CN106521313A - 高红硬性高耐磨性热作模具钢材及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高红硬性高耐磨性热作模具钢材及其生产工艺，其中，所述热作模具钢材按质量百分比计包括：C：0.50%~0.75%；Si：≤1.50%；Mn≤0.50%；P：0%~0.030%；S：0%~0.030%；Mo：2.50%~3.50%；Cr：4.20%~5.50%；V：0.60%~2.20%；Ni≤0.25%；Cu≤0.10%；其中，Ni+Cu≤0.35%。本发明的高红硬性高耐磨性热作模具钢材克服了现有热作模具钢材使用硬度不宜超过HRC 52的问题，其能够满足HRC 53‑58的使用硬度。从而，与现有热作模具钢材相比，其使用寿命至少提升2倍。同时，本发明的高红硬性高耐磨性热作模具钢材具有较高的生产效率，进而降低了企业的生产成本。
Description
本申请要求申请日为2016年5月16日、申请号为201610322381.4、发明名称为“新型高速钢材料及其制备工艺”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及一种钢材及其生产工艺，尤其涉及一种高红硬性高耐磨性热作模具钢材及其生产工艺。
背景技术
现在市场上常见的热作模具钢材，根据使用寿命由低到高排列依次为：5CrNiMo、H11、H13、3Cr2W8V、Y4、1.2367，另外还有一些钢种具体参见《GB/T1299-2000合金工具钢》5.1.1表1。由于模具钢材在使用过程中全程在超过800℃有时甚至高达1000℃的高温下工作，所以不管是国产还是进口的模具钢，耐热疲劳性成为了制约模具使用寿命最大的因素。耐热疲劳性的指标就是高红硬性。同时，对于上述模具钢材耐热疲劳性的要求，极大地制约了使用该类模具钢材的五金工具以及汽摩配件行业的生产效率，并使得企业的生产成本居高不下。
具体而言，造成上述问题的原因主要有：
（一）、现有热作模具钢钢种无法做到热处理后的硬度HRC＞52还能保持良好的韧性，HRC＞52时容易裂；
（二）、合金成分偏低，由于锻造技术的制约，高合金的热作钢模具钢材比较少。
因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高红硬性高耐磨性热作模具钢材及其生产工艺，以克服现有技术中存在的不足。
为实现上述发明目的，本发明提供一种高红硬性高耐磨性热作模具钢材，其按质量百分比计包括：
C：0.50%~0.75%；
Si：≤1.50%；
Mn：≤0.50%；
P：0%~0.030%；
S：0%~0.030%；
Mo：2.50%~3.50%；
Cr：4.20%~5.50%；
V：0.60%~2.20%；
Ni≤0.25%；
Cu≤0.10%；
其中，Ni+Cu≤0.35%。
作为本发明的高红硬性高耐磨性热作模具钢材的改进，当单件重量≥500kg时或是外径＞φ151mm时，所述热作模具钢材按质量百分比计包括：
C：0.50%~0.60%；
Si：0.00%~0.50%；
Mn：0.30%~0.50%；
P：0%~0.023%；
S：0%~0.010%；
Mo：2.75%~3.25%；
Cr：4.75%~5.50%；
V：0.70%~0.90%；
Ni：0%~0.25%；
Cu：0%~0.10%；
其中，Ni+Cu≤0.35%。
作为本发明的高红硬性高耐磨性热作模具钢材的改进，当单件重量≤499kg时或外径≤φ150mm时，所述热作模具钢材按质量百分比计包括：
C：0.61%~0.75%；
Si：1.20%~1.50%；
Mn：0.30%~0.50%；
P：0%~0.023%；
S：0%~0.010%；
Mo：3.30%~3.50%；
Cr：4.75%~5.50%；
V：1.85%~2.20%；
Ni：0%~0.25%；
Cu：0%~0.10%；
其中，Ni+Cu≤0.35%。
为实现上述发明目的，本发明提供一种根据如上所述的高红硬性高耐磨性热作模具钢材的生产工艺，其包括如下步骤：
S1、按模具钢材的成分配比，将各原材料加入到电弧炉中，形成钢水；
S2、将所述的钢水浇铸形成电极棒，将所述电极棒进行等温退火，得到铸锭；
S3、将所述铸锭进行电渣重熔，得到电渣锭，将所述电渣锭进行等温退火；
S4、将等温退火后的电渣锭进行十字等向锻造，形成中间坯，将所述中间坯进行等温退火；
S5、将中间坯经过轧制或锻造形成成品钢，将所述成品钢进行等温退火；
S6、将等温退火后的成品钢进行等温球化退火，得到本发明的高红硬性高耐磨性热作模具钢材。
作为本发明的高红硬性高耐磨性热作模具钢材的生产工艺的改进，所述步骤S1中，在将各原材料加入到电弧炉中的同时，将造渣材料、增碳剂、氧化剂以及还原剂加入到所述电弧炉中。
作为本发明的高红硬性高耐磨性热作模具钢材的生产工艺的改进，所述步骤S2中，将所述钢水通过钢模圆桶浇铸形成电极棒，将所述电极棒进行5-7天的等温退火，得到所述铸锭。
作为本发明的高红硬性高耐磨性热作模具钢材的生产工艺的改进，所述步骤S5中，将中间坯经过轧制形成成品钢，将所述成品钢进行5-7天的等温退火，得到的成品钢为直径小于150mm的圆钢或单件重量≤499kg的扁钢。
作为本发明的高红硬性高耐磨性热作模具钢材的生产工艺的改进，所述步骤S5中，将中间坯经过锻造形成成品钢，将所述成品钢进行5-7天的等温退火，得到的成品钢为直径大于151mm的圆钢或单件重量≥500的扁钢。
作为本发明的高红硬性高耐磨性热作模具钢材的生产工艺的改进，所述步骤S6具体包括：将等温退火后的成品钢在840-860℃条件下，等温退火10h，随炉冷却到740-760℃，等温退火8h，随炉冷却至200℃，出炉空冷。
作为本发明的高红硬性高耐磨性热作模具钢材的生产工艺的改进，所述步骤S6之后还包括：
S7、将等温球化退火后的成品钢进行三段预热，淬火并保温，回火；
S8、深冷处理，得到本发明所述的高红硬性高耐磨性热作模具钢材。
作为本发明的高红硬性高耐磨性热作模具钢材的生产工艺的改进，所述步骤S7具体包括：将等温球化退火后的成品钢在650℃下，等温预热2h，在850℃下，等温预热2h，两段等温预热后，根据工件的使用环境选择1025℃-1130℃淬火温度，并根据成品钢材的有效厚度设定保温时间；回火4次，每次560℃--595℃，得到使用硬度为HRC 52-55的成品钢；
所述步骤S8中，所述深冷处理具体包括：在-160℃到-120℃下，保温8h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的高红硬性高耐磨性热作模具钢材克服了现有热作模具钢材中使用硬度不宜大于HRC52的问题，其能够满足HRC 53-58的使用硬度，从而具备更高的红硬性和耐磨性，使用寿命随之提升。具体来说，根据工件使用环境的不同，其使用寿命是H13的3-8倍。从而，与现有模具钢材相比，其使用寿命至少提升了2倍。同时，本发明的高红硬性高耐磨性热作模具钢材具有较高的生产效率，进而降低了企业的生产成本。
具体实施方式
下面结合实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
本发明提供一种高红硬性高耐磨性热作模具钢材，其按质量百分比计包括：
C：0.50%~0.75%；Si：≤1.50%；Mn：≤0.50%；P：0%~0.030%；S：0%~0.030%；Mo：2.50%~3.50%；Cr：4.20%~5.50%；V：0.60%~2.20%；Ni≤0.25%；Cu≤0.10%；其中，Ni+Cu≤0.35%。
此外，当本发明的热作模具钢材的单件重量≥500kg时或是外径＞φ151mm时，所述热作模具钢材按质量百分比计包括：
C：0.50%~0.60%；Si：0.00%~0.50%；Mn：0.30%~0.50%；P：0%~0.023%；S：0%~0.010%；Mo：2.75%~3.25%；Cr：4.75%~5.50%；V：0.70%~0.90%；Ni：0%~0.25%；Cu：0%~0.10%。Ni+Cu≤0.35%。
进一步地，当本发明的热作模具钢材的单件重量≤499kg时或外径≤φ150mm时，所述热作模具钢材按质量百分比计包括：
C：0.61%~0.75%；Si：1.20%~1.50%；Mn：0.30%~0.50%；P：0%~0.023%；S：0%~0.010%；Mo：3.30%~3.50%；Cr：4.75%~5.50%；V：1.85%~2.20%；Ni：0%~0.25%；Cu：0%~0.10%。其中，Ni+Cu≤0.35%。
其中，所述单件是指钢材作为实心的长方体钢材标准模块时的情形；所述外径是指当钢材为实心的钢材圆棒时的外径。
本发明的高红硬性高耐磨性热作模具钢材的化学成分允许偏差符合《中华人民共和国国家标准GB/T222-2006》中相关内容的规定。
基于如上所述的高红硬性高耐磨性热作模具钢材，本发明还提供一种高红硬性高耐磨性热作模具钢材的生产工艺，其包括如下步骤S1~S8，其中，步骤S1~S5为冶炼工艺，通过冶炼工艺能够得到成品钢，步骤S6~S8为热处理工艺，通过热处理工艺，能够提高成品钢的高耐磨性，使其韧性处于最佳范围。
S1、按模具钢材的成分配比，将各原材料加入到电弧炉中，形成钢水。
其中，在将各原材料按成分配比，加入到电弧炉中的同时，将造渣材料、增碳剂、氧化剂以及还原剂加入到所述电弧炉中，在高温作用下，形成钢水。
S2、将所述的钢水浇铸形成电极棒，将所述电极棒进行等温退火，得到铸锭。
其中，将所述钢水通过钢模圆桶浇铸形成电极棒，将所述电极棒进行5-7天的等温退火，得到铸锭。
S3、将所述铸锭进行电渣重熔，得到电渣锭，将所述电渣锭进行等温退火；
其中，将所述铸锭进行电渣重熔，得到电渣锭，将所述电渣锭进行5-7天的等温退火。
S4、将等温退火后的电渣锭进行十字等向锻造，形成中间坯，将所述中间坯进行等温退火。
其中，通过十字等向锻造，使得中间坯没有方向性，经过十字等向锻造的中间坯的横竖冲击值比为10:8。十字等向锻造后，将所述中间坯进行5-7天的等温退火。
S5、将中间坯经过轧制或锻造形成成品钢，将所述成品钢进行等温退火。
其中，将中间坯经过轧制或锻造形成成品钢，将所述成品钢进行5-7天的等温退火。需说明的是，步骤S2~S5中的等温退火，是为了得到球状珠光体，以获得最好的原始组织，原始组织的好差程度则直接关系到成品钢最终的力学性能。
进一步地，轧制和锻造的选择，应考虑成品钢的尺寸。具体地，将中间坯经过轧制形成成品钢，将所述成品钢进行5-7天的等温退火，得到的成品钢为直径小于150mm的圆钢或单件重量≤499kg的扁钢。在另一实施方式中，将中间坯经过锻造形成成品钢，将所述成品钢进行5-7天的等温退火，得到的成品钢为直径大于151mm的圆钢或单件重量≥500的扁钢。
S6、将等温退火后的成品钢进行等温球化退火，得到本发明的高红硬性高耐磨性热作模具钢材。
其中，所述步骤S6具体包括：将等温退火后的成品钢在840-860℃条件下，等温退火10h，随炉冷却到740-760℃，等温退火8h，随炉冷却至200℃，出炉空冷。
截止步骤S6，已经得到本发明所述的热作模具钢材的成品钢，最后通过检验包装出厂，此外，本发明的成品钢在使用之前需要经过步骤S7和S8的热处理以得到相应的机械性能。
S7、将等温球化退火后的成品钢进行三段预热，淬火并保温，回火。
其中，所述步骤S7具体包括：将等温球化退火后的成品钢在650℃下，等温预热2h，在850℃下，等温预热2h，两段等温预热后，根据工件的使用环境选择1025℃-1130℃淬火温度，并根据成品钢材的有效厚度设定保温时间；回火4次，每次560℃--595℃，得到使用硬度为HRC 52-58的成品钢。所述“有效厚度”指的是成品工件的使用厚度，该厚度可以是扁钢的厚度，也可以是实心圆钢的直径或者空心圆钢的壁厚。
S8、深冷处理，得到本发明所述的高红硬性高耐磨性热作模具钢材。
其中，所述深冷处理具体包括：在-160℃到-120℃下，保温8h。
综上所述，本发明的高红硬性高耐磨性热作模具钢材克服了现有热作模具钢材中使用硬度不宜大于HRC52的问题，其能够满足HRC 53-58的使用硬度，从而具备更高的红硬性和耐磨性，使用寿命随之提升。具体来说，根据工件使用环境的不同，其使用寿命是H13的3-8倍。从而，与现有模具钢材相比，其使用寿命至少提升了2倍。同时，本发明的高红硬性高耐磨性热作模具钢材具有较高的生产效率，进而降低了企业的生产成本。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (11)
1.一种高红硬性高耐磨性热作模具钢材，其特征在于，所述热作模具钢材按质量百分比计包括：
C：0.50%~0.75%；
Si：≤1.50%；
Mn：≤0.50%；
P：0%~0.030%；
S：0%~0.030%；
Mo：2.50%~3.50%；
Cr：4.20%~5.50%；
V：0.60%~2.20%；
Ni≤0.25%；
Cu≤0.10%；
其中，Ni+Cu≤0.35%。
2.根据权利要求1所述的高红硬性高耐磨性热作模具钢材，其特征在于，当单件重量≥500kg时或是外径＞φ151mm时，所述热作模具钢材按质量百分比计包括：
C：0.50%~0.60%；
Si：0.00%~0.50%；
Mn：0.30%~0.50%；
P：0%~0.023%；
S：0%~0.010%；
Mo：2.75%~3.25%；
Cr：4.75%~5.50%；
V：0.70%~0.90%；
Ni：0%~0.25%；
Cu：0%~0.10%；
其中，Ni+Cu≤0.35%。
3.根据权利要求1所述的高红硬性高耐磨性热作模具钢材，其特征在于，当单件重量≤499kg时或外径≤φ150mm时，所述热作模具钢材按质量百分比计包括：
C：0.61%~0.75%；
Si：1.20%~1.50%；
Mn：0.30%~0.50%；
P：0%~0.023%；
S：0%~0.010%；
Mo：3.30%~3.50%；
Cr：4.75%~5.50%；
V：1.85%~2.20%；
Ni：0%~0.25%；
Cu：0%~0.10%；
其中，Ni+Cu≤0.35%。
4.一种根据权利要求1所述的高红硬性高耐磨性热作模具钢材的生产工艺，其特征在于，所述生产工艺包括如下步骤：
S1、按模具钢材的成分配比，将各原材料加入到电弧炉中，形成钢水；
S2、将所述的钢水浇铸形成电极棒，将所述电极棒进行等温退火，得到铸锭；
S3、将所述铸锭进行电渣重熔，得到电渣锭，将所述电渣锭进行等温退火；
S4、将等温退火后的电渣锭进行十字等向锻造，形成中间坯，将所述中间坯进行等温退火；
S5、将中间坯经过轧制或锻造形成成品钢，将所述成品钢进行等温退火；
S6、将等温退火后的成品钢进行等温球化退火，得到本发明的高红硬性高耐磨性热作模具钢材。
5.根据权利要求1所述的高红硬性高耐磨性热作模具钢材的生产工艺，其特征在于，所述步骤S1中，在将各原材料加入到电弧炉中的同时，将造渣材料、增碳剂、氧化剂以及还原剂加入到所述电弧炉中。
6.根据权利要求1所述的高红硬性高耐磨性热作模具钢材的生产工艺，其特征在于，所述步骤S2中，将所述钢水通过钢模圆桶浇铸形成电极棒，将所述电极棒进行5-7天的等温退火，得到所述铸锭。
7.根据权利要求1所述的高红硬性高耐磨性热作模具钢材的生产工艺，其特征在于，所述步骤S5中，将中间坯经过轧制形成成品钢，将所述成品钢进行5-7天的等温退火，得到的成品钢为直径小于150mm的圆钢或单件重量≤499kg的扁钢。
8.根据权利要求1所述的高红硬性高耐磨性热作模具钢材的生产工艺，其特征在于，所述步骤S5中，将中间坯经过锻造形成成品钢，将所述成品钢进行5-7天的等温退火，得到的成品钢为直径大于151mm的圆钢或单件重量≥500的扁钢。
9.根据权利要求1所述的高红硬性高耐磨性热作模具钢材的生产工艺，其特征在于，所述步骤S6具体包括：将等温退火后的成品钢在840-860℃条件下，等温退火10h，随炉冷却到740-760℃，等温退火8h，随炉冷却至200℃，出炉空冷。
10.根据权利要求1所述的高红硬性高耐磨性热作模具钢材的生产工艺，其特征在于，所述步骤S6之后还包括：
S7、将等温球化退火后的成品钢进行三段预热，淬火并保温，回火；
S8、深冷处理，得到本发明所述的高红硬性高耐磨性热作模具钢材。
11.根据权利要求1所述的高红硬性高耐磨性热作模具钢材的生产工艺，其特征在于，所述步骤S7具体包括：将等温球化退火后的成品钢在650℃下，等温预热2h，在850℃下，等温预热2h，两段等温预热后，根据工件的使用环境选择1025℃-1130℃淬火温度，并根据成品钢材的有效厚度设定保温时间；回火4次，每次560℃--595℃，得到使用硬度为HRC 52-55的成品钢；
所述步骤S8中，所述深冷处理具体包括：在-160℃到-120℃下，保温8h。
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