CN105861942B - 一种冷作模具钢及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冷作模具钢及其制造工艺，该模具钢的化学成分中各主要合金元素的质量百分比为：C 0.60～1.00%，Si≤0.30%，Mn≤0.40%，Cr 5.00～6.00%，Mo 0.50～1.00%，V 0.50～1.00%，W 0.20～0.50%，S≤0.030%，P≤0.030%，Fe余量；本发明热作模具钢配料、冶炼、电渣重熔，热送；高温扩撒热热处理，然后多向锻造热加工，锻后退火处理；最后进行调质热处理，获得硬度55～62HRC的回火马氏体组织。本发明的优点在于：本发明钢具有低成本、高的淬透性、高硬度、高强度和耐磨性能。

Description

一种冷作模具钢及其制备工艺
技术领域
本发明属于合金钢技术领域，涉及一种合金化模具钢，特别涉及
一种冷作模具钢，其适用于生产精密冲压模、冷锻、深拉和各种冷冲模等模具；还涉及该冷作模具钢的制备工艺。
背景技术
随着我国制造业的迅速发展，对模具的用量越来越大，对模具材料的性能要求也越来越高，尤其是高强度和高耐磨性等。在汽车制造业、家电、电子通信等的生产均用到模具。这些模具要求要有高强度和高耐磨性，目前使用的大多是进口的1.2379钢或DC53钢等材料来制造这些模具。但是1.2379钢塑韧性较差，不适用于型腔复杂或型腔较深的模具，并且对锻造加工工艺要求严格，难于进行锻造加工。而DC53钢材强度和耐磨性不足，模具容易早期变形失效或磨损失效，这将大大增加这些汽车产品的制造成本。特别是2012年以来的全球经济底迷环境下，节约资源和降低成本是汽车制造业的一大瓶颈。
因此，研发一种能够降低钢的锻造加工难度，模具开裂风险且能够提高模具钢的塑韧性的的冷作模具钢及其制备工艺是非常有必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够降低钢的锻造加工难度，模具开裂风险且能够提高模具钢的塑韧性的的冷作模具钢。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种冷作模具钢，其创新点在于：所述模具钢的化学成分中各主要合金元素的质量百分比为：C 0.60～1.00%，Si ≤0.30%，Mn≤0.40%，Cr 5.00～6.00%，Mo 0.50～1.00%，V 0.50～1.00%，W 0.20～0.50%，S≤0.030%，P≤0.030%，Fe余量。
进一步地，所述模具钢的化学成分中各主要合金元素的最佳质量百分比为：C为0.80%，Si 为0.15%，Mn 为0.30%，Cr为 5.50%，Mo 为0.80%，V 为0.80%，W 为0.30%，S＜0.030%，P＜0.030%， Fe余量。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种冷作模具钢的制备工艺。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种上述冷作模具钢的制备工艺，其创新点在于：所述制备工艺包括如下步骤：
（1）冶炼：按冷作模具钢的化学成分及重量百分比进行配料、电弧炉冶炼和精炼，然后电渣重熔，脱模热送锻造加热炉；
（2）高温扩散热处理：采用多级升温方式升温加热炉，分别在600℃、800℃和1100℃等温；最后再加热温度至1150～1200℃，到达均温后保温时间为10～20h；
（3）锻造热加工：将经过高温扩散热处理的钢锭降温至900～1200℃，并在此温度范围内进行多向锻造加工，采用两镦两拔锻造方式，锻造压缩比≥3，总锻比≥56，终锻温度≥850℃；
（4）锻后热处理：锻后装退火炉退火处理，退火加热温度780～850℃，保温30～40小时，然后将钢锭冷至150℃以下出炉；
（5）锯切：探伤并锯切两头，切除锻件两端缺陷，并检查锻件表面质量，非金属夹杂物及金相检验，合格及可由于加工成相应的模具；
（6）调质热处理：加热至1020～1060℃，并在此温度范围内保温5～10小时，然后出炉冷却至表面温度150℃以下，装回火炉回火，加热至560～620℃，保温4-8小时，炉冷至150℃以下，二次回火，加热至560～620℃，保温4-8小时出炉空冷。
进一步地，所述步骤（6）中的冷却方式为油冷或水冷。
本发明的优点在于：本发明冷作模具钢利用Cr-Mo-V-W多合金元素合金化的特点，适当减少钢中Cr含量而增加强碳化物形成元素W，保证钢的淬透性的同时提高钢的强度和耐磨性，并且与1.2379钢相比较，具有较好的塑韧性，大大降低钢的锻造加工难度，并且使钢的韧性得到显著提高，大大降低模具开裂的风险，这大大提高了钢的生产成材率，减低了本发明钢种的生产风险；且本发明钢种由于较低的碳含量而提高了钢的塑韧性；适量的Mo和V元素，确保钢具有较高的淬硬性；合金W的加入，在钢中形成稳定的WC颗粒，提高了钢的强度和增加钢的耐磨性。
结合以上特点，与1.2379钢或DC53钢相比，本发明钢种具有高强度和耐磨性和较好的塑韧性，并且大大提高生产成材率而降低生产成本，这为我国制造业尤其是汽车制造业和家电及电子通信制造业带来巨大的贡献，并且提高我国模具钢制造水平和市场竞争力。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的冷作模具钢CCT曲线。
图2为本发明的冷作模具钢淬火和回火温度与硬度的关系曲线。
图3为本发明的冷作模具钢的金相组织。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实例中，采用冷作模具钢的合金组成成分及其重量百分比如下：
C：0.80%，Si：0.15%，Mn：0.30%，Cr：5.50%，Mo：0.80%，V：0.80%，W：0.30%，P：0.015%，S：0.010%，Fe余量。
本实施例中，冷作模具钢的制备工艺具体步骤如下：
（1）冶炼：按冷作模具钢的化学成分及重量百分比进行配料、电弧炉冶炼和精炼，然后电渣重熔，脱模热送锻造加热炉；
（2）高温扩散热处理：采用多级升温方式升温加热炉，分别在600℃、800℃和1100℃等温；最后再加热温度至1150～1200℃，到达均温后保温时间为10～20h；
（3）锻造热加工：将经过高温扩散热处理的钢锭降温至900～1200℃，并在此温度范围内进行多向锻造加工，采用两镦两拔锻造方式，锻造压缩比≥3，总锻比≥56，终锻温度≥850℃；
（4）锻后热处理：锻后装退火炉退火处理，退火加热温度780～850℃，保温30～40小时，然后将钢锭冷至150℃以下出炉；
（5）锯切：探伤并锯切两头，切除锻件两端缺陷，并检查锻件表面质量，非金属夹杂物及金相检验，合格及可由于加工成相应的模具；
（6）调质热处理：加热至1020～1060℃，并在此温度范围内保温5～10小时，然后出炉油冷或水冷至表面温度150℃以下，装回火炉回火，加热至560～620℃，保温4-8小时，炉冷至150℃以下，二次回火，加热至560～620℃，保温4-8小时出炉空冷。
实施例2
本实例中，采用冷作模具钢的合金组成成分及其重量百分比如下：
C：0.60%，Si：0.1%，Mn：0.20%，Cr：6.0%，Mo：0.50%，V：0.50%，W：0.20%，P：0.01%，S：0.020%，Fe余量。
本实施例中，冷作模具钢的制备工艺具体步骤如下：
（1）冶炼：按冷作模具钢的化学成分及重量百分比进行配料、电弧炉冶炼和精炼，然后电渣重熔，脱模热送锻造加热炉；
（2）高温扩散热处理：采用多级升温方式升温加热炉，分别在600℃、800℃和1100℃等温；最后再加热温度至1150～1200℃，到达均温后保温时间为10～20h；
（3）锻造热加工：将经过高温扩散热处理的钢锭降温至900～1200℃，并在此温度范围内进行多向锻造加工，采用两镦两拔锻造方式，锻造压缩比≥3，总锻比≥56，终锻温度≥850℃；
（4）锻后热处理：锻后装退火炉退火处理，退火加热温度780～850℃，保温30～40小时，然后将钢锭冷至150℃以下出炉；
（5）锯切：探伤并锯切两头，切除锻件两端缺陷，并检查锻件表面质量，非金属夹杂物及金相检验，合格及可由于加工成相应的模具；
（6）调质热处理：加热至1020～1060℃，并在此温度范围内保温5～10小时，然后出炉油冷或水冷至表面温度150℃以下，装回火炉回火，加热至560～620℃，保温4-8小时，炉冷至150℃以下，二次回火，加热至560～620℃，保温4-8小时出炉空冷。
实施例3
本实例中，采用冷作模具钢的合金组成成分及其重量百分比如下：
C：1.0%，Si：0.3%，Mn：0.40%，Cr：5. 0%，Mo：1.0%，V：1.0%，W：0.50%，P：0.03%，S：0.030%，Fe余量。
本实施例中，冷作模具钢的制备工艺具体步骤如下：
（1）冶炼：按冷作模具钢的化学成分及重量百分比进行配料、电弧炉冶炼和精炼，然后电渣重熔，脱模热送锻造加热炉；
（2）高温扩散热处理：采用多级升温方式升温加热炉，分别在600℃、800℃和1100℃等温；最后再加热温度至1150～1200℃，到达均温后保温时间为10～20h；
（3）锻造热加工：将经过高温扩散热处理的钢锭降温至900～1200℃，并在此温度范围内进行多向锻造加工，采用两镦两拔锻造方式，锻造压缩比≥3，总锻比≥56，终锻温度≥850℃；
（4）锻后热处理：锻后装退火炉退火处理，退火加热温度780～850℃，保温30～40小时，然后将钢锭冷至150℃以下出炉；
（5）锯切：探伤并锯切两头，切除锻件两端缺陷，并检查锻件表面质量，非金属夹杂物及金相检验，合格及可由于加工成相应的模具；
（6）调质热处理：加热至1020～1060℃，并在此温度范围内保温5～10小时，然后出炉油冷或水冷至表面温度150℃以下，装回火炉回火，加热至560～620℃，保温4-8小时，炉冷至150℃以下，二次回火，加热至560～620℃，保温4-8小时出炉空冷。
本发明冷作模具钢经过上述冶炼及锻造热加工和热处理后，最终成品规格为（长*宽*厚）2500mm*800mm*400mm模块，取样进行性能测试：
相变特性：在1060℃的条件下CCT曲线如图1所示；
回火特性：在980℃、1020℃和1080℃淬火后的回火硬度随回火温度变化的特性曲线如图2所示；
显微组织：本发明模具钢的显微组织如图3所示。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种冷作模具钢的制备工艺，该模具钢的化学成分中各主要合金元素的质量百分比为：C 0.60～1.00%，Si ≤0.30%，Mn ≤0.40%，Cr 5.00～6.00%，Mo 0.50～1.00%，V 0.50～1.00%，W 0.20～0.50%，S≤0.030%，P ≤0.030%，Fe余量，所述制备工艺包括如下步骤：
（1）冶炼：按冷作模具钢的化学成分及重量百分比进行配料、电弧炉冶炼和精炼，然后电渣重熔，脱模热送锻造加热炉；
（2）高温扩散热处理：采用多级升温方式升温加热炉，分别在600℃、800℃和1100℃等温；最后再加热温度至1150～1200℃，到达均温后保温时间为10～20h；
（3）锻造热加工：将经过高温扩散热处理的钢锭降温至900～1200℃，并在此温度范围内进行多向锻造加工，采用两镦两拔锻造方式，锻造压缩比≥3，总锻比≥56，终锻温度≥850℃；
（4）锻后热处理：锻后装退火炉退火处理，退火加热温度780～850℃，保温30～40小时，然后将钢锭冷至150℃以下出炉；
（5）锯切：探伤并锯切两头，切除锻件两端缺陷，并检查锻件表面质量，非金属夹杂物及金相检验，合格及可由于加工成相应的模具；
（6）调质热处理：加热至1020～1060℃，并在此温度范围内保温5～10小时，然后出炉冷却至表面温度150℃以下，装回火炉回火，加热至560～620℃，保温4-8小时，炉冷至150℃以下，二次回火，加热至560～620℃，保温4-8小时出炉空冷。
2.根据权利要求1所述的冷作模具钢的制备工艺，其特征在于：所述步骤（6）中的冷却方式为油冷或水冷。
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