CN107043887A - 一种机械刃模具钢及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种机械刃模具钢及其制备工艺,所述机械刃模具钢包括如下重量百分比的化学成分:C:2.5‑4%,Cr:4‑5.6%,Mo:1.2‑2.4%,Ni:0.6‑1.5%,Nb:1‑4%,V:5‑10%,Mn:0.2‑0.6%,Si:0.7‑1.5%等。本发明的成本较低,强韧性高,耐磨性高,性价比高,能满足机械刃模具钢的使用需求,降低生产成本,节约资源。
Description
技术领域
本发明涉及模具材料技术领域,具体涉及一种机械刃模具钢及其制备工艺。
背景技术
改革开放以来,我国钢铁行业有了突飞猛进的发展,特别是进入二十世纪以来,我国钢铁产量一直处于国际老大的地位,用于轧钢线上圆钢,钢筋,钢板等机械刀片用量大幅增加。目前,用于机械刃的模具钢存在着寿命短,不能满足市场需求的现象。根据剪切钢材料工作条件对机械刃的要求,这种机械刃应当具备高强度、高韧性、高的耐磨性。
目前,国内轧钢厂冷机械刃一般采用4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si,大型宽板用机械刃也有采用LD模具钢,热机械刃一般采用H13、H12、H11或3Cr2W8V,同时这四种钢也适用于冷机械刃。4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si机械刃模具钢改革开放前被普遍采用,改革开放以后,特别是进入二十世纪以来,H13、H12、H11模具钢被普遍用于冷热机械刃,前三种钢成本较低,但韧性不足,容易蹦刃。后三种钢韧性足够,但强度耐磨性不足,性价比不高。特别是钢筋穿水冷却后,表面硬度高,机械刃寿命短,更换频繁,不能满足生产需要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的问题,提供一种成本较低,强韧性高,耐磨性高,性价比高的机械刃模具钢及其制备工艺。
为了达到上述目的,本发明通过以下技术方案来实现的:
一种机械刃模具钢,其特征在于,所述机械刃模具钢包括如下重量百分比的化学成分:
C: 2.5-4%, Cr: 4-5.6%,
Mo: 1.2-2.4%, Ni: 0.6-1.5%,
Nb: 1-4%, V: 5-10 %,
Mn: 0.2-0.6%, Si: 0.7-1.5%,
S: 0.02-0.04%, P: 0.02-0.04%,
N: 0.003-0.005%, Ti: 0.05-0.2%,
Ca: 0.001-0.01%, Ce: 0-0.1%,
余量为Fe和杂质。
优选地,所述机械刃模具钢包括如下重量百分比的化学成分:
C: 3.2%, Cr: 5%,
Mo: 2%, Ni: 1%,
Nb: 2.5%, V: 7.5 %,
Mn: 0.4%, Si: 1.1%,
S: 0.03%, P: 0.03%,
N: 0.004%, Ti: 0.13%,
Ca: 0.005%, Ce: 0.005%,
余量为Fe和杂质。
一种机械刃模具钢的制备工艺,包括以下步骤:
(1)按所述合金元素规定的配比准备相应的金属原料;
(2)用中频感应熔炼炉对所述金属原料进行熔炼,熔炼温度为1650-1720℃,熔炼时间15-60分钟,得到均匀的钢液;
(3)对步骤(2)中得到的钢液输入雾化塔中进行雾化,形成合金粉末;
(4)对步骤(3)中得到的合金粉末进行热等静压成型,形成压坯,热等静压温度为1000-1200℃,压力为120-150MPa;
(5)对步骤(4)中得到的压坯进行锻造得到锻件,锻造温度为1100-1150℃,停锻温度不低于930℃;
(6)对步骤(5)中得到的锻件进行热处理,得到所述机械刃模具钢。
优选地,所述步骤(3)中,雾化过程中采取加热保温措施,保温温度为1000-1200℃。
优选地,所述热处理包括退火处理、淬火处理和回火处理。
优选地,所述退火处理是将所述步骤(5)中得到的锻件以50-100℃/h的速度将温度调整至所述模具钢的奥氏体化温度,并保温1-2h。
优选地,所述淬火处理是将经过退火处理的模具钢锻件以先空冷、水冷,再空冷、油冷的方式使所述模具钢锻件完成淬火冷却。
优选地,所述空冷时间为7-10min,水冷时间为30-40min,再次空冷时间为7-10min,油冷时间为200-300min;淬火冷却结束时所述模具钢锻件的温度为250-300℃。
优选地,所述回火处理是将经过淬火处理的模具钢锻件转入450-500℃的回火炉中保温1-2h,随后空冷至50℃以下,如此重复两次。
本发明与现有技术相比,具有如下的有益效果:
本发明对模具钢中的各化学成分含量进行合理地控制和改进,在制备工艺上,采用雾化制粉、热等静压、锻造热处理等步骤制备,使模具钢中的碳化物的分布状态更为细小均匀,避免异常粗大的晶粒形成,使制成的机械刃模具钢具有更优良的冲击韧性、耐磨性和抗弯强度。
在热处理工艺上,包括退火处理、淬火处理和回火处理,退火处理先将模具钢的温度调整至奥氏体化温度,使模具钢内的各类原子均能充分扩散,既能进行界面扩散,也能够进行体扩散,经历长时间的保温后,获得成分均匀的奥氏体,克服模具钢早期沿晶界开裂或热疲劳裂纹沿晶界快速萌生与扩展而失效的关键问题,大大提高模具钢的强韧性、耐磨性和抗疲劳性能,显著提高机械刃模具钢的使用寿命。
淬火处理中根据机械刃模具钢连续冷却过程中微观组织的变化特征,通过空冷、水冷,再空冷、油冷的淬火工艺,获得较高的冷却速率和较低的残余应力,以避免机械刃模具钢中大量贝氏体组织的产生和淬火热处理变形开裂现象的出现,达到提高综合力学性能,延长使用寿命的目的。
本发明的成本较低,强韧性高,耐磨性高,性价比高,能满足机械刃模具钢的使用需求,降低生产成本,节约资源。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种机械刃模具钢,机械刃模具钢包括如下重量百分比的化学成分:
C: 2.5%, Cr: 4%,
Mo: 1.2%, Ni: 0.6%,
Nb: 1%, V: 5 %,
Mn: 0.2%, Si: 0.7%,
S: 0.02%, P: 0.02%,
N: 0.003%, Ti: 0.05%,
Ca: 0.001%, 余量为Fe和杂质。
上述机械刃模具钢的制备工艺,包括以下步骤:
(1)按合金元素规定的配比准备相应的金属原料;
(2)用中频感应熔炼炉对金属原料进行熔炼,熔炼温度为1650℃,熔炼时间15分钟,得到均匀的钢液;
(3)对步骤(2)中得到的钢液输入雾化塔中进行雾化,形成合金粉末;雾化过程中采取加热保温措施,保温温度为1000℃;
(4)对步骤(3)中得到的合金粉末进行热等静压成型,形成压坯,热等静压温度为1000℃℃,压力为120MPa;
(5)对步骤(4)中得到的压坯进行锻造得到锻件,锻造温度为1100℃,停锻温度不低于930℃;
(6)对步骤(5)中得到的锻件进行热处理,得到机械刃模具钢。热处理包括退火处理、淬火处理和回火处理。
其中,退火处理是将步骤(5)中得到的锻件以50℃/h的速度将温度调整至模具钢的奥氏体化温度,并保温2h。
淬火处理是将经过退火处理的模具钢锻件以先空冷、水冷,再空冷、油冷的方式使模具钢锻件完成淬火冷却。空冷时间为7min,水冷时间为40min,再次空冷时间为7min,油冷时间为300min;淬火冷却结束时模具钢锻件的温度为250℃。
回火处理是将经过淬火处理的模具钢锻件转入450℃℃的回火炉中保温2h,随后空冷至50℃以下,如此重复两次。
实施例2
一种机械刃模具钢,机械刃模具钢包括如下重量百分比的化学成分:
C: 4%, Cr: 5.6%,
Mo: 2.4%, Ni: 1.5%,
Nb: 4%, V: 10 %,
Mn: 0.6%, Si: 1.5%,
S: 0.04%, P: 0.04%,
N: 0.005%, Ti: 0.2%,
Ca: 0.01%, Ce: 0.1%,
余量为Fe和杂质。
上述机械刃模具钢的制备工艺,包括以下步骤:
(1)按合金元素规定的配比准备相应的金属原料;
(2)用中频感应熔炼炉对金属原料进行熔炼,熔炼温度为1720℃,熔炼时间60分钟,得到均匀的钢液;
(3)对步骤(2)中得到的钢液输入雾化塔中进行雾化,形成合金粉末;雾化过程中采取加热保温措施,保温温度为1200℃;
(4)对步骤(3)中得到的合金粉末进行热等静压成型,形成压坯,热等静压温度为1200℃,压力为150MPa;
(5)对步骤(4)中得到的压坯进行锻造得到锻件,锻造温度为1150℃,停锻温度不低于930℃;
(6)对步骤(5)中得到的锻件进行热处理,得到机械刃模具钢。热处理包括退火处理、淬火处理和回火处理。
其中,退火处理是将步骤(5)中得到的锻件以100℃/h的速度将温度调整至模具钢的奥氏体化温度,并保温1h。
淬火处理是将经过退火处理的模具钢锻件以先空冷、水冷,再空冷、油冷的方式使模具钢锻件完成淬火冷却。空冷时间为10min,水冷时间为30min,再次空冷时间为10min,油冷时间为200min;淬火冷却结束时模具钢锻件的温度为300℃。
回火处理是将经过淬火处理的模具钢锻件转入500℃的回火炉中保温1h,随后空冷至50℃以下,如此重复两次。
实施例3
一种机械刃模具钢,机械刃模具钢包括如下重量百分比的化学成分:
C: 3.2%, Cr: 5%,
Mo: 2%, Ni: 1%,
Nb: 2.5%, V: 7.5 %,
Mn: 0.4%, Si: 1.1%,
S: 0.03%, P: 0.03%,
N: 0.004%, Ti: 0.13%,
Ca: 0.005%, Ce: 0.005%,
余量为Fe和杂质。
上述机械刃模具钢的制备工艺,包括以下步骤:
(1)按合金元素规定的配比准备相应的金属原料;
(2)用中频感应熔炼炉对金属原料进行熔炼,熔炼温度为1700℃,熔炼时间40分钟,得到均匀的钢液;
(3)对步骤(2)中得到的钢液输入雾化塔中进行雾化,形成合金粉末;雾化过程中采取加热保温措施,保温温度为1100℃;
(4)对步骤(3)中得到的合金粉末进行热等静压成型,形成压坯,热等静压温度为1100℃,压力为135MPa;
(5)对步骤(4)中得到的压坯进行锻造得到锻件,锻造温度为1125℃,停锻温度不低于930℃;
(6)对步骤(5)中得到的锻件进行热处理,得到机械刃模具钢。热处理包括退火处理、淬火处理和回火处理。
其中,退火处理是将步骤(5)中得到的锻件以75℃/h的速度将温度调整至模具钢的奥氏体化温度,并保温1.5h。
淬火处理是将经过退火处理的模具钢锻件以先空冷、水冷,再空冷、油冷的方式使模具钢锻件完成淬火冷却。空冷时间为8min,水冷时间为35min,再次空冷时间为9min,油冷时间为350min;淬火冷却结束时模具钢锻件的温度为375℃。
回火处理是将经过淬火处理的模具钢锻件转入475℃的回火炉中保温1.5h,随后空冷至50℃以下,如此重复两次。
实施例4
对实施例1、实施例2、实施例3提供的机械刃模具钢和现有的机械刃模具钢分别进行各项性能检测,检测结果如表1所示:
表1
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (9)
1.一种机械刃模具钢,其特征在于,所述机械刃模具钢包括如下重量百分比的化学成分:
C: 2.5-4%, Cr: 4-5.6%,
Mo: 1.2-2.4%, Ni: 0.6-1.5%,
Nb: 1-4%, V: 5-10 %,
Mn: 0.2-0.6%, Si: 0.7-1.5%,
S: 0.02-0.04%, P: 0.02-0.04%,
N: 0.003-0.005%, Ti: 0.05-0.2%,
Ca: 0.001-0.01%, Ce: 0-0.1%,
余量为Fe和杂质。
2.根据权利要求1所述的一种机械刃模具钢,其特征在于,所述机械刃模具钢包括如下重量百分比的化学成分:
C: 3.2%, Cr: 5%,
Mo: 2%, Ni: 1%,
Nb: 2.5%, V: 7.5 %,
Mn: 0.4%, Si: 1.1%,
S: 0.03%, P: 0.03%,
N: 0.004%, Ti: 0.13%,
Ca: 0.005%, Ce: 0.005%,
余量为Fe和杂质。
3.一种如权利要求1-2任意一项所述的一种机械刃模具钢的制备工艺,其特征在于,包括以下步骤:
(1)按所述合金元素规定的配比准备相应的金属原料;
(2)用中频感应熔炼炉对所述金属原料进行熔炼,熔炼温度为1650-1720℃,熔炼时间15-60分钟,得到均匀的钢液;
(3)对步骤(2)中得到的钢液输入雾化塔中进行雾化,形成合金粉末;
(4)对步骤(3)中得到的合金粉末进行热等静压成型,形成压坯,热等静压温度为1000-1200℃,压力为120-150MPa;
(5)对步骤(4)中得到的压坯进行锻造得到锻件,锻造温度为1100-1150℃,停锻温度不低于930℃;
(6)对步骤(5)中得到的锻件进行热处理,得到所述机械刃模具钢。
4.根据权利要求3所述的一种机械刃模具钢的制备工艺,其特征在于,所述步骤(3)中,雾化过程中采取加热保温措施,保温温度为1000-1200℃。
5.根据权利要求3所述的一种机械刃模具钢的制备工艺,其特征在于,所述热处理包括退火处理、淬火处理和回火处理。
6.根据权利要求5所述的一种机械刃模具钢的制备工艺,其特征在于,所述退火处理是将所述步骤(5)中得到的锻件以50-100℃/h的速度将温度调整至所述模具钢的奥氏体化温度,并保温1-2h。
7.根据权利要求5所述的一种机械刃模具钢的制备工艺,其特征在于,所述淬火处理是将经过退火处理的模具钢锻件以先空冷、水冷,再空冷、油冷的方式使所述模具钢锻件完成淬火冷却。
8.根据权利要求7所述的一种机械刃模具钢的制备工艺,其特征在于,所述空冷时间为7-10min,水冷时间为30-40min,再次空冷时间为7-10min,油冷时间为200-300min;淬火冷却结束时所述模具钢锻件的温度为250-300℃。
9.根据权利要求5所述的一种机械刃模具钢的制备工艺,其特征在于,所述回火处理是将经过淬火处理的模具钢锻件转入450-500℃的回火炉中保温1-2h,随后空冷至50℃以下,如此重复两次。
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- 2017-06-22 CN CN201710479556.7A patent/CN107043887A/zh active Pending
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