CN106544592A

CN106544592A - 强韧性热作模具钢及其生产方法

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Publication number: CN106544592A
Application number: CN201610935920.1A
Authority: CN
Inventors: 左其福; 左郁锋
Original assignee: Liaoning Dry Metal Material Development Co Ltd
Current assignee: Liaoning Dry Metal Material Development Co Ltd
Priority date: 2016-11-01
Filing date: 2016-11-01
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2036-11-01
Also published as: CN106544592B

Abstract

本发明涉及一种强韧性热作模具钢及其生产方法，属于合金钢制造领域，该模具钢的成分为：C 0.36～0.45%；Si 0.8～0.95%；Mn 0.7～0.8%；Cr 4.8～5.5%；Mo1.3～1.8%；V0.8～1.0%；W0.3～0.6%；Ni 0.4～0.5%；Co0.1～0.2%；Nb 0.08～0.12%；RE 0.008～0.012%；S≤0.003%；P≤0.025%；Fe余量。生产方法按照如下步骤实施：（1）熔炼；（2）电渣重熔；（3）高温均匀化；（4）锻造；（5）毛坯锻造；（6）退火处理；（7）淬火回火。本发明硬度高，生产成本低，使用寿命长，具有较好的韧性和耐磨耐用性。

Description

强韧性热作模具钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种强韧性热作模具钢及其生产方法，属于合金钢制造工艺技术领域。

背景技术

工模具被誉为“现代工业之母”，足可见工模具在现代工业中的重要性及不可磨灭的贡献，其中工模具钢是模具最重要的组成部分，也是模具材料中应用最为广泛的材料，是工模具制造产业重要的物质载体和技术基础，其品种、规格、质量对工模具的性能、使用寿命和制造周期起着决定性的作用。

钢是经济建设中极为重要的金属材料。按化学成分，分为碳素钢（简称碳钢）与合金钢两大类。碳钢是由生铁冶炼获得的合金，除铁、碳为其主要成分外，还含有少量的锰、硅，及硫、磷等杂质。碳钢具有一定的机械性能，又有良好的工艺性能，且价格低廉。因此，碳钢获得了广泛的应用。但随着现代工业与科学技术的迅速发展，碳钢的性能已不能完全满足需要，于是人们研制了各种合金钢。合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入某些元素（称为合金元素）而得到的多元合金。与碳钢比，合金钢的性能有显著的提高，故应用日益广泛。由于钢材品种繁多，为了便于生产、保管、选用与研究，必须对钢材加以分类。按钢材的用途、化学成分、质量的不同，可将钢分为许多类。

由于模具的用途很广，各种模具的工作条件差别很大，所以，制造模具用材料范围很广，从—般的碳素结构钢、碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢、弹簧钢、高速工具钢、不锈耐热钢直到适应特殊模具需要的马氏体时效钢以及粉末高速钢、粉末高合金模具钢等。模具钢按用途一般可分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料成型用模具钢三大类。

上世纪三四十年代，美国研究成功H13热作模具钢，开始在世界各国获得广泛应用，对各国工业发展做出巨大贡献。随着世界工业的发展，金属热变形新技术、新工艺的不断出现，金属变形已进入高温、高压、快速和连续大规模生产阶段，需要性能更高的模具钢。需提升改良H13钢的性能。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种硬度高，生产成本低，使用寿命长，具有较好的韧性和耐磨耐用性的强韧性热作模具钢及其生产方法。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的。

强韧性热作模具钢，该模具钢的成分及重量百分比为。

C 0.36～0.45%； Si 0.8～0.95%； Mn 0.7～0.8%； Cr 4.8～5.5%。

Mo 1.3～1.8%； V 0.8～1.0%； W 0.3～0.6%； Ni 0.4～0.5%。

Co 0.1～0.2%； Nb 0.08～0.12%；RE 0.008～0.012%；S≤0.003%。

P ≤0.025%； Fe 余量。

作为一种优选方案，本发明模具钢的成分及重量百分比为。

C 0.36%； Si 0.8%； Mn 0.7%； Cr 4.8%。

Mo 1.3%； V 0.8%； W 0.3%； Ni 0.4%。

Co 0.1%； Nb 0.08%；RE 0.008%；S≤0.003%；P ≤0.025%；Fe 余量。

作为另一种优选方案，本发明模具钢的成分及重量百分比为。

C 0.45%； Si 0.95%； Mn 0.8%； Cr 5.5%。

Mo 1.8%； V 1.0%； W 0.6%； Ni 0.5%。

Co 0.2%； Nb 0.12%； RE 0.012%；S≤0.003%；P ≤0.025%；Fe 余量。

C 0.4%； Si 0.9%； Mn 0.75%； Cr 4.9%。

Mo 1.5%； V 0.9%； W 0.5%； Ni 0.44%。

Co 0.18%； Nb 0.11%；RE 0.01%；S≤0.003%；P ≤0.025%； Fe 余量。

上述强韧性热作模具钢的生产方法，可按照如下步骤实施。

（1）熔炼：按传统常规方法熔炼，将满足化学成分要求的配合料放置于中频感应炉中，在1500～1760℃温度下进行熔炼，然后浇注钢锭。

（2）电渣重熔：将上述钢锭作为自耗电极放于电渣重熔装置中，进行二次精炼；利用电流通过电渣层产生电阻热来熔化自耗电极合金母材，液体金属以熔滴形式经渣池的渣层下落至下面的水冷结晶器中，再重新凝固成钢锭。

（3）高温均匀化：将步骤（2）所得钢锭加热至1240～1340℃，并保温8～10小时，使钢成分均匀化，防止成分偏析，改善钢的凝固组，然后冷却。

（4）锻造：将步骤（3）所得钢锭加热至1150℃左右，进行粗锻，终锻温度为980℃。

（5）毛坯锻造：将上述钢锻件毛坯再次加热至1200℃左右；在990～1100℃温度范围内继续进行锻造加工。

（6）退火处理：先以61～88℃/小时的升温速度将锻件加热至850～880℃，保温3～5小时，保温后随炉冷却至740～760℃，恒温2～3小时后随炉冷却至500℃以下时出炉空冷。

（7）淬火回火：采用油介质低淬低回的热处理方式，即1030～1050℃淬火，第一次回火560～580℃，第二次回火550～560℃。

本发明硬度高，生产成本低，使用寿命长，具有较好的韧性和耐磨耐用性。本发明在保留H13优点的基础上采用如下新的设计思路：1、优化、调整组成元素；2、增加提高模具钢强度、韧性、细化、净化材质的元素；3、稳固冶炼、精炼提纯和精锻、热处理整体工艺。高级优质H13Z热作模具钢从根本上提高了模具钢的纯度、密度、均匀和等向特点，本发明具有较好的韧性和耐磨耐用性，较H13提高模具寿命1～2倍，大幅度减少企业模具年用量，减少模具材料和模具制造费用，提高金属变形件的质量，降低生产成本。

为了提高本发明强韧性热作模具钢（H13Z）钢强度、韧性、硬度、耐高温和耐磨耐用性能，根据H13实际使用情况调整C、Si、Mn、Cr、Mo、V元素；增加了提高强度、红硬性的元素W；增加提高韧性元素Ni、Co，增加提高钢材细化、净化H13Z钢组织元素Nb、RE等元素，再经过稳固的精炼、精锻和相应的热处理整体工艺制造模块，同时为模具热处理打下良好基础，保持韧性较高的基础上，其强度提高20～30%，硬度提高HRC硬度1～2个单位，使用寿命提高1～2倍。硬度HRC48～50，抗拉强度σb：1850～2000MPa ，屈服强度σs1510～1600 MPa。

具体实施方式

实施例1。

强韧性热作模具钢，该模具钢的成分及重量百分比为。

C 0.36%； Si 0.8%； Mn 0.7%； Cr 4.8%。

Mo 1.3%； V 0.8%； W 0.3%； Ni 0.4%。

Co 0.1%； Nb 0.08%；RE 0.008%；S≤0.003%；P ≤0.025%；Fe 余量。

上述强韧性热作模具钢的生产方法，可按照如下步骤实施。

（1）熔炼：按传统常规方法熔炼，将满足化学成分要求的配合料放置于中频感应炉中，在1590℃温度下进行熔炼，然后浇注钢锭。

（3）高温均匀化：将步骤（2）所得钢锭加热至1300℃，并保温9小时，使钢成分均匀化，防止成分偏析，改善钢的凝固组，然后冷却。

（5）毛坯锻造：将上述钢锻件毛坯再次加热至1200℃；在1000℃温度范围内继续进行锻造加工。

（6）退火处理：先以68℃/小时的升温速度将锻件加热至870℃，保温4小时，保温后随炉冷却至750℃，恒温2小时后随炉冷却至500℃以下时出炉空冷。

（7）淬火回火：采用油介质低淬低回的热处理方式，即1040℃淬火，第一次回火560℃，第二次回火550℃。

实施例2。

强韧性热作模具钢，该模具钢的成分及重量百分比为。

C 0.45%； Si 0.95%； Mn 0.8%； Cr 5.5%。

Mo 1.8%； V 1.0%； W 0.6%； Ni 0.5%。

Co 0.2%； Nb 0.12%； RE 0.012%；S≤0.003%；P ≤0.025%；Fe 余量。

上述强韧性热作模具钢的生产方法，可按照如下步骤实施。

（1）熔炼：按传统常规方法熔炼，将满足化学成分要求的配合料放置于中频感应炉中，在1610℃温度下进行熔炼，然后浇注钢锭。

（3）高温均匀化：将步骤（2）所得钢锭加热至1280℃，并保温8小时，使钢成分均匀化，防止成分偏析，改善钢的凝固组，然后冷却。

（5）毛坯锻造：将上述钢锻件毛坯再次加热至1200℃；在1100℃温度范围内继续进行锻造加工。

（6）退火处理：先以70℃/小时的升温速度将锻件加热至880℃，保温4小时，保温后随炉冷却至750℃，恒温3小时后随炉冷却至500℃以下时出炉空冷。

（7）淬火回火：采用油介质低淬低回的热处理方式，即1040℃淬火，第一次回火570℃，第二次回火555℃。

实施例3。

强韧性热作模具钢，该模具钢的成分及重量百分比为。

C 0.4%； Si 0.9%； Mn 0.75%； Cr 4.9%。

Mo 1.5%； V 0.9%； W 0.5%； Ni 0.44%。

Co 0.18%； Nb 0.11%；RE 0.01%；S≤0.003%；P ≤0.025%； Fe 余量。

上述强韧性热作模具钢的生产方法，可按照如下步骤实施。

（1）熔炼：按传统常规方法熔炼，将满足化学成分要求的配合料放置于中频感应炉中，在1660℃温度下进行熔炼，然后浇注钢锭。

（3）高温均匀化：将步骤（2）所得钢锭加热至1310℃，并保温8小时，使钢成分均匀化，防止成分偏析，改善钢的凝固组，然后冷却。

（4）锻造：将步骤（3）所得钢锭加热至1150℃，进行粗锻，终锻温度为980℃。

（5）毛坯锻造：将上述钢锻件毛坯再次加热至1200℃；在1090℃温度范围内继续进行锻造加工。

（6）退火处理：先以70℃/小时的升温速度将锻件加热至870℃，保温4小时，保温后随炉冷却至750℃，恒温2.5小时后随炉冷却至500℃以下时出炉空冷。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种强韧性热作模具钢，其特征在于，该模具钢的成分及重量百分比为：

C 0.36～0.45%； Si 0.8～0.95%； Mn 0.7～0.8%； Cr 4.8～5.5%；

Mo 1.3～1.8%； V 0.8～1.0%； W 0.3～0.6%； Ni 0.4～0.5%；

Co 0.1～0.2%； Nb 0.08～0.12%；RE 0.008～0.012%；S≤0.003%；

P ≤0.025%； Fe 余量。

2.根据权利要求1所述的强韧性热作模具钢，其特征在于：该模具钢的成分及重量百分比为：

C 0.36%； Si 0.8%； Mn 0.7%； Cr 4.8%；

Mo 1.3%； V 0.8%； W 0.3%； Ni 0.4%；

Co 0.1%； Nb 0.08%；RE 0.008%；S≤0.003%；P ≤0.025%；Fe 余量。

3.根据权利要求1所述的强韧性热作模具钢，其特征在于：该模具钢的成分及重量百分比为：

C 0.45%； Si 0.95%； Mn 0.8%； Cr 5.5%；

Mo 1.8%； V 1.0%； W 0.6%； Ni 0.5%；

Co 0.2%； Nb 0.12%； RE 0.012%；S≤0.003%；P ≤0.025%；Fe 余量。

4.根据权利要求1所述的强韧性热作模具钢，其特征在于：该模具钢的成分及重量百分比为：

C 0.4%； Si 0.9%； Mn 0.75%； Cr 4.9%；

Mo 1.5%； V 0.9%； W 0.5%； Ni 0.44%；

Co 0.18%； Nb 0.11%；RE 0.01%；S≤0.003%；P ≤0.025%； Fe 余量。

5.如权利要求1所述强韧性热作模具钢的生产方法，其特征在于：按照如下步骤实施：

（1）熔炼：按传统常规方法熔炼，将满足化学成分要求的配合料放置于中频感应炉中，在1500～1760℃温度下进行熔炼，然后浇注钢锭；

（2）电渣重熔：将上述钢锭作为自耗电极放于电渣重熔装置中，进行二次精炼；利用电流通过电渣层产生电阻热来熔化自耗电极合金母材，液体金属以熔滴形式经渣池的渣层下落至下面的水冷结晶器中，再重新凝固成钢锭；

（3）高温均匀化：将步骤（2）所得钢锭加热至1240～1340℃，并保温8～10小时，使钢成分均匀化，防止成分偏析，改善钢的凝固组，然后冷却；

（4）锻造：将步骤（3）所得钢锭加热至1150℃左右，进行粗锻，终锻温度为980℃；

（5）毛坯锻造：将上述钢锻件毛坯再次加热至1200℃左右；在990～1100℃温度范围内继续进行锻造加工；

（6）退火处理：先以61～88℃/小时的升温速度将锻件加热至850～880℃，保温3～5小时，保温后随炉冷却至740～760℃，恒温2～3小时后随炉冷却至500℃以下时出炉空冷；