CN104178694A

CN104178694A - 一种高寿命热作模具钢

Info

Publication number: CN104178694A
Application number: CN201410397834.0A
Authority: CN
Inventors: 朱平
Original assignee: SHANGHAI KAIHONG INDUSTRIAL Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI KAIHONG INDUSTRIAL Co Ltd
Priority date: 2014-08-13
Filing date: 2014-08-13
Publication date: 2014-12-03

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

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：

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：

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。