CN109576596A - 一种具有高性能的模具钢及其制备方法 - Google Patents

一种具有高性能的模具钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有高性能的模具钢及其制备方法。该模具钢包括以下重量百分比的组分：0.8～1.5％C、1.0～2.0％Si、4.5～5％Cr、0.5～1.0％Mn、0.2～0.6％Mo、0.02～0.1％Al、0～0.05％MgO、0.01～0.05％CaF2、0.02～0.08％CaC2，余量为Fe；其制备方法为：(1)按配方将各组分混合，在惰性气体氛围下加热熔融，然后喷入CaF2、MgO和CaC2，继续熔融，收集钢水；(2)将钢水浇筑成件，加热，再升温；(3)将步骤(2)所得产物经锻造、淬火和回火处理即可。本发明制备得到的模具钢，夹杂物含量低，抗冲击韧性，抗冲击强度等性能显著提升。

Description

一种具有高性能的模具钢及其制备方法
技术领域
本发明属于模具钢制备技术领域，具体涉及一种具有高性能的模具钢及其制备方法。
背景技术
我国是世界上产钢最大的国家，2015年产钢约8亿吨，出口钢材1.1亿吨，但是在高端钢铁材料生产技术上仍和世界上先进国家存在较大差距，许多特种材料必须依赖进口，2015年进口390万吨高端特种材料，其中工模具钢约20万吨，价值约200亿元人民币。
模具为工业制造之母，60％的工业品需要使用模具来生产各种各样的产品，2015年模具产业产值已超过2万亿元人民币。每年消耗各种模具钢约1000多万吨。各种高端工业产品大量使用高性能模具钢来制造模具以提高产品的外覌，精度，使用寿命等性能。
高性能模具钢主要分为高性能热作模具钢，高性能精密塑料模具钢，高性能冷作模具钢，这些模具钢被广泛用于机械制造，汽车零部件制造，电子电器等行业的各种零部件制造，其典型特点就是用这些材料所制造的模具生产的零部件精度高，质量好，模具寿命长。由于高性能模具钢技术指标要求很高，有很高的技术门槛，而国内生产制备得到的模具钢其性能无法达到使用标准，这一巨大市场长期以来一直被国外先进企业的产品所占领，每年约有20万吨以上的高端模具材料必须依赖进口，产值约200亿元，以保证国内高端制造业的模具材料供应。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种具有高性能的模具钢及其制备方法，可有效解决模具钢性能不足的问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种具有高性能的模具钢，包括以下重量百分比的组分：
0.8～1.5％C、1.0～2.0％Si、4.5～5％Cr、0.5～1.0％Mn、0.2～0.6％Mo、0.02～0.1％Al、0～0.05％MgO、0.01～0.05％CaF2、0.02～0.08％CaC2，余量为Fe。
进一步地，包括以下重量百分比的组分：
0.8％C、1.0％Si、5％Cr、1.0％Mn、0.4％Mo、0.08％Al、0.02％MgO、0.03％CaF2、0.02％CaC2，余量为Fe。
进一步地，还包括0.4～1.0％的V。
进一步地，包括以下步骤：
(1)按配方将C、Si、Cr、Mn、Al、V和Mo混合，1500～2000℃在惰性气体氛围下加热熔融，然后喷入MgO、CaF2和CaC2，继续熔融3～5h，收集钢水；
(2)于10～15MPa的条件下，将钢水浇筑成件，然后800～900℃加热1～3h，再以100～200℃/h的速度升温至1000～1500℃，并保温1～2h；
(3)将步骤(2)所得产物置于1000～1200℃锻造1～2h，然后800～900℃淬火，150～300℃回火处理即可。
进一步地，步骤(2)中升温速率为120～180℃/h。
进一步地，升温速率为140℃/h。
进一步地，步骤(3)中淬火温度为860℃。
进一步地，步骤(3)中回火温度为160℃。
本发明的有益效果为：
1、本发明化学成分的配比更加合理，降低了碳和铬元素的含量使得钢的组织偏析状况得到很大的改善，从而使得高强韧性冷作模具钢的抗弯强度、网状碳化物等性能指标得到提高。
2、本方案配方中的钼和钒的含量既能保证模具钢基体中C的含量不至于过低，导致材料强度降低，又能使组织有较多的二次碳化物弥散析出，并使马氏体中保持足够的强度。
3、通过添加本发明配方中重量比的Cr和Si，能够提升制备得到的模具钢的氧化膜的致密性，提高其抗氧化性，同时，4.5～5％Cr的加入量还能提高钢材的回火抗力，另外，硅可以进一步阻止钢在马氏体转变后的回火过程中的分解，可提高钢在淬火后的抗弯强度和冲击性能。
4、配方中的碳化钙则能对钢水进行脱氧脱硫，并在惰性气氛的配合下进行熔融，能够使得钢水中的夹杂物含量降至最低，有效的保证了模具钢的强度等性能。
5、配方中含有铝，因此在制备钢水的过程中，会产生一定的三氧化二铝，而三氧化二铝与氟化钙、氧化镁和碳化钙配合，能够有效的提升体系的熔速，以提升制备模具钢的工作效率；另外，氧化镁可在钢水表面形成一层半凝固膜，不仅能降低生产过程中的热损失，还能防止氧、氢等元素进入钢水中，降低了钢水中夹杂物的含量。
6、本发明钢经过800～900℃淬火，150～300℃回火热处理之后，冲击韧性大幅提升，在相同的硬度状况下，其冲击韧性提高了1～2倍。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
一种具有高性能的模具钢，包括以下重量百分比的组分：
0.8％C、1.0％Si、5％Cr、1.0％Mn、0.4％Mo、0.08％Al、0.02％MgO、0.5％V、0.03％CaF2、0.02％CaC2，余量为Fe。
上述具有高性能的模具钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方将C、Si、Cr、Mn、Al、V和Mo混合，1500～2000℃在氩气氛围下加热熔融，然后喷入CaF2、MgO和CaC2，继续熔融3h，除杂，收集钢水；
(2)于10MPa的条件下，将钢水浇筑成件，然后900℃加热3h，再以140℃/h的速度升温至1300℃，并保温1h；
(3)将步骤(2)所得产物置于1000℃锻造1h，然后860℃淬火，160℃回火处理即可。
按GB/T10561-2005的A法检验与评级对制备得到的模具钢夹杂物进行检验，其中，A类(硫化物类)夹杂细系、粗系均为0.5级；B类(氧化铝类)夹杂细系为1.0级，粗系为0.5级；D类(单颗粒球状类)夹杂细系、粗系均为0.5级。
实施例2
一种具有高性能的模具钢，包括以下重量百分比的组分：
0.8％C、1.0％Si、4.5％Cr、0.5％Mn、0.2％Mo、0.02％Al、0.01％CaF2、0.02％CaC2，余量为Fe。
上述具有高性能的模具钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方将C、Si、Cr、Mn、Al和Mo混合，1500℃在氩气下加热熔融，然后喷入CaF2、CaC2，继续熔融5h，除杂，收集钢水；
(2)于15MPa的条件下，将钢水浇筑成件，然后800℃加热1h，再以100℃/h的速度升温至1500℃，并保温2h；
(3)将步骤(2)所得产物置于1200℃锻造2h，然后900℃淬火，300℃回火处理即可。
按GB/T10561-2005的A法检验与评级对制备得到的模具钢夹杂物进行检验，其中，A类(硫化物类)夹杂细系为1.5、粗系为1.5级；B类(氧化铝类)夹杂细系为1.5、粗系为1.0级；D类(单颗粒球状类)夹杂细系、粗系均为0.5级。
实施例3
一种具有高性能的模具钢，包括以下重量百分比的组分：
1.5％C、1.0％Si、5％Cr、1.0％Mn、0.4％Mo、0.1％Al、0.05％MgO、0.05％CaF2、0.08％CaC2，余量为Fe。
上述具有高性能的模具钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方将C、Si、Cr、Mn、Al和Mo混合，2000℃在惰性气体氛围下加热熔融，然后喷入CaF2、MgO和CaC2，继续熔融3h，除杂，收集钢水；
(2)于12MPa的条件下，将钢水浇筑成件，然后900℃加热1～3h，再以200℃/h的速度升温至1500℃，并保温2h；
(3)将步骤(2)所得产物置于1200℃锻造2h，然后900℃淬火，300℃回火处理即可。
按GB/T10561-2005的A法检验与评级对制备得到的模具钢夹杂物进行检验，其中，A类(硫化物类)夹杂细系、粗系均为1.0级；B类(氧化铝类)夹杂细系为1.0级，粗系为1.0级；D类(单颗粒球状类)夹杂细系、粗系均为0.5级。
对比例1
与实施例1相比，配方中缺少Cr以及MgO，其余均与实施例1相同。
按GB/T10561-2005的A法检验与评级对制备得到的模具钢夹杂物进行检验，其中，A类(硫化物类)夹杂细系、粗系均为1.5级；B类(氧化铝类)夹杂细系为1.5级，粗系为1.0级；D类(单颗粒球状类)夹杂细系、粗系均为0.5级。
对比例2
与实施例1相比，配方中缺少CaC2，其余均与实施例1相同。
按GB/T10561-2005的A法检验与评级对制备得到的模具钢夹杂物进行检验，其中，A类(硫化物类)夹杂细系、粗系均为1.0级；B类(氧化铝类)夹杂细系为1.0级，粗系为1.5级；D类(单颗粒球状类)夹杂细系、粗系均为0.5级。
对比例3
与实施例1相比，配方中缺少Cr、Si、MgO、CaF2和CaC2，其余均与实施例1相同。
按GB/T10561-2005的A法检验与评级对制备得到的模具钢夹杂物进行检验，其中，A类(硫化物类)夹杂细系、粗系均为2.0级；B类(氧化铝类)夹杂细系为1.5级，粗系为1.5级；D类(单颗粒球状类)夹杂细系、粗系均为1.0级。
检测
按照GB/T 1299-2014检测实施例1～3和对比例1～3中制备得到的模具钢的性能，其结果见表1。
表1模具钢性能参数
综上所述，本发明实施例1～3制备得到的模具钢的性能明显优于对比例1～3，其中尤以实施例1为最佳，表明只有在本发明方法和配方的配合下，才能制备得到拥有高性能的模具钢。

Claims (8)

1.一种具有高性能的模具钢，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：
0.8～1.5％C、1.0～2.0％Si、4.5～5％Cr、0.5～1.0％Mn、0.2～0.6％Mo、0.02～0.1％Al、0～0.05％MgO、0.01～0.05％CaF2、0.02～0.08％CaC2，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的具有高性能的模具钢，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：
0.8％C、1.0％Si、5％Cr、1.0％Mn、0.4％Mo、0.08％Al、0.02％MgO、0.03％CaF2、0.02％CaC2，余量为Fe。
3.根据权利要求1或2所述的具有高性能的模具钢，其特征在于，还包括0.4～1.0％的V。
4.权利要求3所述具有高性能的模具钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按配方将C、Si、Cr、Mn、Al、V和Mo混合，1500～2000℃在惰性气体氛围下加热熔融，然后喷入MgO、CaF2和CaC2，继续熔融3～5h，收集钢水；
(2)于10～15MPa的条件下，将钢水浇筑成件，然后800～900℃加热1～3h，再以100～200℃/h的速度升温至1000～1500℃，并保温1～2h；
(3)将步骤(2)所得产物置于1000～1200℃锻造1～2h，然后800～900℃淬火，150～300℃回火处理即可。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述升温速率为120～180℃/h。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述升温速率为140℃/h。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述淬火温度为860℃。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述回火温度为160℃。
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