化组织晶粒,提高钢的强度和韧性,并与C形成的碳化物在高温下可提高钢的腐蚀能力(H腐蚀)优选V:0.50-0.60%。
Co作为稀土、作为微合金化的元素有意识的按适当量添加在本钢内。Co可以细化晶粒、改善晶界、改变碳化物特征(形状、大小、分布、数量和结构)、净化钢液。但Co元素属于贵金属,考虑本钢整体适应性,优选为Co:0.25-0.30%。
综合以上化学成分的精确合理配比,以达到本发明宗旨也就是最突出的优点---在显著提高本钢的耐热性、韧性、抗热疲劳性能的同时也合理地提高了本钢的耐磨、耐热冲击、热导性、延展性和低线膨胀系数。
更为优选地,
一种高寿命热作模具钢,由以下重量百分比计的原料组成:
C:0.38;Si:0.3;Mn:0.3;Cr:5.2;V:0.560;Mo:2.0;Co:0.3;S≤0.003;P≤0.009;余量为Fe和不可避免的杂质。
上述热作模具钢的制造方法,其步骤如下:
1)在真空感应炉熔炼浇注成电极棒;
2)再电渣重熔成电渣锭;
3)钢锭加热锻造成锻坯;
4)锻坯退火处理得到模具钢;
其中,步骤2)钢锭锻造前,钢锭加热到1230~1250℃温度,保温15-17小时;步骤4)锻坯退火处理中,退火温度为870-890℃,保温6-8小时。
所述的锻坯退火之后炉冷至250℃然后出炉空冷至室温。
本发明模具钢的制备方法采用真空感应炉+电渣重熔+多向锻造+特殊退火处理获得。
本发明技术方案制备的热作模具钢,具有以下有益效果:
1)本发明的模具钢具有优异的韧性、热导性、延展性、耐热冲击、抗热疲劳性能和低线膨胀系数,适用于耐热侵蚀、高精密要求的大型热压铸模具的制造;
2)具有可观的性价比,模具成本可降低30%以上;可替代高价格的进口热作模具钢;如一胜百的DIEVAR;大同的DH31-ESR;日立的DAC55等。
附图说明
图1为冲击韧性比较图;
图2为过冷奥氏体连续冷却转变曲线图;(CCT曲线)
图3为自约束热疲劳龟裂性能电镜对比图;
图4为本发明产品与H13钢1020℃淬火不同温度回火硬度对比图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的技术特点。
本发明的实施例1至实施例6的制作方法如下:1)在真空感应炉熔炼浇注成电极棒;2)再电渣重熔成电渣锭;3)钢锭加热锻造成锻坯;4)锻坯退火处理得到模具钢;其中,步骤2)钢锭锻造前,钢锭加热到1230~1250℃温度,保温15-17小时;步骤4)锻坯退火处理中,退火温度为870-890℃,保温6-8小时。所述的锻坯退火之后炉冷至250℃然后出炉空冷至室温。
实施例1(模块规格:190*750*L)
C:0.37;Si:0.26;Mn:0.39;Cr:5.31;V:0.6;Mo:2.18;Co:0.28;S:0.002;P:0.008,余量为Fe和杂质。其中,钢锭加热温度为1230℃,保温17小时;退火温度为870℃,保温8小时。
实施例2(模块规格:210*750*L)
C:0.35;Si:0.26;Mn:0.39;Cr:5.25;V:0.59;Mo:2.11;Co:0.27;S:0.002;P:0.008;余量为Fe和不可避免的杂质。其中,钢锭加热温度为1250℃,保温17小时;退火温度为890℃,保温8小时。
实施例3(模块规格:230*750*L)
C:0.36;Si:0.26;Mn:0.39;Cr:5.29;V:0.59;Mo:2.14;Co:0.26;S:0.002;P:0.008;余量为Fe和不可避免的杂质。其中,钢锭加热温度为1240℃,保温16小时;退火温度为880℃,保温7小时。
实施例4(模块规格:265*750*L)
C:0.35;Si:0.26;Mn:0.39;Cr:5.28;V:0.59;Mo:2.12;Co:0.28;S:0.002;P:0.008;余量为Fe和不可避免的杂质。其中,钢锭加热温度为1250℃,保温17小时;退火温度为890℃,保温8小时。
实施例5(模块规格:355*750*L)
C:0.37;Si:0.22;Mn:0.35;Cr:5.19;V:0.57;Mo:2.11;Co:0.29;S:0.002;P:0.008;余量为Fe和不可避免的杂质。其中,钢锭加热温度为1240℃,保温16小时;退火温度为880℃,保温8小时。
实施例6(模块规格::355*750*L)
C:0.38;Si:0.3;Mn:0.3;Cr:5.2;V:0.560;Mo:2.0;Co:0.3;S≤0.003;P≤0.009;余量为Fe和不可避免的杂质。其中,钢锭加热温度为1250℃,保温16小时;退火温度为880℃,保温7小时。
实施例1-实施例6制备得到的产品(标记为GMH20)。
如图1所示的冲击韧性比较图;从图中可以看出:7×10mm无缺口冲击韧性对比(按NADCA标准,46HRC);GMH20的冲击韧性数值最高,其韧性最好。
如图2所示的过冷奥氏体连续冷却转变曲线图;(CCT曲线)从图中可以看出:1020℃条件下的GMH20钢与H13钢的连续冷却转变CCT曲线,GMH20钢具有更高的淬透性,相同淬火冷却条件下不易出现珠光体和贝氏体,与H13钢相比,更适合制作大中型热作模具。
如图3所示的自约束热疲劳龟裂性能对比图;从图中可以看出:Uddeholm型自约束热疲劳龟裂性能对比,46HRC(洛氏硬度),3000CYCLES条件下;GMH20钢比H13钢有更高的抗热疲劳龟裂。
如图4所示的1020℃淬火不同温度回火硬度对比图,GMH20钢与H13钢1020℃淬火不同温度回火硬度对比。淬火温度1010~1050℃,回火温度560~620℃,使用硬度46-50HRC。从图中可以看出:与H13相比,相同淬回火工艺条件下,GMH20钢较H13钢高0.5~1HRC。

Claims (10)

1.一种高寿命热作模具钢,其特征在于:包括以下重量百分比计的原料:
C:0.35-0.40;Si:0.10-0.40;Mn:0.30-0.50;Cr:5.00-5.50;V:0.50-0.70;Mo:1.90-2.30;Co:0.20-0.40;S≤0.005;P≤0.015;余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高寿命热作模具钢,其特征在于:所述的碳的含量为0.36-0.38%。
3.根据权利要求1所述的一种高寿命热作模具钢,其特征在于:所述的硅的含量为0.15-0.30%。
4.根据权利要求1所述的一种高寿命热作模具钢,其特征在于:所述的锰的含量为0.30%。
5.根据权利要求1所述的一种高寿命热作模具钢,其特征在于:所述的铬的含量为5.0-5.30%。
6.根据权利要求1所述的一种高寿命热作模具钢,其特征在于:所述的钼的含量为2.0%-2.1%。
7.根据权利要求1所述的一种高寿命热作模具钢,其特征在于:所述的钒的含量为0.50-0.60%。
8.根据权利要求1所述的一种高寿命热作模具钢,其特征在于:所述的钴的含量为0.25-0.30%。
9.根据权利要求1-8任意之一所述的一种高寿命热作模具钢,其特征在于:由以下重量百分比计的原料组成:
C:0.38;Si:0.3;Mn:0.3;Cr:5.2;V:0.560;Mo:2.0;Co:0.3;S≤0.003;P≤0.009;余量为Fe和不可避免的杂质。
10.权利1-8任意之一所述热作模具钢的制造方法,其特征在于:其步骤如下:
1)在真空感应炉熔炼浇注成电极棒;
2)再电渣重熔成电渣锭;
3)钢锭加热锻造成锻坯;
4)锻坯退火处理得到模具钢;
其中,步骤2)钢锭锻造前,钢锭加热到1230~1250℃温度,保温15-17小时;步骤4)锻坯退火处理中,退火温度为870-890℃,保温6-8小时;所述的锻坯退火之后炉冷至250℃然后出炉空冷至室温。
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