CN104532135B - 冷作模具钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冷作模具钢,由以下组分制得:C2.0~2.25%,Cr11.5~12.5%,V4~4.5%,Si0.25~0.5%,Mn0.2~0.5%,Mo0.7~1.5%,Al0.1~0.15%,Re0.15~0.2%,S≤0.01%,P≤0.025%,N≤0.015%,余量为Fe和不可避免的杂质。该冷作模具钢具有高硬度、强度、耐磨性、韧性及高淬透性、淬硬性等优异性能。其制备方法包括:在中性坩埚内熔料,经LF炉外精炼,VD真空除气后,加入Re对钢水进行变质处理,将钢水浇注为电极棒,再经电渣重熔冶炼为钢锭,最后加热开坯锻造生产棒材。该生产工艺流程简单,成本低,具有很好的市场价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种模具钢,尤其涉及一种冷作模具钢,同时,本发明还涉及该冷作模具钢的制备方法。
背景技术
近年在塑料加工、海洋开发、石油化工等领域,由于加工制造或零件使用环境通常具有腐蚀、磨损、高强度应力加载的复杂工况特点,对具有优异力学强度、耐蚀性能、耐磨性能的工具钢有大量需求。为适应市场对耐磨性、耐蚀性的要求,厂家多采用提高冷作模具钢材料中V含量增加材料中硬度最高的次生相MC的措施,来提高耐磨性;控制基体Cr含量大于11%来提高耐蚀性。
随着V含量提高,当质量分数>3%时合金偏析急剧增强,传统铸锻工艺难以生产。目前针对V含金量>3%的钢种,一般采用粉末冶金热等静压的方式生产,但其工艺成本较高,流程复杂。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足,本发明提供了一种更优化的冷作模具钢。
为实现上述目的,本发明的冷作模具钢由以下质量百分比的组分制得:C2.0~2.25%,Cr11.5~12.5%,V4~4.5%,Si0.25~0.5%,Mn0.2~0.5%,Mo0.7~1.5%,Al0.1~0.15%,Re0.15~0.2%,S≤0.01%,P≤0.025%,N≤0.015%,余量为Fe和不可避免的杂质。
采用2.0~2.25%的C,使冷作模具钢具有较好的淬透性和耐磨性。采用11.5~12.5%的Cr,能显著提高强度、硬度,提高钢的耐氧化性及耐磨性。11.5~12.5%的Cr与2.0~2..25%的C配合,既保证在基体中Cr含量大于11%,又通过控制总的Cr含量,减少大颗粒M23C6碳化物的数量,进而增强了钢的热加工性。
采用4-4.5%的V,增加钢种MC碳化物数量,提高钢的耐磨性。同时采用≤0.015%N与4-4.5%V的配合,防止钢水在浇注过程中以VN形核形成一次碳化物MC,控制MC碳化物的形状及颗粒尺寸,利于传统工艺的后续锻造。
Al用作炼钢时的脱氧定氮剂,细化晶粒,改善钢在低温时的韧性,降低钢的脆性转变温度,扩大钢的热加工温度范围。Re稀土细化钢种晶粒,减少晶界上的共晶碳化物,使共晶碳化物网格变小,厚度变薄,使共晶碳化物弥散分布,减少了合金元素的偏析。采用0.1-0.15%的Al和0.15%的Re共同作用,使钢种晶粒细化,抑制钢的MC碳化物偏析。
采用0.25-0.5%的Si强化铁素体,增强钢热处理的二次硬化能力,降低钢的临界冷却速度,提高钢的淬透性。采用0.7-1.5%的Mo,钼对铁素体有固溶强化的作用,提高钢的红硬性。采用0.28-0.5%Mn,使得切削容易碎断,有利于提高加工表面的质量。
S是非金属夹杂物形成元素,为改善消除S与Fe等其它元素形成低熔点非金属夹杂的危害,控制适量Mn与S形成MnS,但MnS在压延方向延伸分布,使压延方向的韧性降低,希望S含量越低越好,本发明要求S≤0.010%。
P是晶界偏聚元素,对钢的冲击韧性影响很大,P含量越低,对钢的韧性越有利,特别是0.015%以下钢的冲击值纵横异性显著减小,但由于高合金钢冶炼时对P去除很难,主要通过控制原料P含量及通过电渣重熔工艺达到要求结合经济性成本考虑,本发明控制P≤0.025%。
通过上述组分及其含量的配合限定,能够以传统工艺冶炼铸锻出具有高硬度、强度、耐磨性、韧性及高淬透性、淬硬性的冷作模具钢,适用于塑料加工、海洋开发、石油化工等领域冷作模具钢的需要。
作为对上述方式的限定,所述冷作模具钢由以下质量百分比的组分制得:C2.15%,Cr12%,V4%,Si0.4%,Mn0.45%,Mo1%,Al0.12%,Re0.2%,S0.007%,P0.015%,0.015%N,余量为Fe和不可避免的杂质。
同时,本发明提供了这种冷作模具钢的制备方法,该方法包括以下步骤:
a、采用中性坩埚将合金及高速钢返回料熔化倒入钢包,经LF炉外精炼,VD真空除气,保证N≤0.015%;
b、在VD破真空即将浇注时向钢水加入Re进行变质处理;
c、将步骤b经变质处理的钢水浇注为电极棒,再经电渣重熔冶炼为钢锭,钢锭再加热开坯锻造生产棒材。
采用传统工艺进行冷作模具钢的冶炼铸锻,需要在VD真空除气工序保证N≤0.015%,防止钢水在浇注过程中以VN形核形成一次碳化物MC,控制MC碳化物的形状及颗粒尺寸;还需要对钢水通过加入Re稀土进行变质处理,利用Al和Re的共同作用,使钢种晶粒细化,抑制钢的MC碳化物偏析;最后通过电渣重熔减少MC碳化物的偏析,得到符合要求的冷作模具钢。
作为对上述方式的限定,所述步骤c中加热开坯温度为1180℃~1195℃
综上所述,采用本发明的技术方案,能够以传统工艺冶炼铸锻具有高硬度、强度、耐磨性、韧性及高淬透性、淬硬性等优异性能的冷作模具钢,符合冷作模具钢产品标准要求,相较于采用粉末冶金热等静压等方式生产的冷作模具钢,成本低,工艺简单,具有很好的市场价值。
具体实施方式
实施例一
本实施例涉及一种冷作模具钢,包括以下质量百分比的组分:
2.15%C,12%Cr,4%V,0.4%Si,0.45%Mn,1%Mo,0.12%Al,0.2%Re,0.007%S,0.015%P,0.015%N,余量为Fe和不可避免的杂质。
其制备方法包括以下步骤:
a、根据C、Cr、Mo、V目标质量百分比配料,采用中频感应炉冶炼钢水,钢水倒入钢包中经LF炉外精炼,VD真空除气,保证N≤0.015%;
b、在VD破真空即将浇注时将质量为钢液0.20%的Re稀土放入钢包进行变质处理;
c、将步骤b经变质处理的钢水经下注法浇注为电极棒,再经电渣重熔冶炼为钢锭,钢锭1180℃加热开坯锻造生产棒材。
棒材产品取力学试样经1050-1150℃淬火,500-550℃回火。按国标GB/T230、B/T229对产品进行性能检验,结果如下表:
上述产品性能检测结果符合GB/T1299-2000《合金工具钢》、ASTM A681-2008《合金工具钢》相关标准要求。
实施例二
本实施例涉及一种冷作模具钢,包括以下质量百分比组分:
2.2%C,11.5%Cr,4.5%V,0.5%Si,0.5%Mn,1.5%Mo,0.15%Al,0.15%Re,0.01%S,0.02%P,0.015%N,余量为Fe和不可避免的杂质。
其制备方法包括以下步骤:
a、根据C、Cr、Mo、V目标质量百分比配料,采用中频感应炉冶炼钢水,钢水倒入钢包中经LF炉外精炼,VD真空除气,保证N≤0.015%;
b、在VD破真空即将浇注时将质量为钢液0.15%的Re稀土放入钢包进行变质处理;
c、将步骤b经变质处理的钢水经下注法浇注为电极棒,再经电渣重熔冶炼为钢锭,钢锭1185℃加热开坯锻造生产棒材。
棒材产品取力学试样经1050-1150℃淬火,500-550℃回火。按国标GB/T230、B/T229对产品进行性能检验,结果如下表:
上述产品性能检测结果符合GB/T1299-2000《合金工具钢》、ASTM A681-2008《合金工具钢》相关标准要求。
实施例三
本实施例涉及一种冷作模具钢,包括以下质量百分比组分:
2.1%C,12.5%Cr,4.4%V,0.3%Si,0.3%Mn,1.2%Mo,0.13%Al,0.17%Re,0.009%S,0.018%P,0.015%N,余量为Fe和不可避免的杂质。
其制备方法包括以下步骤:
a、根据C、Cr、Mo、V目标质量百分比配料,采用中频感应炉冶炼钢水,钢水倒入钢包中经LF炉外精炼,VD真空除气,保证N≤0.015%;
b、在VD破真空即将浇注时将质量为钢液0.17%的Re稀土放入钢包进行变质处理;
c、将步骤b经变质处理的钢水经下注法浇注为电极棒,再经电渣重熔冶炼为钢锭,钢锭1190℃加热开坯锻造生产棒材。
棒材产品取力学试样经1050-1150℃淬火,500-550℃回火。按国标GB/T230、B/T229对产品进行性能检验,结果如下表:
上述产品性能检测结果符合GB/T1299-2000《合金工具钢》、ASTM A681-2008《合金工具钢》相关标准要求。
实施例四
本实施例涉及一种冷作模具钢,包括以下质量百分比组分:
2.05%C,12%Cr,4.3%V,0.45%Si,0.4%Mn,0.8%Mo,0.1%Al,0.18%Re,0.008%S,0.021%P,0.015%N,余量为Fe和不可避免的杂质。
其制备方法包括以下步骤:
a、根据C、Cr、Mo、V目标质量百分比配料,采用中频感应炉冶炼钢水,钢水倒入钢包中经LF炉外精炼,VD真空除气,保证N≤0.015%;
b、在VD破真空即将浇注时将质量为钢液0.18%的Re稀土放入钢包进行变质处理;
c、将步骤b经变质处理的钢水经下注法浇注为电极棒,再经电渣重熔冶炼为钢锭,钢锭1195℃加热开坯锻造生产棒材。
棒材产品取力学试样经1050-1150℃淬火,500-550℃回火。按国标GB/T230、B/T229对产品进行性能检验,结果如下表:
上述产品性能检测结果符合GB/T1299-2000《合金工具钢》、ASTM A681-2008《合金工具钢》相关标准要求。
实施例五
本实施例涉及一种冷作模具钢,包括以下质量百分比组分:
2.25%C,12.3%Cr,4.1%V,0.25%Si,0.35%Mn,0.9%Mo,0.11%Al,0.19%Re,0.01%S,0.02%P,0.015%N,余量为Fe和不可避免的杂质。
其制备方法包括以下步骤:
a、根据C、Cr、Mo、V目标质量百分比配料,采用中频感应炉冶炼钢水,钢水倒入钢包中经LF炉外精炼,VD真空除气,保证N≤0.015%;
b、在VD破真空即将浇注时将质量为钢液0.19%的Re稀土放入钢包进行变质处理;
c、将步骤b经变质处理的钢水经下注法浇注为电极棒,再经电渣重熔冶炼为钢锭,钢锭1182℃加热开坯锻造生产棒材。
棒材产品取力学试样经1050-1150℃淬火,500-550℃回火。按国标GB/T230、B/T229对产品进行性能检验,结果如下表:
上述产品性能检测结果符合GB/T1299-2000《合金工具钢》、ASTM A681-2008《合金工具钢》相关标准要求。
Claims (4)
1.一种冷作模具钢,其特征在于,其由以下质量百分比的组分制得:C2.0~2.25%,Cr11.5~12.5%,V4~4.5%,Si0.25~0.5%,Mn0.2~0.5%,Mo0.7~1.5%,Al0.1~0.15%,Re0.15~0.2%,S≤0.01%,P≤0.025%,N≤0.015%,余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的冷作模具钢,其特征在于,该冷作模具钢组分优选为:C2.15%,Cr12%,V4%,Si0.4%,Mn0.45%,Mo1%,Al0.12%,Re0.20%,S0.007%,P0.015%,N 0.015%,余量为Fe和不可避免的杂质。
3.制备权利要求1所述的冷作模具钢的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
a、采用中性坩埚将合金及高速钢返回料熔化倒入钢包,经LF炉外精炼,VD真空除气,保证N≤0.015%;
b、在VD破真空即将浇注时向钢水加入Re进行变质处理;
c、将步骤b经变质处理的钢水浇注为电极棒,再经电渣重熔冶炼为钢锭,钢锭再加热开坯锻造生产棒材。
4.根据权利要求3所述的冷作模具钢的制备方法,其特征在于:所述步骤c中加热开坯温度为1180℃~1195℃。
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C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |