CN109207848A

CN109207848A - 一种通用型模具钢

Info

Publication number: CN109207848A
Application number: CN201811025057.1A
Authority: CN
Inventors: 曹祥兴; 王简
Original assignee: Huangshi Stei Metal Material Technology Development Co Ltd
Current assignee: Huangshi Stei Metal Material Technology Development Co Ltd
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2019-01-15

Abstract

本发明公开了一种通用型模具钢，所述模具钢的组成以及质量百分比为：C：0.50％～0.70％、Si：0.50％～0.80％、Mn：0.30％～0.60％、Mo：1.50％～1.80％、V：0.15％～0.50％、Cr：7.80％～8.50％、S：≤0.015％、P≤0.025％，其余为Fe，所述的Cr、Mo、V元素总含量为9.45％～10.80％。其生产工艺为：S1、电炉冶炼和电渣重熔；S2、锻造成材；S3、退火；S4、超细化处理；S5、物理检验；S6、合格品精整入库。本发明所述模具钢具有高的淬透性、高的高温强度、高的耐磨性、高的韧度、高的抗热裂能力和高的耐熔损性能等，综合性能优越，通用性强，适用范围广。

Description

一种通用型模具钢

【技术领域】

本发明涉及合金模具钢材的技术领域，尤其涉及一种通用型模具钢。

【背景技术】

目前使用最广泛和最具代表性的热作模具钢是4Cr5MoSiV1(H13)钢，其是国内热作模具(热压铸模具、热挤压模具、热锻模具)的主要材料，也是通用性强的热作模具钢，是代替3Cr2W8V钢的理想钢材，寿命可提高2-3倍。 4Cr5MoSiV1的主要特点是：具有高的淬透性和高的韧性；优良的抗热裂能力，在工作场合可予以水冷；具有中等耐磨损能力，还可以采用渗碳或渗氮工艺来提高其表面硬度，但要略为降低抗热裂能力；由于其含碳量较低，回火中二次硬化能力较差；在较高温度下具有抗软化能力，但使用温度高于540℃(1000℉) 时硬度出现迅速下降(即最高工作温度为540℃)；热处理的变形小；中等和高的切削加工性；中等抗脱碳能力。交货状态为退火态，硬度小于HB235。常见试样热处理工艺：淬火：800±15℃预热，1020℃(盐浴)或1030℃(炉控气氛)±10℃ 加热，保温20～30min空冷，550±5℃回火。淬火态硬度在HRC55左右，回火态硬度在HRC50左右。

同时，使用最广泛和最具代表性的冷作模具钢是Cr12Mo1V1(D2)钢，其是国内冷作模具(冷冲裁模具、冷挤压模具、冷镦模具、冷搓丝模具)的主要材料，主要特点是具有高的淬透性和很高的强度，适合于制作冲压和剪切模具，但其韧性指标不高，不适合制作深冲和拉伸模具。交货状态为退火态，硬度小于HB235。常见试样热处理工艺：淬火：800±15℃预热，1020℃(盐浴)或1030℃ (炉控气氛)±6℃加热，保温20～30min空冷，250±5℃回火。淬火态硬度在 HRC61左右，回火态硬度在HRC58左右。上述两种类型的模具钢均存在局限性，综合性能较低，通用性差。

【发明内容】

有鉴于此，为克服现有技术的不足，本发明提供一种通用型模具钢，其具有高的淬透性、高的高温强度、高的耐磨性、高的韧度、高的抗热裂能力和高的耐熔损性能等，综合性能优越，通用性强，适用范围广。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种通用型模具钢，所述模具钢的组成以及质量百分比为：C：0.50％～ 0.70％、Si：0.50％～0.80％、Mn：0.30％～0.60％、Mo：1.50％～1.80％、V：0.15％～ 0.50％、Cr：7.80％～8.50％、S：≤0.015％、P≤0.025％，其余为Fe。

较佳的，所述模具钢的组成以及质量百分比为：C：0.50％～0.70％、Si： 0.70％～0.80％、Mn：0.30％～0.40％、Mo：1.60％～1.80％、V：0.45％～0.50％、Cr： 7.80％～8.00％、S：≤0.010％、P≤0.020％，其余为Fe。

进一步的，所述模具钢作为热作模具钢和塑胶模具钢来使用时，所述模具钢的组成以及质量百分比为：C：0.50％～0.52％、Si：0.70％～0.80％、Mn：0.30％～ 0.40％、Mo：1.60％～1.80％、V：0.45％～0.50％、Cr：7.80％～8.00％、S：≤0.010％、 P：≤0.020％，其余为Fe。

进一步的，所述模具钢作为冷作模具钢来使用时，所述模具钢的组成以及质量百分比为：C：0.60％～0.70％、Si：0.70％～0.80％、Mn：0.30％～0.40％、Mo： 1.60％～1.80％、V：0.45％～0.50％、Cr：7.80％～8.00％、S：≤0.010％、P：≤ 0.020％，其余为Fe。

进一步的，所述的Cr、Mo、V元素总含量为9.45％～10.80％。

进一步的，所述模具钢的生产工艺为：S1、电炉冶炼和电渣重熔；S2、锻造成材；S3、退火；S4、超细化处理；S5、物理检验；S6、合格品精整入库。

进一步的，所述电炉冶炼工艺为：使用电弧炉或者中频感应炉在1580℃～ 1600℃的温度下进行冶炼，且浇钢温度为1550℃～1580℃。

进一步的，所述锻造成材工艺采用的加热温度为1200℃～1250℃，开锻温度为1180℃～1200℃，成材温度为900℃～1150℃，终锻温度≥850℃。

进一步的，所述退火工艺为：将所述S2中的钢材加热到880℃时保温0.5h～2h后，随炉冷却至700℃(降温速度10-20℃/h)，再保温4h，最后随炉冷至350℃ 出炉空冷。

本发明所述模具钢中关键元素的作用：

(1)硅(Si)：硅是一个对铁素体进行置换固溶强化非常有效的元素，但同时在一定程度上降低钢的韧度和塑性。一般都将Si控制在钢脱氧需要的范围内。置换固溶强化一般会引起铁的球面对称畸变，它能与刃形位错产生弹性交互作用，一般不与螺形位错产生交互作用而阻止其运动。Si也是提高回火抗力的有效元素。Si降低碳在铁素体中的扩散速度，使回火时析出的碳化物不易聚集，增加回火稳定性。另外，Si虽然不推迟ε碳化物的生成，但它可固溶于ε 碳化物，并提高其稳定性，延迟ε→θ转变。第一类回火脆性与ε→θ转变和沿马氏体条间界分布形成连续薄膜有关，延迟ε→θ转变便意味着提高第一类回火脆性发生温度或抬高回火温度-硬度曲线，可使回火马氏体的ε碳化物与基体保持共格和均匀分布，使回火马氏体保持有良好的强韧性配合。含1％Si 相应可提高回火温度30℃～50℃。但是，Si加入量过多，会使碳化物聚集的过时效速度增大，以至于难以控制，这样，其加入量限制在0.60-0.80％是比较合适的。另外，Si易使钢呈现带状组织，使钢的横向性能比纵向性能差，也使钢的脆性转折温度升高；Si还具有促进钢的脱碳敏感性；但Si有利于高温抗氧化性的提高。

(2)钼(Mo)：钼是作为使钢具有二次硬化的主要合金元素加入的，这是由于在回火时马氏体中析出Mo2C造成。Mo可与C形成Mo2C和MoC合金碳化物，还可随回火温度升高转变为Mo6C。具有密排六方点阵的Mo2C在马氏体板条内，亚晶界上以平行的细针状(二维为层片状)析出。钢中加入W和V形成W2C，VC 的合金碳化物，也会具有二次硬化作用。另外再加入Cr可以强化二次硬化效应。但要注意，为使钢中W和V的碳化物溶解进入奥氏体中，需要采用较高的奥氏体化温度，易引起奥氏体晶粒粗化而带来不良影响，所以以优选Mo为最佳的二次硬化合金化元素。Mo具有比Cr更强烈的碳化物形成倾向，在5％Cr的热作模具钢中，Mo2C先于Cr7C3形成。M7C3不能作为二次硬化的高温强化相，而且它在回火马氏体中的形成是以原位析出(in-situ)机制，不会发生弥散析出。为此，Mo的二次硬化的硬化强度和其最大硬化强度对应的温度皆高于Cr的相应值，同时，Mo2C的过时效速度亦较低(即不易聚集长大)。这三个条件是衡量二次硬化有效性的三个主要指标。

本发明所述模具钢采用的热处理工艺为：

(1)作为冷挤压模具钢使用：淬火：1010℃～1030±10℃保温0.5h～1.5h，油冷，回火：500℃～530±10℃，保温2h，空冷或风冷，回火二次，模具硬度控制在HRC58-60；

(2)作为端子模具钢使用：淬火：1010℃～1030±10℃保温0.5h～1.5h，油冷，回火：540℃～560±10℃，保温2h，空冷或风冷，回火二次，模具硬度控制在HRC55-56；

(3)作为热挤压模具钢使用：淬火：1010℃～1030±10℃保温0.5h～1.5h，油冷，回火：580℃～600±10℃，保温2h，空冷或风冷，回火二次，模具硬度控制在HRC49-52；

(4)作为热锻模具钢使用：淬火：1010℃～1030±10℃保温0.5h～1.5h，油冷，回火：540℃～560±10℃，保温2h，空冷或风冷，回火二次，模具硬度控制在HRC55-56；

(5)作为热压铸模具钢使用：淬火：1010℃～1030±10℃保温0.5h～1.5h，油冷，回火：600℃～650±10℃，保温2h，空冷或风冷，回火二次，模具硬度控制在HRC45-48。

本发明的有益效果是：(1)其用作热作模具材料时，与现有热作模具钢4Cr5MoSiV1(H13)等相比具有更好的力学性能，即在保证良好韧性指标的前提下，具有更高的耐热温度，在650℃的工作环境下，仍然具有非常高的抗压强度； (2)其用作冷作模具材料时，与现有冷作模具钢Cr12Mo1V1(D2)等相比，由于大幅度降低了碳化物的析出，在增加模具强度的同时，大大提高了模具的韧性，延长了模具的使用寿命。

【具体实施方式】

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所述模具钢具体实验实施例：

(1)所述模具钢试样合金成分表：

表一：试样元素及成分含量(％)

(2)经热处理后的性能

取试样按1030±10℃加热，保温30min，油冷，分别以540℃、560℃、580℃ 以及600℃回火120min后进行实验，其力学性能指标见下表二。

表二：热处理工艺及力学性能

由上表可以看出，本发明所述模具钢与4Cr5MoSiV1(H13)相比，同等热处理工艺条件下，屈服强度高出200～300MPa，抗拉强度高出300～400MPa，同时还可以看出，在580℃回火时，所述模具钢的洛氏硬度比H13的洛氏硬度值要高 3.5-4.5HRC，横向(无缺口)冲击值高出10-20J，说明所述模具钢较H13有更高的耐热性，同等工作条件下，具有更高的冲击韧性指标，因而该材料是一款理想的热作模具材料，适合于高温环境下的压铸模具，锌、铝、镁、铜合金等热挤压成型模具、金属热锻成型模具用钢。同时，其回火组织较为细小，为回火索氏体组织，碳化物以细小的颗粒状和细长的针状两种形态呈弥散状均匀分布在基体中，组织较为均匀。

本发明所述模具钢，经1030±10℃保温60min，油冷，530±10℃保温120min 回火2次，其硬度值在HRC58-60之间。其组织为索氏体组织、均匀碳化物以及少量残余奥氏体，其也是一款理想的冷作模具用钢。适合用于精细冲裁用工、模具，刀片用钢，深拉、深冲压模具用钢，冷镦、冷压模具用钢等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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

1.一种通用型模具钢，其特征在于，所述模具钢的组成以及质量百分比为：C：0.50％～0.70％、Si：0.50％～0.80％、Mn：0.30％～0.60％、Mo：1.50％～1.80％、V：0.15％～0.50％、Cr：7.80％～8.50％、S：≤0.015％、P≤0.025％，其余为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种通用型模具钢，其特征在于，所述模具钢的组成以及质量百分比为：C：0.50％～0.70％、Si：0.70％～0.80％、Mn：0.30％～0.40％、Mo：1.60％～1.80％、V：0.45％～0.50％、Cr：7.80％～8.00％、S：≤0.010％、P≤0.020％，其余为Fe。

3.根据权利要求1所述的一种通用型模具钢，其特征在于，所述的Cr、Mo、V元素总含量为9.45％～10.80％。

4.根据权利要求1-3任一所述的通用型模具钢，其特征在于，所述模具钢的生产工艺为：S1、电炉冶炼和电渣重熔；S2、锻造成材；S3、退火；S4、超细化处理；S5、物理检验；S6、合格品精整入库。

5.根据权利要求4所述的一种通用型模具钢，其特征在于，所述电炉冶炼工艺为：使用电弧炉在1580℃～1600℃的温度下进行冶炼，且浇钢温度为1550℃～1580℃。

6.根据权利要求4所述的一种通用型模具钢，其特征在于，所述电炉冶炼工艺为：使用中频感应炉在1580℃～1600℃的温度下进行冶炼，且浇钢温度为1550℃～1580℃。

7.根据权利要求4所述的一种通用型模具钢，其特征在于，所述锻造成材工艺采用的加热温度为1200℃～1250℃，开锻温度为1180℃～1200℃，成材温度为900℃～1150℃，终锻温度≥850℃。

8.根据权利要求4所述的一种通用型模具钢，其特征在于，所述退火工艺为：将所述S2中的钢材加热到880℃时保温0.5h～2h后，随炉冷却至700℃，再保温4h，最后随炉冷至350℃出炉空冷。