CN105463333A - 一种衬板锻造模具用钢、衬板锻造模具及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种衬板锻造模具用钢，包括以下重量百分比的组分：0.5％～0.6％的C；0.2％～0.6％的Si；0.4％～0.8％的Mn；2％～5％的W；3％～5％的Cr；1％～3％的Mo；1％～5％的Co；0.001％～0.005％的Nb；2％～4％的V；0.02％～0.1％的Ti，其余为Fe以及不可避免的杂质，满足了锻造模具常温性能以及高温性能的要求，在常温状态和高温状态下均具有较高的强度、硬度、韧性以及耐磨性，且满足使用技术要求和成本要求的锻造模具用材料。本发明还提供了一种材质为上述衬板锻造模具用钢的衬板锻造模具。本发明还提供了一种上述衬板锻造模具的制备方法。

Description

一种衬板锻造模具用钢、衬板锻造模具及其制备方法

技术领域

本发明涉及衬板模具技术领域，尤其是涉及一种衬板锻造模具用钢、衬板锻造模具及其制备方法。

背景技术

在冶金、矿山、电力、建材等工业行业中，物料的破碎、研磨、输送等，都要使用大量的衬板，衬板承受着不同程度的磨损和冲击，导致衬板的使用寿命较短，更换频繁，耗费量极大，是主要的易损件。

目前各行业所用的衬板材质主要有高锰钢、多元低合金钢、铬系白口铸铁等等。上述衬板材质中的多数种类硬度偏高而韧性很低，使得目前的衬板制备方法通常是铸造成型方法。因此，目前的衬板制备方法具有铸造成型方法的几乎全部的缺点：污染环境、职工劳动强度大、能耗较高、容易产生铸造缺陷(偏析、疏松以及疏孔)、产出的衬板组织疏松、晶粒粗大、各部位的性能不高且不均匀，如此，严重影响了所制得的衬板的耐磨性和抗冲击性，降低了衬板的使用寿命。由于上述衬板材质中的多数种类硬度偏高而韧性很低，如果采用锻造或冲压的成型方法将钢板加工成型为具有目标衬板形状的衬板半成品，在加工成型过程中，受加工件容易发生成型缺陷，包括开裂等等，导致成型失败，因此，目前的衬板材质无法允许采用锻造或冲压的成型方法加工成具有目标衬板形状的衬板成品。为此，个别专利前沿技术提供了一种新型衬板用钢，该衬板用钢在具有一定的硬度的前提下还具有较高的韧性，基本上实现了在衬板用材质中硬度和韧性的平衡兼顾。然后在此基础上，还提供了一种新型的衬板的制备方法，由于该制备方法使用上述的衬板用钢作为原材料来制作衬板，由于该衬板用钢原材料具有平衡兼顾的硬度和韧性，尤其是具有较高的韧性，使得能够采用热态锻造成型方法制备衬板，使得制备衬板无需再采用传统的铸造成型方法，克服了原有衬板材质硬度和韧性不平衡兼顾造成的不能采用锻造成型方法的问题，克服了原有铸造方法所具有的一系列消极影响，降低了生产成本，减少了资源和能源消耗，减少了环境污染，且采用热态锻造成型方法或冷态冲压成型方法得到的衬板，相较于铸造成型方法，其组织更加致密，晶粒更加细小，各部位的性能更加均匀，工艺更加简化。

众所周知，锻造成型方法需要锻造模具。目前常用的锻造模具用钢有W18Cr4V；W6Mo5Cr4V2等等，但是现有的锻造模具用钢在整体常温性能和高温性能方面无法满足锻造生产衬板的要求。

因此，如何提供一种满足锻造模具常温性能以及高温性能的要求，在常温状态和高温状态下均具有较高的强度、硬度、韧性以及耐磨性，且满足使用技术要求和成本要求的锻造模具用材料是目前本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种衬板锻造模具用钢，该衬板锻造模具用钢能够满足锻造模具常温性能以及高温性能的要求，在常温状态和高温状态下均具有较高的强度、硬度、韧性以及耐磨性，且满足使用技术要求和成本要求。本发明另一目的是提供一种材质为上述衬板锻造模具用钢的衬板锻造模具。本发明的另一个目的是提供一种上述衬板锻造模具的制备方法。

为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种衬板锻造模具用钢，包括以下重量百分比的组分：0.5％～0.6％的C；0.2％～0.6％的Si；0.4％～0.8％的Mn；2％～5％的W；3％～5％的Cr；1％～3％的Mo；1％～5％的Co；0.001％～0.005％的Nb；2％～4％的V；0.02％～0.1％的Ti，其余为Fe以及不可避免的杂质。

优选的，所述Mn的重量百分比为0.45％～0.75％。

优选的，所述W的重量百分比为2.5％～4.5％。

优选的，所述Cr的重量百分比为3.5％～5％。

优选的，所述Mo的重量百分比为1.3％～2.7％。

优选的，所述Co的重量百分比为1.5％～4.5％。

优选的，所述Nb的重量百分比为0.0015％～0.0045％。

优选的，所述V的重量百分比为2.3％～3.7％。

与现有技术相比，本发明提供了一种衬板锻造模具用钢，本发明通过对锻造制备衬板所需的衬板锻造模具用钢中元素种类和含量的控制和优化，使得本发明提供的衬板锻造模具用钢具有较好的常温性能以及高温性能，常温下其内部组织为一次及二次碳化物细马氏体以及少量的残余奥氏体，Ac1线为800℃～850℃，Ac3线为880℃～900℃，由该衬板锻造模具用钢制备的衬板锻造模具的寿命可以达到锻造衬板13000～15000次，比用其他模具材料5Cr4Mo3W2V提高了一倍到两倍，比用其他模具材料65Cr4W3Mo2VNb提高了一倍，且该衬板锻造模具用钢还具有较高的焊接性，可以堆焊修补，因此，该衬板锻造模具用钢满足了锻造模具常温性能以及高温性能的要求，在常温状态和高温状态下均具有较高的强度、硬度、韧性以及耐磨性，且满足使用技术要求和成本要求的锻造模具用材料。

本发明还提供一种衬板锻造模具，所述衬板锻造模具为上述任意一项所述衬板锻造模具用钢。

本发明还提供一种上述衬板锻造模具的制备方法，包括以下步骤：

1)炼钢：经炼钢得到钢水，所述钢水的终点成分包括以下重量百分比的组分：0.5％～0.6％的C；0.2％～0.6％的Si；0.4％～0.8％的Mn；2％～5％的W；3％～5％的Cr；1％～3％的Mo；1％～5％的Co；0.001％～0.005％的Nb；2％～4％的V；0.02％～0.1％的Ti，其余为Fe以及不可避免的杂质；

2)铸造：将步骤1)得到的钢水进行铸造，得到供锻造用的钢锭或钢坯；

3)锻造：将步骤2)铸造后得到的钢锭或钢坯锻造成接近衬板锻造模具形状的锻件；

4)精加工：将步骤3)锻造后得到的锻件经机床加工成锻造衬板模具的设计尺寸；

5)淬火：将步骤4)精加工后的锻件在真空炉内加热至1150℃～1200℃，进行油淬处理，油淬时间为3min～4min；

6)回火：将步骤5)油淬后得到的锻件进行回火处理，回火温度为550℃～600℃，保温时间为2h～3h，最终得到衬板锻造模具成品。

与现有技术相比，本发明提供了一种衬板锻造模具的制备方法，由于该制备方法使用上述的衬板锻造模具用钢作为原材料来制作衬板锻造模具，由于该衬板锻造模具用钢原材料满足了锻造模具常温性能以及高温性能的要求，在常温状态和高温状态下均具有较高的强度、硬度、韧性以及耐磨性，且满足了使用技术要求和成本要求，使得制备产出的衬板锻造模具在常温状态和高温状态下均具有较高的强度、硬度、韧性以及耐磨性，且具有较高的使用寿命。本发明在优化制备衬板锻造模具所用的衬板锻造模具用钢中元素的种类和含量的基础上，进一步地对制备衬板锻造模具的工艺步骤及工艺参数进行了优化，采用与衬板锻造模具用钢中的元素种类和含量相适应的工艺步骤和工艺参数，元素强化和工艺强化相配合，进一步提高了所制得的衬板锻造模具的常温性能以及高温性能，使得制备产出的衬板锻造模具在常温状态和高温状态下均具有较高的强度、硬度、韧性以及耐磨性，且具有较高的使用寿命。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是进一步说明本发明的特征及优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明提供了一种衬板锻造模具用钢，包括以下重量百分比的组分：0.5％～0.6％的C；0.2％～0.6％的Si；0.4％～0.8％的Mn；2％～5％的W；3％～5％的Cr；1％～3％的Mo；1％～5％的Co；0.001％～0.005％的Nb；2％～4％的V；0.02％～0.1％的Ti，其余为Fe以及不可避免的杂质。

本发明在衬板锻造模具用钢中添加了C元素，C元素含量是影响硬度、韧性以及碳化物含量的重要因素，C含量高则碳化物量大；虽然有Cr、Mo、W等强形成碳化物元素，但C含量还是对碳化物的形态和数量有很大影响，所以C含量不能太高；0.5％的C含量是形成马氏体必须的含量，若低于此含量则会导致衬板锻造模具用钢的硬度和耐磨性较差；若C含量太高则导致衬板锻造模具用钢的硬度高但韧性较差，承受较大冲击力时模具容易开裂和折断。为此，本发明中所述C元素的重量百分比为0.5％～0.6％，优选为0.52％～0.58％。

本发明在衬板锻造模具用钢中添加了Mn元素，本发明中所述Mn元素的重量百分比为0.4％～0.8％，优选为0.45％～0.75％，更优选为0.5％～0.7％，更优选为0.55％～0.65％。

本发明在衬板锻造模具用钢中添加了Cr、W、Ti、Nb元素，Ti元素和Nb元素可以细化晶粒，提高衬板锻造模具用钢的韧性，除此之外，二者还能细化马氏体，更有利于改善衬板锻造模具用钢的强韧性。此外，Ti元素和Nb元素还可以与C元素形成碳化物，均匀分布在衬板锻造模具用钢中，Cr元素和W元素也可以与C元素形成碳化物，均匀分布在衬板锻造模具用钢中，该碳化物的存在提高了衬板锻造模具用钢的耐磨性和使用寿命。因此，本发明中所述Cr元素的重量百分比为3％～5％，优选为3.5％～5％，更优选为3.5％～4.5％，更优选为4.0％～4.5％；本发明中所述W元素的重量百分比为2％～5％，优选为2.5％～4.5％，更优选为2.5％～4.0％，更优选为3.0％～4.0％；本发明中所述Ti元素的重量百分比为0.02％～0.1％，优选为0.025％～0.09％，更优选为0.03％～0.08％，更优选为0.04％～0.07％。

本发明在衬板锻造模具用钢中添加了Co、W、V元素，该三种元素主要是提高衬板锻造模具用钢的红硬性和高温性能，使其能适合在700℃～900℃的高温环境下使用。因此，本发明中所述Co元素的重量百分比为1％～5％，优选为1.5％～4.5％，更优选为2.0％～4.5％，更优选为2.0％～4.0％；本发明中所述V元素的重量百分比为2％～4％，优选为2.3％～3.7％，更优选为2.5％～3.5％。

本发明在衬板锻造模具用钢中添加了Mo元素，Mo元素能有效提高钢的淬透性，是较强的碳化物形成元素，且其碳化物稳定不易长大，所以能细化晶粒，大大提高钢的回火稳定性。因此，本发明中所述Mo元素的重量百分比为1％～3％，优选为1.3％～2.7％，更优选为1.5％～2.5％。

本发明提供了一种衬板锻造模具用钢，本发明通过对锻造制备衬板所需的衬板锻造模具用钢中元素种类和含量的控制和优化，使得本发明提供的衬板锻造模具用钢具有较好的常温性能以及高温性能，该衬板锻造模具用钢的常温性能为：强度指标、硬度指标、韧性指标以及耐磨性指标(例如：硬度可达到58～60HRC，抗拉强度为大于1650MPa；该衬板锻造模具用钢的高温性能为：强度指标、硬度指标、韧性指标以及耐磨性指标；常温下其内部组织为一次及二次碳化物细马氏体以及少量的残余奥氏体，Ac1线为800℃～850℃，Ac3线为880℃～900℃，由该衬板锻造模具用钢制备的衬板锻造模具的寿命可以达到锻造衬板13000～15000次，比用其他模具材料5Cr4Mo3W2V提高了一倍到两倍，比用其他模具材料65Cr4W3Mo2VNb提高了一倍，且该衬板锻造模具用钢还具有较高的焊接性，可以堆焊修补，因此，该衬板锻造模具用钢满足了锻造模具常温性能以及高温性能的要求，在常温状态和高温状态下均具有较高的强度、硬度、韧性以及耐磨性，且满足使用技术要求和成本要求的锻造模具用材料。

本发明还提供了一种衬板锻造模具，所述衬板锻造模具为上述任意一项所述衬板锻造模具用钢。

本发明提供的衬板锻造模具的材质为上述任意一项所述的衬板锻造模具用钢，由上述任意一项所述的衬板锻造模具用钢制备而成，因此，使得所制得的衬板锻造模具具有较好的常温性能以及高温性能，使得制备产出的衬板锻造模具在常温状态和高温状态下均具有较高的强度、硬度、韧性以及耐磨性，且具有较高的使用寿命。

本发明还提供一种上述衬板锻造模具的制备方法，包括以下步骤：

1)炼钢：经炼钢得到钢水，所述钢水的终点成分包括以下重量百分比的组分：0.5％～0.6％的C；0.2％～0.6％的Si；0.4％～0.8％的Mn；2％～5％的W；3％～5％的Cr；1％～3％的Mo；1％～5％的Co；0.001％～0.005％的Nb；2％～4％的V；0.02％～0.1％的Ti，其余为Fe以及不可避免的杂质；

2)铸造：将步骤1)得到的钢水进行铸造，得到供锻造用的钢锭或钢坯；

3)锻造：将步骤2)铸造后得到的钢锭或钢坯锻造成接近衬板锻造模具形状的锻件；

4)精加工：将步骤3)锻造后得到的锻件经机床加工成锻造衬板模具的设计尺寸；

5)淬火：将步骤4)精加工后的锻件在真空炉内加热至1150℃～1200℃，进行油淬处理，油淬时间为3min～4min；

6)回火：将步骤5)油淬后得到的锻件进行回火处理，回火温度为550℃～600℃，保温时间为2h～3h，最终得到衬板锻造模具成品。

在步骤1)中，采用中频电炉冶炼钢水，在冶炼钢水过程中，首先装入调节C含量的铁锭以及废钢，然后再加入钨钼铬钴铌合金，等到出炉前30分钟加入钒铁和钛铁，在出钢水包中加入适量Al脱氧，钢水的终点温度为1500℃～1520℃，浇铸过程中钢水温度为1480℃～1500℃，铸造完成后挖坑保温，冷却后打磨清理。

与现有技术相比，本发明提供了一种衬板锻造模具的制备方法，由于该制备方法使用上述的衬板锻造模具用钢作为原材料来制作衬板锻造模具，由于该衬板锻造模具用钢原材料满足了锻造模具常温性能以及高温性能的要求，在常温状态和高温状态下均具有较高的强度、硬度、韧性以及耐磨性，且满足了使用技术要求和成本要求，使得制备产出的衬板锻造模具在常温状态和高温状态下均具有较高的强度、硬度、韧性以及耐磨性，且具有较高的使用寿命。本发明在优化制备衬板锻造模具所用的衬板锻造模具用钢中元素的种类和含量的基础上，进一步地对制备衬板锻造模具的工艺步骤及工艺参数进行了优化，采用与衬板锻造模具用钢中的元素种类和含量相适应的工艺步骤和工艺参数，元素强化和工艺强化相配合，进一步提高了所制得的衬板锻造模具的常温性能以及高温性能，使得制备产出的衬板锻造模具在常温状态和高温状态下均具有较高的强度、硬度、韧性以及耐磨性，且具有较高的使用寿命。

本发明未详尽描述的方法和装置均为现有技术，不再赘述。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种衬板锻造模具用钢、衬板锻造模具及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

一种衬板锻造衬板的制备方法，包括以下步骤：

1)炼钢：经炼钢得到钢水，所述钢水的终点成分包括以下重量百分比的组分：0.5％的C；0.6％的Si；0.4％的Mn；5％的W；3％的Cr；3％的Mo；1％的Co；0.005％的Nb；2％的V；0.1％的Ti，其余为Fe以及不可避免的杂质；

2)铸造：将步骤1)得到的钢水进行铸造，得到供锻造用的钢锭；

3)锻造：将步骤2)铸造后得到的钢锭锻造成接近衬板锻造模具形状的锻件；

4)精加工：将步骤3)锻造后得到的锻件经机床加工成锻造衬板模具的设计尺寸；

5)淬火：将步骤4)精加工后的锻件在真空炉内加热至1150℃，进行油淬处理，油淬时间为4min；

6)回火：将步骤5)油淬后得到的锻件进行回火处理，回火温度为550℃，保温时间为3h，最终得到衬板锻造模具成品。

按照检测标准，对衬板锻造模具成品取样，检测该衬板锻造模具的力学性能，结果见表1。

实施例2

1)炼钢：经炼钢得到钢水，所述钢水的终点成分包括以下重量百分比的组分：0.53％的C；0.4％的Si；0.5％的Mn；3.5％的W；4.5％的Cr；1.5％的Mo；3.5％的Co；0.003％的Nb；2.5％的V；0.06％的Ti，其余为Fe以及不可避免的杂质；

2)铸造：将步骤1)得到的钢水进行铸造，得到供锻造用的钢锭；

3)锻造：将步骤2)铸造后得到的钢锭锻造成接近衬板锻造模具形状的锻件；

4)精加工：将步骤3)锻造后得到的锻件经机床加工成锻造衬板模具的设计尺寸；

5)淬火：将步骤4)精加工后的锻件在真空炉内加热至1180℃，进行油淬处理，油淬时间为4min；

6)回火：将步骤5)油淬后得到的锻件进行回火处理，回火温度为570℃，保温时间为2.5h，最终得到衬板锻造模具成品。

按照检测标准，对衬板锻造模具成品取样，检测该衬板锻造模具的力学性能，结果见表1。

实施例3

1)炼钢：经炼钢得到钢水，所述钢水的终点成分包括以下重量百分比的组分：0.6％的C；0.2％的Si；0.8％的Mn；2％的W；5％的Cr；1％的Mo；5％的Co；0.001％的Nb；4％的V；0.02％的Ti，其余为Fe以及不可避免的杂质；

2)铸造：将步骤1)得到的钢水进行铸造，得到供锻造用的钢锭；

3)锻造：将步骤2)铸造后得到的钢锭锻造成接近衬板锻造模具形状的锻件；

4)精加工：将步骤3)锻造后得到的锻件经机床加工成锻造衬板模具的设计尺寸；

5)淬火：将步骤4)精加工后的锻件在真空炉内加热至1200℃，进行油淬处理，油淬时间为3min；

6)回火：将步骤5)油淬后得到的锻件进行回火处理，回火温度为600℃，保温时间为2h，最终得到衬板锻造模具成品。

按照检测标准，对衬板锻造模具成品取样，检测该衬板锻造模具的力学性能，结果见表1。

表1实施例制备的衬板锻造模具的力学性能检测数据

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对于这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (10)

1.一种衬板锻造模具用钢，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：0.5％～0.6％的C；0.2％～0.6％的Si；0.4％～0.8％的Mn；2％～5％的W；3％～5％的Cr；1％～3％的Mo；1％～5％的Co；0.001％～0.005％的Nb；2％～4％的V；0.02％～0.1％的Ti，其余为Fe以及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的衬板锻造模具用钢，其特征在于，所述Mn的重量百分比为0.45％～0.75％。

3.根据权利要求1所述的衬板锻造模具用钢，其特征在于，所述W的重量百分比为2.5％～4.5％。

4.根据权利要求1所述的衬板锻造模具用钢，其特征在于，所述Cr的重量百分比为3.5％～5％。

5.根据权利要求1所述的衬板锻造模具用钢，其特征在于，所述Mo的重量百分比为1.3％～2.7％。

6.根据权利要求1所述的衬板锻造模具用钢，其特征在于，所述Co的重量百分比为1.5％～4.5％。

7.根据权利要求1所述的衬板锻造模具用钢，其特征在于，所述Nb的重量百分比为0.0015％～0.0045％。

8.根据权利要求1所述的衬板锻造模具用钢，其特征在于，所述V的重量百分比为2.3％～3.7％。

9.一种衬板锻造模具，其特征在于，所述衬板锻造模具为权利要求1～8任意一项所述衬板锻造模具用钢。

10.一种权利要求9所述的衬板锻造模具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)炼钢：经炼钢得到钢水，所述钢水的终点成分包括以下重量百分比的组分：0.5％～0.6％的C；0.2％～0.6％的Si；0.4％～0.8％的Mn；2％～5％的W；3％～5％的Cr；1％～3％的Mo；1％～5％的Co；0.001％～0.005％的Nb；2％～4％的V；0.02％～0.1％的Ti，其余为Fe以及不可避免的杂质；

2)铸造：将步骤1)得到的钢水进行铸造，得到供锻造用的钢锭或钢坯；

3)锻造：将步骤2)铸造后得到的钢锭或钢坯锻造成接近衬板锻造模具形状的锻件；

4)精加工：将步骤3)锻造后得到的锻件经机床加工成锻造衬板模具的设计尺寸；

5)淬火：将步骤4)精加工后的锻件在真空炉内加热至1150℃～1200℃，进行油淬处理，油淬时间为3min～4min；

6)回火：将步骤5)油淬后得到的锻件进行回火处理，回火温度为550℃～600℃，保温时间为2h～3h，最终得到衬板锻造模具成品。