CN105950991B - 一种含铜高抛光模具钢及其制备工艺 - Google Patents
一种含铜高抛光模具钢及其制备工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种含铜高抛光模具钢及其制造工艺，该模具钢的合金化学成分中各主要合金元素的质量百分比为：C 0.08～0.12%，Si ≤0.40%，Mn ≤0.40%，Cr 0.50～1.00%，Mo 0.15～0.40%，Ni1.50～2.00%，Cu0.40～0.60%，Al0.50～0.80%，V≤0.40%，P＜0.015%，S＜0.010%，Fe余量；本发明热作模具钢通过配料、冶炼、浇涛，然后电渣重熔；高温扩散热处理，然后多向锻造热加工，及锻后控制冷却；再进行二次碳化物细化热处理和等温退火处理；最后进行淬火和回火热处理。本发明的优点在于：本发明的热作模具钢具有高的抗热疲劳性能、高热稳定性、以及高韧性。
Description
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
一种含铜高抛光模具钢及其制备工艺。
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，尤其是高抛光和高耐磨性等。在汽车制造业、家电、电子通信等的发光元器件生产均用到模具。这些模具要求要有高抛光和高耐磨性，目前使用的大多是进口的NAK80钢或NAK55钢等材料来制造这些模具。但是NAK80钢或NAK55钢塑韧性较差，不适用于型腔复杂或型腔较深的模具，并且对抛光加工工艺要求严格，增加模具制作难度。而且NAK80钢或NAK55钢材白点敏感性较强，模具容易随着时间而出现微裂纹并且不断延伸而开裂，甚至在模具钢的生产过程中即出现白点而报废。这将大大增加制造成本和风险。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，研发一种能够降低生产风险、模具开裂风险且能够提高模具钢的塑韧性的的含铜高抛光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生产风险、模具开裂风险且能够提高模具钢的塑韧性的的含铜高抛光模具钢。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种含铜高抛光模具钢，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 0.08～0.12%，Si ≤0.40%，Mn ≤0.40%，Cr 0.50～1.00%，Mo 0.15～0.40%，Ni1.50～2.00%，Cu0.40～0.60%，Al0.50～0.80%，V≤0.40%，P＜0.015%，S＜0.010%，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0.10%，Si为 0.30%，Mn 为0.30%，Cr为 0.60%，Mo为 0.30%，Ni 为1.80%，Cu为0.60，Al为0.60%，V为 0.15%，P＜0.010%，S＜0.005%， Fe余量。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种含铜高抛光模具钢的制备工艺。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种上述权利要求1所述含铜高抛光模具钢的制备工艺，其创新点在于：所述制备工艺包括如下步骤：
（1）冶炼：按含铜高抛光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，然后进行二次电渣重熔；
（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；最后再升温至1100～1180℃，到温均温后保温时间为10～15h；
（3）锻造热加工：将经过高温扩散热处理的钢锭降温至1100～1180℃，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≥6，终锻温度≥800℃；
（4）锻后冷却：：钢锭锻造热加工后进行空冷，至温度降到200℃以下装退火加热炉；
（5）退火热处理：加热温度为830～880℃，保温时间为10～15h，然后随炉缓冷至250℃以下；
（6）扩氢回火处理：加热温度为630～680℃，保温时间为30～45h，然后随炉缓冷至150℃以下出炉；
（7）淬火及回火热处理：加热至870～920℃，然后冷却至200℃以下；随后进行520～550℃回火处理，回火保温4～8小时。
进一步地，所述步骤（7）中的冷却方式为油冷或水冷或风冷。
本发明的优点在于：
本发明含铜高抛光模具钢利用Ni-Cu-Al-Mo多合金元素的合金化作用特点，适当减少钢中碳含量而增加强碳化物形成元素Mo，保证钢的淬透性的同时提高钢的淬硬性和耐磨性，并且提高钢的硬度均匀性而获得好的抛光性能；与NAK80或NAK55钢相比较，具有较好的塑韧性，大大降低模具开裂的风险，可用于型腔复杂的模具，这扩大高了钢的使用范围；同时，本发明钢种由于降低了钢中Ni含量而降低了钢的白点敏感性，从而降低生产风险和模具开裂风险；
结合以上特点，与NAK80或NAK55钢相比，本发明钢种具有高抛光性能和较好的塑韧性，并且降低了钢的白点敏感性，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为本发明含铜高抛光模具钢CCT曲线。
图2为本发明含铜高抛光模具钢淬火和回火温度与硬度的关系曲线。
图3为本发明含铜高抛光模具钢的金相组织。
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。
本发明的含铜高抛光模具钢其成分设计的理论依据如下所述：本发明含铜高抛光模具钢利用Ni-Cu-Al-Mo多合金元素的合金化作用特点，适当减少钢中碳含量而增加强碳化物形成元素Mo，保证钢的淬透性的同时提高钢的淬硬性和耐磨性，并且提高钢的硬度均匀性而获得好的抛光性能；与NAK80或NAK55钢相比较，具有较好的塑韧性，大大降低模具开裂的风险，可用于型腔复杂的模具，这扩大高了钢的使用范围；同时，本发明钢种由于降低了钢中Ni含量而降低了钢的白点敏感性，从而降低生产风险和模具开裂风险。
实施例1
本实例中，采用含铜高抛光模具钢的合金组成成分及其重量百分比如下：
C： 0.10%，Si： 0.30%，Mn ：0.30%，Cr：0.60%，Mo： 0.30%，Ni ：1.80%，Cu：0.60%，Al： 0.60%，V： 0.15%，P：0.010%，S：0.005%， Fe余量。
本实施例中，含铜高抛光模具钢的制备工艺具体步骤如下：
（1）冶炼：按含铜高抛光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，然后进行二次电渣重熔；
（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；最后再升温至1100～1180℃，到温均温后保温时间为10～15h；
（3）锻造热加工：将经过高温扩散热处理的钢锭降温至1100～1180℃，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≥6，终锻温度≥800℃；
（4）锻后冷却：：钢锭锻造热加工后进行空冷，至温度降到200℃以下装退火加热炉；
（5）退火热处理：加热温度为830～880℃，保温时间为10～15h，然后随炉缓冷至250℃以下；
（6）扩氢回火处理：加热温度为630～680℃，保温时间为30～45h，然后随炉缓冷至150℃以下出炉；
（7）淬火及回火热处理：加热至870～920℃，然后采用油冷或水冷或风冷冷至200℃以下；随后进行520～550℃回火处理，回火保温4～8小时。
实施例2
本实例中，采用含铜高抛光模具钢的合金组成成分及其重量百分比如下：
C： 0.08%，Si： 0.20%，Mn ：0.20%，Cr：0.50%，Mo： 0.15%，Ni ：1.50%，Cu：0.40%，Al： 0.50%，V： 0.10%，P：0.005%，S：0.002%， Fe余量。
本实施例中，含铜高抛光模具钢的制备工艺具体步骤如下：
（1）冶炼：按含铜高抛光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，然后进行二次电渣重熔；
（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；最后再升温至1100～1180℃，到温均温后保温时间为10～15h；
（3）锻造热加工：将经过高温扩散热处理的钢锭降温至1100～1180℃，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≥6，终锻温度≥800℃；
（4）锻后冷却：：钢锭锻造热加工后进行空冷，至温度降到200℃以下装退火加热炉；
（5）退火热处理：加热温度为830～880℃，保温时间为10～15h，然后随炉缓冷至250℃以下；
（6）扩氢回火处理：加热温度为630～680℃，保温时间为30～45h，然后随炉缓冷至150℃以下出炉；
（7）淬火及回火热处理：加热至870～920℃，然后采用油冷或水冷或风冷冷至200℃以下；随后进行520～550℃回火处理，回火保温4～8小时。
实施例3
本实例中，采用含铜高抛光模具钢的合金组成成分及其重量百分比如下：
C：0.12%，Si：0.40%，Mn：0.40%， Cr：1.0%，Mo： 0.40%，Ni ：2.0%，Cu：0.50%，Al：0.80%，V： 0.40%，P：0.015%，S：0.001%， Fe余量。
本实施例中，含铜高抛光模具钢的制备工艺具体步骤如下：
（1）冶炼：按含铜高抛光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，然后进行二次电渣重熔；
（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；最后再升温至1100～1180℃，到温均温后保温时间为10～15h；
（3）锻造热加工：将经过高温扩散热处理的钢锭降温至1100～1180℃，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≥6，终锻温度≥800℃；
（4）锻后冷却：：钢锭锻造热加工后进行空冷，至温度降到200℃以下装退火加热炉；
（5）退火热处理：加热温度为830～880℃，保温时间为10～15h，然后随炉缓冷至250℃以下；
（6）扩氢回火处理：加热温度为630～680℃，保温时间为30～45h，然后随炉缓冷至150℃以下出炉；
（7）淬火及回火热处理：加热至870～920℃，然后采用油冷或水冷或风冷冷至200℃以下；随后进行520～550℃回火处理，回火保温4～8小时。
本发明含铜高抛光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*300mm模块，取样进行性能测试：
相变特性：相变点：Ac1、Ac3和Ms点测试结果分别为736℃、809℃和340℃；其CCT曲线如图1所示；
回火特性：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)
1.一种含铜高抛光模具钢的制备工艺，所述含铜高抛光模具钢的化学成分中各主要合金元素的质量百分比为：C 0.08～0.12%，Si ≤0.40%，Mn ≤0.40%，Cr 0.50～1.00%，Mo0.15～0.40%，Ni1.50～2.00%，Cu0.40～0.60%，Al0.50～0.80%，V≤0.40%，P＜0.015%，S＜0.010%，Fe余量；其特征在于：所述制备工艺包括如下步骤：
（1）冶炼：按含铜高抛光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，然后进行二次电渣重熔；
（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；最后再升温至1100～1180℃，到温均温后保温时间为10～15h；
（3）锻造热加工：将经过高温扩散热处理的钢锭降温至1100～1180℃，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≥6，终锻温度≥800℃；
（4）锻后冷却：钢锭锻造热加工后进行空冷，至温度降到200℃以下装退火加热炉；
（5）退火热处理：加热温度为830～880℃，保温时间为10～15h，然后随炉缓冷至250℃以下；
（6）扩氢回火处理：加热温度为630～680℃，保温时间为30～45h，然后随炉缓冷至150℃以下出炉；
（7）淬火及回火热处理：加热至870～920℃，然后冷却至200℃以下；随后进行520～550℃回火处理，回火保温4～8小时。
2.根据权利要求1所述的含铜高抛光模具钢的制备工艺，其特征在于：所述步骤（7）中的冷却方式为油冷或水冷或风冷。
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