CN106086691A - 一种硼微合金化模具钢及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种硼微合金化模具钢及其制造工艺，属合金钢制造工艺技术领域。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≤0.20%，Si≤0.20%，Mn 1.20～1.60%，Cr 1.10～1.50%，Ni≤0.30%，Mo 0.20～0.35%，V≤0.10%，P＜0.015%，S＜0.005%，B 0.005～0.01%，Fe余量。本发明钢的制备过程如下：配料、冶炼、浇涛，热送；高温扩撒热热处理，然后多向锻造热加工，锻后扩氢回火处理；最后进行调质热处理，获得硬度32～38HRC的回火马氏体组织。本发明的优点在于：本发明制得的模具钢具有低成本、高的淬透性、高硬度、高抛光性能和皮纹蚀刻性能。

Description

一种硼微合金化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
一种硼微合金化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，尤其是高抛光性能和机加工性能。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的抛光性能和加工性能，目前使用的大多是日本大同NAK80钢或1.2343钢等材料来制造这些模具。但是NAK80钢塑性较差，不适用于型腔复杂或型腔较深的模具，并且对抛光工艺要求严格。而1.2343钢材机加工难度大，模具制造工序多周期长，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，研发一种低成本高抛光预硬化的硼微合金化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低成本高抛光预硬化的硼微合金化模具钢。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种硼微合金化模具钢，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 ≤0.20%，Si ≤0.20%，Mn1.20～1.60%，Cr 1.10～1.50%，Ni ≤0.30%，Mo 0.20～0.35%，V ≤0.10%，P＜0.015%，S＜0.005%，B 0.005～0.01%，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0.15%，Si为 0.15%，Mn 为1.40%，Cr为 1.20%，Ni 为0.30%，Mo为 0.30%，V为 0.09%，P＜0.012%，S＜0.003%，B 为.006%，Fe余量。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种低成本高抛光预硬化的硼微合金化模具钢的制备工艺。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种上述硼微合金化模具钢的制备工艺，其创新点在于：所述制备工艺包括如下步骤：
（1）冶炼：按硼微合金化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，然后进行真空脱气和浇铸，再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；最后再升温至1180～1250℃，到温均温后保温时间为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≥5，终锻温度≥850℃；
（4）锻后热处理：钢锭锻造热加工后进行空冷至300℃以下，然后送入退火炉回火处理，加热温度550～650℃，保温30～40小时，再将退火炉冷却至150℃以下，然后将钢锭出退火炉；
（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，清除表面缺陷，为后道调质热处理做准备；
（6）调质热处理：锯切后的钢锭，继续送入加热炉加热至850～900℃，保温15～30小时，然后出炉冷却至表面温度200℃以下，再送入回火炉回火，加热至500～600℃，保温20-40小时，最后，待回火炉冷却至200℃以下，将回火后的钢锭出回火炉空冷。
进一步地，所述步骤（4）中的冷却方式为空冷或风冷。
进一步地，所述步骤（6）中的冷却方式为水冷或雾冷或风冷。本发明的优点在于：
（1）本发明硼微合金化模具钢是利用硼微合金化的特点，在钢中添加适量的硼，提高钢的淬透性，并且与欧标1.2738钢相比较，没有白点敏感性的问题，这大大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硬度均匀性；适量的Mo和Cr元素，确保钢具有较高的淬硬性；微合金硼的加入，在于奥氏体转化过程中，吸附在晶界上，填充了缺陷，降低了晶界能位，使新相成核困难，奥氏体稳定性增加，从而提高了淬透性，使预硬化的钢具有较高的硬度均匀性，从而得到较好的抛光性能；
结合以上特点，与NAK80钢或1.2343钢相比，本发明钢种具有较高的抛光性能和较低的合金成本，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；
（2）本发明硼微合金化模具钢的制备工艺，与现有模具钢制备工艺相比，增加了锯切和调质热处理工序，进而可获得硬度32～38HRC的回火马氏体组织，从而使制得的模具钢具有低成本、高的淬透性、高硬度、高抛光性能和皮纹蚀刻性能。
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为本发明硼微合金化模具钢CCT曲线。
图2为本发明硼微合金化模具钢回火特性曲线。
图3为本发明硼微合金化模具钢的金相组织。
图4为本发明硼微合金化模具钢皮纹蚀刻案例。
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。
本发明的硼微合金化模具钢其成分设计的理论依据如下所述：本发明硼微合金化模具钢是利用硼微合金化的特点，在钢中添加适量的硼，提高钢的淬透性，并且与欧标1.2738钢相比较，没有白点敏感性的问题，这大大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硬度均匀性；适量的Mo和Cr元素，确保钢具有较高的淬硬性；微合金硼的加入，在于奥氏体转化过程中，吸附在晶界上，填充了缺陷，降低了晶界能位，使新相成核困难，奥氏体稳定性增加，从而提高了淬透性，使预硬化的钢具有较高的硬度均匀性，从而得到较好的抛光性能。
实施例1
本实例中，采用硼微合金化模具钢的合金组成成分及其重量百分比如下：
C：0.10%，Si：0.10%，Mn：1.20%， Cr：1.10%，Ni：0.10%，Mo：0.20%，V：0.08%，P：0.015%，S：0.002%，B：0.005%，Fe为余量。
本实施例中，硼微合金化模具钢的制备工艺具体步骤如下：
（1）电炉冶炼：按上述的合金元素配比在电弧炉中进行冶炼，然后炉外精炼和真空脱气，浇铸成钢锭后热送锻造加热炉；
（2）高温扩散热处理：加热温度为1180～1250℃，到温均温后保温时间为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℃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≥5，终锻温度≥850℃；
（4）锻后热处理：锻后空冷或风冷，然后装退火炉回火处理，加热温度550～650℃，保温30～40小时，炉冷至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，清除表面缺陷，为后道调质热处理做准备；
（6）调质热处理：加热至850～900℃保温15～30小时，出炉水冷或雾冷或风冷至表面温度200℃以下，装回火炉回火，加热至500～600℃，保温20-40小时，炉冷至200℃以下，出炉空冷。
实施例2
本实例中，采用硼微合金化模具钢的合金组成成分及其重量百分比如下：
C：0.20%，Si：0.20%，Mn：1.60%， Cr：1.50%，Ni：0.30%，Mo：0.35%，V：0.10%，P：0.010%，S：0.005%，B：0.01%，Fe为余量。
本实施例中，硼微合金化模具钢的制备工艺具体步骤如下：
（1）电炉冶炼：按上述的合金元素配比在电弧炉中进行冶炼，然后炉外精炼和真空脱气，浇铸成钢锭后热送锻造加热炉；
（2）高温扩散热处理：加热温度为1180～1250℃，到温均温后保温时间为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℃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≥5，终锻温度≥850℃；
（4）锻后热处理：锻后空冷或风冷，然后装退火炉回火处理，加热温度550～650℃，保温30～40小时，炉冷至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，清除表面缺陷，为后道调质热处理做准备；
（6）调质热处理：加热至850～900℃保温15～30小时，出炉水冷或雾冷或风冷至表面温度200℃以下，装回火炉回火，加热至500～600℃，保温20-40小时，炉冷至200℃以下，出炉空冷。
实施例3
本实例中，采用硼微合金化模具钢的合金组成成分及其重量百分比如下：
C：0.15%，Si：0.15%，Mn：1.40%， Cr：1.20%，Ni：0.20%，Mo：0.30%，V：0.09%，P：0.012%，S：0.003%，B：0.006%，Fe为余量。
本实施例中，硼微合金化模具钢的制备工艺具体步骤如下：
（1）电炉冶炼：按上述的合金元素配比在电弧炉中进行冶炼，然后炉外精炼和真空脱气，浇铸成钢锭后热送锻造加热炉；
（2）高温扩散热处理：加热温度为1180～1250℃，到温均温后保温时间为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℃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≥5，终锻温度≥850℃；
（4）锻后热处理：锻后空冷或风冷，然后装退火炉回火处理，加热温度550～650℃，保温30～40小时，炉冷至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，清除表面缺陷，为后道调质热处理做准备；
（6）调质热处理：加热至850～900℃保温15～30小时，出炉水冷或雾冷或风冷至表面温度200℃以下，装回火炉回火，加热至500～600℃，保温20-40小时，炉冷至200℃以下，出炉空冷。
本发明硼微合金化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*1300mm*1050mm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：在880℃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；
皮纹蚀刻性能：本发明模具钢的皮纹蚀刻案例如图4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 (5)

1.一种硼微合金化模具钢，其特征在于：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 ≤0.20%，Si ≤0.20%，Mn 1.20～1.60%，Cr 1.10～1.50%，Ni ≤0.30%，Mo0.20～0.35%，V ≤0.10%，P＜0.015%，S＜0.005%，B 0.005～0.01%，Fe余量。
2.根据权利要求1所述的硼微合金化模具钢，其特征在于：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 0.15%，Si为 0.15%，Mn 为1.40%，Cr为 1.20%，Ni为0.30%，Mo为 0.30%，V为 0.09%，P＜0.012%，S＜0.003%，B 为.006%，Fe余量。
3.一种上述权利要求1所述硼微合金化模具钢的制备工艺，其特征在于：所述制备工艺包括如下步骤：
（1）冶炼：按硼微合金化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，然后进行真空脱气和浇铸，再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；最后再升温至1180～1250℃，到温均温后保温时间为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≥5，终锻温度≥850℃；
（4）锻后热处理：钢锭锻造热加工后进行空冷至300℃以下，然后送入退火炉回火处理，加热温度550～650℃，保温30～40小时，再将退火炉冷却至150℃以下，然后将钢锭出退火炉；
（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，清除表面缺陷，为后道调质热处理做准备；
（6）调质热处理：锯切后的钢锭，继续送入加热炉加热至850～900℃，保温15～30小时，然后出炉冷却至表面温度200℃以下，再送入回火炉回火，加热至500～600℃，保温20-40小时，最后，待回火炉冷却至200℃以下，将回火后的钢锭出回火炉空冷。
4.根据权利要求3所述的硼微合金化模具钢的制备工艺，其特征在
于：所述步骤（4）中的冷却方式为空冷或风冷。
5.根据权利要求3所述的硼微合金化模具钢的制备工艺，其特征在
于：所述步骤（6）中的冷却方式为水冷或雾冷或风冷。
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