CN109468535A

CN109468535A - 一种冷作模具钢及其制备工艺

Info

Publication number: CN109468535A
Application number: CN201811595286.7A
Authority: CN
Inventors: 周文成
Original assignee: Jinhu Tistel Hardware Products Co Ltd
Current assignee: Jinhu Tistel Hardware Products Co Ltd
Priority date: 2018-12-25
Filing date: 2018-12-25
Publication date: 2019-03-15

Abstract

本发明公开了一种冷作模具钢及其制备工艺，其由如下重量百分含量的化学元素组成：C：0.62%~0.88%，Si：0.60%~1.25%，Mn：0.3%~0.5%，P：≤0.03%，S：≤0.03%，Cr：6.45%~8.59%，W：≤0.5%，Mo：1.95%~2.95%，V：0.23%~0.51%，Co：0.7%~1.32%，余量为Fe。本发明加入了0.7%~1.32%的Co元素，使得本发明的模具钢具有高温红硬性佳的特点，满足当下高速和高温环境模具的选材。

Description

一种冷作模具钢及其制备工艺

技术领域

本发明属于合金领域，特别涉及一种冷作模具钢及其制备工艺。

背景技术

LD钢属于基体钢类型的冷作模具钢，具有较高的强韧性和耐磨性，冷、热加工的工艺优良，热处理畸变小，通用性强。LD钢的性能优于Cr12型高碳和高速钢W6Mo5Cr4V2，具有更高的强度和韧性，而且有较好的耐磨性，应用日益普遍。可用于制造螺栓冷镦切边模、冷镦光冲模、汽车弹簧冲孔模、自行车中轴冷挤压模、硅钢片冲模等各种模具，使用寿命比原用钢种(Cr12MoV、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、Cr12、GCr15、9SiCr)成倍甚至十余倍地提高。

但是，随着2018年9月份V合金的大幅涨价，50%V铁已达50万元/吨，在这前提下传统LD钢的生产成本急剧增加，而且，传统LD钢一般淬火温度在1080-1150之间，这样的条件下，V形成的碳化物不容易固溶，从而存在浪费资源和模具产品出现崩模或爆模现象。为使节约资源，提高钢的使用性能，开发一种低成本高性能的冷作模具钢来代替传统LD钢具有实际意义。

发明内容

针对传统LD钢的缺陷，本发明的目的在于，在LD钢的基础上，提供一种降成本改性冷作模具钢，降低V含量的同时，重新设计其他元素配比，使得模具钢获得趋于低温淬火的固溶组织；本发明的另一目的在于提供一种冷作模具钢的制备工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种冷作模具钢，由如下重量百分含量的化学元素组成：C：0.62%~0.88%，Si：0.60%~1.25%，Mn：0.3%~0.5%，P：≤0.03%，S：≤0.03%，Cr：6.45%~8.59%，W：≤0.5%，Mo：1.95%~2.95%，V：0.23%~0.51%，Co：0.7%~1.32%，余量为Fe。

本发明的进一步改进方案为：

一种冷作模具钢，由如下重量百分含量的化学元素组成：C：0.68%~0.76%，Si：0.8%~1.2%，Mn：0.35%~0.45%，P：≤0.03%，S：≤0.03%，Cr：6.5%~8.5%，W：≤0.5%，Mo：2.0%~2.5%，V：0.3%~0.45%，Co：0.75%~1.25%，余量为Fe。

本发明的更进一步改进方案为：

一种冷作模具钢的制备工艺，包括以下步骤：

第一步、冶炼：按照上述配比，将原料经过中频炉、炉外精炼、真空脱气或经过电炉、炉外精炼、真空脱气冶炼，冶炼后浇注成钢锭，将得到的钢锭进行等温球化退火；

第二步、锻轧：将第一步冶炼得到的钢锭锻轧成成品钢，将得到的成品钢进行等温球化退火；

第三步、淬火：将第二步得到的成品钢进行淬火处理，根据成品厚度设定淬火时间，随后回火3~5次，每次回火温度为540℃~560℃；

第一步中所述中频炉为15吨中频炉；所述电炉为10~30吨电炉。

第二步所述锻轧温度为950℃~1180℃。

所述等温球化退火为过程为：820℃~890℃下等温4h~6h，随炉冷却到720℃~760℃，等温4h~6h，随炉冷却至500℃，出炉空冷。

第三步所述淬火温度为1060℃~1100℃。

本发明的再进一步改进方案为：第一步冶炼得到的钢锭采用ESR再次提纯工艺得到ESR钢锭，ESR钢锭等温球化退火后再进入锻扎工艺。

所述ESR为电渣重熔工艺。

本发明的有益效果为：

本发明将传统LD钢中的V含量控制在0.3%~0.45%，大大降低了原料成本的同时降低了碳化物数量，使得模具钢的碳饱和度趋于低温淬火；

本发明用1%的Co元素代替1%的V元素，使得本发明的模具钢的C饱和度控制在下线，降低模具钢的淬火温度，可得良好的固溶组织；Co具有细化晶粒和碳化物的作用，搭配V和Mo起到组织细化的作用，再用球化退火实现完全退火，从而使本发明的模具钢更适用于模具选材；

本发明的冶炼利用中频炉+炉外精炼+真空脱气或电炉+炉外精炼+真空脱气提高钢的经济洁净度，降低钢中氧、氢、氮的含量，进一步提升钢的韧性。

具体实施方式

实施例1~4

表1 实施例1~4的化学元素组成及重量百分比

实施例1~4均按如下工艺制备冷作模具钢。

第一步、冶炼：按照表1的成分配比，将原料加入到15吨中频炉或者10~30吨电炉中初炼，再转去炉外精炼、真空脱气冶炼，再将冶炼后的钢水浇注成钢锭，将得到的钢锭进行等温球化退火，去除应力。

第二步、锻扎：将钢锭在950℃~1180℃进行锻轧得到成品钢，具体的，将钢锭进行十字等向锻造，形成中间坯，将中间坯进行等温退火，720℃~760℃，等温退火4h~6h，去除应力，再将中间坯经过轧制形成成品钢，成品钢等温球化退火。锻扎能破碎高速钢中的碳化物，可以细化颗粒、提高韧性和耐磨性。

所述等温球化退火过程为：820℃~890℃下等温4h~6h，随炉冷却到720℃~760℃，等温4h~6h，随炉冷却至500℃，出炉空冷。

第三步、淬火：将第二步得到的成品钢在1060℃~1100℃下进行淬火处理，根据成品厚度设定淬火时间，随后回火3~5次，每次回火温度为540℃~560℃。

实施例5~8

表2 实施例5~8的化学元素组成及重量百分比

实施例5~8均按如下工艺制备冷作模具钢。

第一步冶炼得到的钢锭采用ESR再次提纯工艺得到ESR钢锭，ESR钢锭等温球化退火后再进入锻扎工艺。ESR（电渣重熔）能够提纯金属获得结晶组织均匀致密的钢锭，经重熔的钢，纯度高、含硫低、非金属杂质少、钢锭表面光滑、结晶组织均匀致密、化学成分均匀。

其他工艺操作同实施例1~4。

本发明提供的冷作模具钢与LD钢的性能比较见表3，表3证明，本发明在降低了模具钢的生产成本的同时，提供的模具钢具有高强韧性和耐磨性，性能优于传统LD钢，适用于对性能要求高的模具领域，在多工位模仁的使用上更具有高性能。

表3 本发明提供的高速钢与M2的性能比较

	LD	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7	实施例8
										硬度	HRC59	HRC60	HRC60	HRC60	HRC60	HRC60	HRC60	HRC60	HRC60
冲击韧性/J	45	46	46	45	46	46	46	44	40
										成本/元/kg	42	33	33	33	33	33	33	33	33

Claims

1.一种冷作模具钢，其特征在于，由如下重量百分含量的化学元素组成：C：0.62%~0.88%，Si：0.60%~1.25%，Mn：0.3%~0.5%，P：≤0.03%，S：≤0.03%，Cr：6.45%~8.59%，W：≤0.5%，Mo：1.95%~2.95%，V：0.23%~0.51%，Co：0.7%~1.32%，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种冷作模具钢，其特征在于：由如下重量百分含量的化学元素组成：C：0.68%~0.76%，Si：0.8%~1.2%，Mn：0.35%~0.45%，P：≤0.03%，S：≤0.03%，Cr：6.5%~8.5%，W：≤0.5%，Mo：2.0%~2.5%，V：0.3%~0.45%，Co：0.75%~1.25%，余量为Fe。

3.一种冷作模具钢的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、冶炼：按照权利要求1或2的配比，将原料经过中频炉、炉外精炼、真空脱气或经过电炉、炉外精炼、真空脱气冶炼，冶炼后浇注成钢锭，将得到的钢锭进行等温球化退火；

第三步、淬火：将第二步得到的成品钢进行淬火处理，根据成品厚度设定淬火时间，随后回火3~5次，每次回火温度为540℃~560℃。

4.根据权利要求3所述的一种冷作模具钢的制备工艺，其特征在于：第一步冶炼得到的钢锭采用ESR再次提纯工艺得到ESR钢锭，ESR钢锭等温球化退火后再进入锻扎工艺。

5.根据权利要求3所述的一种冷作模具钢的制备工艺，其特征在于：第二步所述锻扎温度为950℃~1180℃。

6.根据权利要求3或4所述的一种高韧性高速钢的制备工艺，其特征在于：所述等温球化退火为过程为：820℃~890℃下等温4h~6h，随炉冷却到720℃~760℃，等温4h~6h，随炉冷却至500℃，出炉空冷。

7.根据权利要求3所述的一种冷作模具钢的制备工艺，其特征在于：第三步所述淬火温度为1060℃~1100℃。