CN110205562A - 一种模具钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模具钢，其特征在于，化学组分按质量百分比计，包括：0.65‑0.72％的C，0.40‑0.60％的Si，0.25‑0.40％的Mn，小于等于0.025％的P，小于等于0.010％的S，6.00‑6.80％的Cr，4.20‑4.80％的Mo，2.60‑3.50％的W，0.70‑0.90％的V，2.60‑3.20％的Co，0.10‑0.15％的Nb,0.30‑0.40％的Ni余量为铁和不可避免的杂质。本发明提高C含量Mo含量加入W元素加入Co元素，加入Nb元素变质处理，加入Ni元素后，材料的韧性及耐磨性提高，使用寿命比现有材料提高15‑20％的。

Description

一种模具钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及模具钢技术领域，具体是一种模具钢及其制备方法。

背景技术

林业旋片机旋切刀盘转速每分钟高达数百及上千转，木材纤维组织坚韧且不均匀、弹性回复大，导热性差，再加上旋切时圆木不经固定，跳动剧烈，旋切刀片的工况十分恶劣。其失效形式为磨损和早期失效。其中以磨损多见。刀片工作时,刃口部与木材组织高速接触挤压,强烈摩擦产生高热,使刀片过回火,木材中的有机物也借机与合金元素结合形成有机金属化合物,故磨损是机械、过热和化学三者共同作用的综合结果。刀片用钝后,切削力和切削温度激增,使机器振动加剧乃至无法运行。早期失效为刀片在装机后不久就发生崩刃、卷刃、表面剥落,甚至断裂而酿成严重事故。由此可见,旋切刀片用钢需有合适的硬度保证刃口锋利耐磨、良好的强韧配合保障刀体的抗冲击性能,以及一定的回火抗力和耐蚀性。林业旋片刀和木工刀具，目前市场上主要使用模具钢、高速钢和粉末高速钢。在载荷低强度要求不高韧性要求较高的相关领域主要主要使用模具钢，载荷较高红硬性要求较高的相关领域使用高速钢和粉末钢。

载荷高红硬性要求较高的相关领域使用高速钢，高速钢合金含量高，红硬性能满足需求，但韧性不足，容易发生早期失效崩刃；粉末钢价格较高，导致成本大幅度增加。

发明内容

为解决载荷高的木工刀具在使用过程中易崩刃成本高的缺点，本发明提供一种木工刀具用模具钢，具有优异的耐磨性、韧性以及可加工性，淬火后极易得到细晶组织，使用成本较低。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种模具钢，化学组分按质量百分比计，包括：0.65-0.72％的C，0.40-0.60％的Si，0.25-0.40％的Mn，小于等于0.025％的P，小于等于0.010％的S，6.00-6.80％的Cr，4.20-4.80％的Mo，2.60-3.50％的W，0.70-0.90％的V，2.60-3.20％的Co，0.10-0.15％的Nb,0.30-0.40％的Ni余量为铁和不可避免的杂质。

一种模具钢的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备钢锭，钢锭的制备有两种方案：

1)采用中性坩埚将合金和返回料熔化倒入钢包，经LF炉外精炼，VD炉真空脱气浇注为R120电极棒，再经电渣重熔冶炼或连续冷却抽锭式电渣重熔冶炼为φ315电渣锭。

2)采用中性坩埚将合金和返回料熔化倒入钢包，经ESF炉外精炼，喷射成形直接沉积为钢锭。

(2)将钢锭进行退火处理，退火工艺的步骤如下：

1)将所述扁钢放入加热炉中，以90-100℃/h的速率升温至780℃，保温6-8h；

2)将所述电渣锭以90-100℃/h的速率升温至880-890℃，保温5.5-7h；

3)将所述扁钢将以≥50℃/h的速率快速降温至800℃；

4)将所述扁钢从800℃缓降到680℃，时间为9-11小时；

5)打开所有散热口，随炉冷到550℃出炉。

(3)钢锭经退火后经环形炉加热，加热温度在再结晶温度以上，1090℃加热，加热后由精锻机锻造为140方。

(4)方坯经760℃余热退火后经φ600轧机轧制为φ65-72圆钢，退火矫直精整，φ65-72圆钢经φ430轧机轧制为5.5×80×L的扁钢。

(1)所述扁钢产品经1020℃油淬，520℃回火的球化退火工艺处理，然后成为木工刀具的制备材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)淬火后极易得到细晶组织

2)提高C含量Mo含量加入W元素加入Co元素，加入Nb元素变质处理，加入Ni元素后，材料的韧性及耐磨性提高，使用寿命比现有材料提高15-20％的。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

实施例一

一种模具钢，包括以下质量百分比的组分：0.68％的C，0.50％的Si，0.30％的Mn，0.025％的P，0.010％的S，6.50％的Cr，4.50％的Mo，2.80％的W，0.80％的V，2.80％的Co，0.13％的Nb,0.35％的Ni，余量为铁和不可避免的杂质。

一种模具钢的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用中性坩埚将合金和返回料熔化倒入钢包，经LF炉外精炼，VD炉真空脱气浇注为R120电极棒，再经电渣重熔冶炼或连续冷却抽锭式电渣重熔冶炼为φ315电渣锭。

(2)将钢锭进行退火处理，退火工艺的步骤如下：

1)将所述扁钢放入加热炉中，以90-100℃/h的速率升温至780℃，保温6-8h；

2)将所述电渣锭以90-100℃/h的速率升温至880-890℃，保温5.5-7h；

3)将所述扁钢将以≥50℃/h的速率快速降温至800℃；

4)将所述扁钢从800℃缓降到680℃，时间为9-11小时；

5)打开所有散热口，随炉冷到550℃出炉。

(3)钢锭经退火后经环形炉加热，加热温度在再结晶温度以上，1090℃加热，加热后由精锻机锻造为140方。

(4)方坯经760℃余热退火后经φ600轧机轧制为φ65-72圆钢，退火矫直精整，φ65-72圆钢经φ430轧机轧制为5.5×80×L的扁钢。

(5)扁钢经过特定的球化退火工艺，然后成为木工刀具的制备材料；所述扁钢产品经1020℃油淬，520℃回火，回火后硬度达到63HRC，晶粒度达到11级，冲击韧性为30J。

实施例二

一种模具钢，包括以下质量百分比的组分：0.70％的C，0,45％的Si，0.30％的Mn，0.025％的P，0.010％的S，6.50％的Cr，4.60％的Mo，3.00％的W，0.80％的V，3.00％的Co，0.15％的Nb,0.40％的Ni，余量为铁和不可避免的杂质。

一种模具钢的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用中性坩埚将合金和返回料熔化倒入钢包，经ESF炉外精炼，喷射成形直接沉积为钢锭。

(2)将钢锭进行退火处理，退火工艺的步骤如下：

1)将所述扁钢放入加热炉中，以90-100℃/h的速率升温至780℃，保温6-8h；

2)将所述电渣锭以90-100℃/h的速率升温至880-890℃，保温5.5-7h；

3)将所述扁钢将以≥50℃/h的速率快速降温至800℃；

4)将所述扁钢从800℃缓降到680℃，时间为9-11小时；

5)打开所有散热口，随炉冷到550℃出炉。

(3)钢锭经退火后经环形炉加热，加热温度在再结晶温度以上，1090℃加热，加热后由精锻机锻造为140方。

(4)方坯经760℃余热退火后经φ600轧机轧制为φ65-72圆钢，退火矫直精整，φ65-72圆钢经φ430轧机轧制为5.5×80×L的扁钢。

(5)扁钢经过特定的球化退火工艺，然后成为木工刀具的制备材料；所述扁钢产品经1020℃油淬，520℃回火，回火后硬度达到63HRC，晶粒度达到11级，冲击韧性为30J。

本发明通过提高C含量Mo含量加入W元素加入Co元素，加入Nb元素变质处理，加入Ni元素提高热稳定性的多元复合的设计原则，综合考虑不同元素碳化物在淬火过程中溶入奥氏体的规律与其细化晶粒的作用，采用专用工艺制备，使其具有优异的耐磨性、韧性以及可加工性，淬火后极易得到细晶组织。

C元素的作用，C元素是碳化物的组成元素之一，部分元素固溶于基体，提高基体强度；C元素含量不高于0.72％，以保证钢水在凝固过程中不产生或者少产生莱氏体组织；C元素不低于0.65％，以保证热处理后达到合适的硬度。

W元素的作用，W元素是中碳化物形成元素，与碳元素形成M₆C碳化物，该碳化物阻止晶粒的长大，提高钢的高温硬度及耐磨性；W元素含量不高于3.50％。以保证钢水在凝固过程中少产生M₆C骨骼状的莱氏体组织，防止后期热加工难以破碎，影响钢的塑性；W元素不低于2.60％，以保证形成足够的碳化物，提高钢的耐磨性。

Mo元素的作用，Mo元素是中碳化物形成元素，在非平衡冷却情况下，Mo元素形成的碳化物发生相变，产生亚稳态的M₂C碳化物，呈片状的、扇形分布的M2C在凝固后冷却后进行锻造加热、保温时分解为细小的M₆C+MC，并使其易于分布均匀，增加钢的韧性并提高其热塑性。提高碳化物的稳定性以及钢的强度耐磨性。

Cr元素的作用，Cr元素不低于6.00％以保证极大减少珠光体中碳的浓度及奥氏体中碳的极限溶解度，促进了碳化物的析出，提高钢的强度与硬度，减缓奥氏体分解速率，显著提高钢的淬透性；Cr元素不高于6.80％以保证大颗粒M₂₃C₆碳化物的含量小于10％，以保证钢的韧性，防止使用过程中崩刃。

V元素的作用，V元素是强碳化物形成元素，在钢中与C元素结合形成高硬度、高强度的MC碳化物，是钢耐磨性的决定性组织因素。溶解的V元素能大大加强钢的二次硬化，而保留的碳化物VC则可大大增加钢的耐磨性。但高的V元素含量又在一定程度上降低了产品的可加工性，也易在刀具使用过程中产生崩刃。因此本发明设计V元素的含量为0.70～0.90％。V元素的含量不低于0.70％，以保证能够形成足够数量的MC碳化物，当V的含量低于0.30％时，MC碳化物的数量相应减少，使钢的耐磨性和切削性能降低。V的最大含量不高于0.90％，以保证钢的可加工性以及抗崩刃能力。

Si元素强化铁素体，增强钢热处理的二次硬化能力，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性，本发明Si控制在0.40-0.60％。

Mn元素使得切削容易碎断，有利于提高加工表面的质量。S是非金属夹杂物形成元素，为改善消除S与Fe等其它元素形成低熔点非金属夹杂的危害，控制适量Mn与S形成MnS，但MnS在压延方向延伸分布，使压延方向的韧性降低，希望S含量越低越好，本发明要求S≤0.010％，Mn控制在0.25-0.40％。

Co元素和铁形成连续固溶体，Co在使用过程中阻抑、延缓其他元素碳化物的析出和聚集，明显提升钢的热强性和高温硬度，本发明，Co控制在2.60-3.20％。

Ni元素和铁无限固溶，扩大铁的奥氏体区，降低A₃点，稳定奥氏体，降低各元素的扩散速率，提高淬透性，提高钢的强度，提高钢的疲劳抗力，本发明，Ni控制0.30-0.40％。

Nb元素细化晶粒，提高钢的淬透性和淬火后耐回火性，本发明，Nb控制0.10-0.15％。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种模具钢，其特征在于，化学组分按质量百分比计，包括：0.65-0.72％的C，0.40-0.60％的Si，0.25-0.40％的Mn，小于等于0.025％的P，小于等于0.010％的S，6.00-6.80％的Cr，4.20-4.80％的Mo，2.60-3.50％的W，0.70-0.90％的V，2.60-3.20％的Co，0.10-0.15％的Nb,0.30-0.40％的Ni余量为铁和不可避免的杂质。

2.一种模具钢的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备钢锭，钢锭的制备有两种方案：

1)采用中性坩埚将合金和返回料熔化倒入钢包，经LF炉外精炼，VD炉真空脱气浇注为R120电极棒，再经电渣重熔冶炼或连续冷却抽锭式电渣重熔冶炼为φ315电渣锭。

2)采用中性坩埚将合金和返回料熔化倒入钢包，经ESF炉外精炼，喷射成形直接沉积为钢锭。

(2)将钢锭进行退火处理，退火工艺的步骤如下：

1)将所述扁钢放入加热炉中，以90-100℃/h的速率升温至780℃，保温6-8h；

2)将所述电渣锭以90-100℃/h的速率升温至880-890℃，保温5.5-7h；

3)将所述扁钢将以≥50℃/h的速率快速降温至800℃；

4)将所述扁钢从800℃缓降到680℃，时间为9-11小时；

5)打开所有散热口，随炉冷到550℃出炉。

(3)钢锭经退火后经环形炉加热，加热温度在再结晶温度以上，1090℃加热，加热后由精锻机锻造为140方。

(4)方坯经760℃余热退火后经φ600轧机轧制为φ65-72圆钢，退火矫直精整，φ65-72圆钢经φ430轧机轧制为5.5×80×L的扁钢。

(5)扁钢产品经1020℃油淬，520℃回火的球化退火工艺处理，然后成为木工刀具的制备材料。