CN117265407A - 一种抗龟裂模具钢材及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种抗龟裂模具钢材，通过引入少量的Nb，可对钢材的晶粒细化，降低降低钢材加工过程中的过热敏感性及回火脆性，避免钢材在淬火的过程中发生龟裂，提高材料强度，赋予钢材优异的使用性能。另一方面，本申请还通过对钢材先后进行淬火冷却、回火、氮化、研磨的处理方式，并在氮化前对钢材进行加工放电，对钢材内部的结构进行精细化调控，降低钢材在高温和低温下的脆性，减少钢材在加工和使用过程中出现龟裂的情况。
Description
技术领域
本申请涉及钢材及模具加工技术领域，尤其是涉及一种抗龟裂模具钢材及其制备工艺。
背景技术
钢材料在制作过程中，由于原料来源和制备工艺的选择，难免会在钢材中引入P和S，P的引入会增加钢材的冷脆性，使焊接性能变差，降低材料的塑形，使冷弯性能变差，在冷淬过程中会出现龟裂，而S的引入则会使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性。钢材的冷脆性和热脆性致使其在加工过程中，表面对温度较为敏感，严重时在钢材表面出现裂纹，影响钢材的强度和正常使用。
发明内容
为了解决上述至少一种技术问题，开发一种抗龟裂模具钢材及其制备工艺。
一方面，本申请提供了一种抗龟裂模具钢材，所述抗龟裂模具钢材由钢材制得，所述钢材的成分重量百分比为：C：0.46-0.56％、Si:0.34-0.65％、Mn：0.6-0.66％、Nb：0.18-0.27％、P≤0.05％、S≤0.003％、Cr：3.1-4.2％、Mo：1.1-1.65％、V：0.37-0.52％、Ni：0.22-0.4％，余量为Fe及不可避免的杂质。
另一方面，本申请提供了一种抗龟裂模具钢材的制备工艺，包括如下步骤：
S1、将所述钢材加热到1150-1200℃后，保温10-12h，然后冷却到1100-1150℃进行锻造；
S2、球化退火：将锻造后的所述钢材在氮气环境中加热至800-900℃，均热后，在炉中以10-15℃/h的降温速率冷却到500-600℃，再在空气中冷却；
S3、淬火冷却：将步骤S2处理后的所述钢材加热至预设温度后，在氮气环境下，降温到10-30℃；
S4、回火；
S5、氮化处理：在所述钢材表面形成一层氮化层；
S6、研磨：将所述钢材表面研磨平整，制得所述模具钢材。
在上述技术方案中，可选的，在步骤S3中，所述预设温度为1020-1050℃。
在上述技术方案中，可选的，在步骤S4中，回火过程按照如下方式进行：将所述钢材加热至560-600℃后，保温2-3h后冷却至10-30℃。
在上述技术方案中，可选的，在步骤S4中，回火前需进行加工放电，所述加工放电的温度为530-580℃。
在上述技术方案中，可选的，在步骤S5中，所述氮化处理的温度为500-525℃。
在上述技术方案中，可选的，所述氮化处理的时间为20-35h。
在上述技术方案中，可选的，在步骤S3中，降温前需进行保温，保温的时间为10-12h。
在上述技术方案中，可选的，在步骤S6中，研磨采用砂轮进行。
在上述技术方案中，可选的，所述抗龟裂模具钢材的冲击韧性为165-210J/cm2。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请提供的抗龟裂模具钢材，通过引入少量的Nb，可对钢材的晶粒细化，降低降低钢材加工中的过热敏感性及回火脆性，避免钢材在淬火的过程中发生龟裂，提高材料强度，赋予钢材优异的使用性能。
2.本申请通过对钢材先后进行淬火冷却、回火、氮化、研磨的处理方式，并在氮化前对钢材进行加工放电，对钢材内部的结构进行精细化调控，降低钢材在高温和低温下的脆性，减少钢材在加工和使用过程中出现龟裂的情况。
附图说明
图1为本申请的实施例1制得的抗龟裂模具钢材的金相组织图；
图2为本申请的对比例1制得的抗龟裂模具钢材的金相组织图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本申请作进一步详细说明。
一方面，本申请设计了一种抗龟裂模具钢材，上述抗龟裂模具钢材由钢材制得，钢材的成分重量百分比为：C：0.46-0.56％、Si:0.34-0.65％、Mn：0.6-0.66％、Nb：0.18-0.27％、P≤0.05％、S≤0.003％、Cr：3.1-4.2％、Mo：1.1-1.65％、V：0.37-0.52％、Ni：0.22-0.4％，余量为Fe及不可避免的杂质。
通过上述技术方案，向钢材中加入少量的Nb能细化晶粒和降低钢材加工中的过热敏感性及回火脆性，避免钢材在淬火的过程中发生龟裂，提高材料强度，赋予钢材优异的使用性能。
另一方面，本申请还提供了上述抗龟裂模具钢材的制备工艺，包括如下步骤：
S1、将钢材加热到T1＝1150-1200℃后，保温t1＝10-12h，然后冷却到T2＝1100-1150℃进行锻造；
S2、球化退火：将锻造后的钢材在氮气环境中加热至T3＝800-900℃，均热后，在炉中以V1＝10-15℃/h的降温速率冷却到T4＝500-600℃，再在空气中冷却；
S3、淬火冷却：将步骤S2处理后的钢材加热至1020-1050℃，保温10-12h；然后，在氮气环境下，以V2＝40-45℃的降温速率逐渐降低到10-30℃；
S4、回火：回火前先对钢材进行放电加工，且回火温度高于放电加工温度20-30℃；
S5、氮化：在500-525℃下进行氮化处理，氮化时间为20-35h，即可在钢材表面生成一层较硬的氮化层；
S6、研磨：采用削边、柔软及开放晶粒式的砂轮，研磨含有氮化层的钢材，直至钢材表面平整，制得模具钢材；为确保研磨效果和降低裂纹敏感性，研磨过程可在钢材表面喷涂研磨冷却液。
通过上述技术方案，可利用淬火冷却、回火、氮化几个步骤，对钢材内部的结构进行精细化调控，降低钢材在高温和低温下的脆性，避免钢材在加工和使用过程中出现龟裂。
在上述技术方案中，可选的，在步骤S4中，回火过程按照如下方式进行：将钢材加热至560-600℃后，保温t2＝2-3h后冷却至10-30℃，然后进行二次回火，两次回火的条件相同。
在上述技术方案中，可选的，在步骤S4中，加工放电的温度为530-580℃。
在上述技术方案中，可选的，在步骤S6中，研磨的过程的研磨速度为8-10rpm，研磨的速度过低，研磨不充分。
在上述技术方案中，可选的，在步骤S6中，研磨冷却液为常用的冷却液。
实施例1
本实施例制备了一种抗龟裂模具钢材，上述抗龟裂模具钢材由钢材制得，钢材的原料成分重量百分比为：C：0.46％、Si:0.34％、Mn：0.6％、Nb：0.18％、P：0.05％、S：0.003％、Cr：3.1％、Mo：1.1％、V：0.37％、Ni：0.22％，余量为Fe及不可避免的杂质。
上述抗龟裂模具钢材的制备工艺，包括如下步骤：
S1、将钢材加热到1150℃后，保温10h，然后冷却到1100℃进行锻造；
S2、球化退火：将钢材在氮气环境中加热至800℃，均热后，在炉中以10℃/h的速度冷却到500℃，再于空气中冷却；
S3、淬火冷却：将步骤S2处理后的钢材加热至1020℃，保温10h；然后，在氮气环境下，以40℃的降温速率逐渐降低到25℃；
S4、回火：回火前先对钢材进行放电加工，放电加工的温度为540℃，回火过程按照如下方式进行：将钢材加热至560℃后，保温2h后冷却至25℃，然后进行二次回火，两次回火的条件相同；
S5、氮化：在500℃下进行氮化处理，氮化时间为20h，即可在钢材表面生成一层较硬的氮化层；
S6、研磨：采用削边、柔软及开放晶粒式的砂轮，研磨含有氮化层的模具，直至钢材表面平整，制得模具钢材；为确保研磨效果和降低钢材的表面裂纹敏感性，研磨过程喷涂乙二醇型研磨冷却液。本实施例制得的模具钢材的金相组织图如图1所示，从图中可以看出模具表面无龟裂出现。
实施例2至8
实施例2至8与实施例1的区别在于：钢材的原料成分配方与实施例1不同，其它步骤与实施例1相同。实施例1至8的抗龟裂模具钢材的成分配方及对应条件下制得的模具钢材的性能如表1至表2所示，从表2可以看出在本申请给出的成分配方下，能够制得性能优异的模具钢材。
表1实施例1至8的抗龟裂模具钢材的成分配方
表2实施例1至8制得的模具钢材的性能对比
实施例9至11
实施例9至11与实施例5的区别在于：在步骤S3中，加热温度与实施例5不同，其它步骤均与实施例5相同。实施例9至11的加热温度及对应条件下制得的模具钢材的性能如表3所示，结果表明在一定的加热温度范围内对模具钢材进行处理，可以有效提高模具钢材的冲击韧性，这是因为，在一定的温度下加热球化退火后的钢材，可对钢材内部的结构和组织进行调控，提升模具的强度。
表3实施例5和实施例9至11的加热温度及对应条件下制得的模具钢材的性能对比
| 项目 | 温度(℃) | 冲击韧性(J/cm2) |
| 实施例5 | 1020 | 176 |
| 实施例9 | 1030 | 181 |
| 实施例10 | 1040 | 179 |
| 实施例11 | 1050 | 175 |
实施例12至14
实施例12至14与实施例10的区别在于：在步骤S4中，回火的温度与实施例10不同，其它步骤均与实施例10相同，实施例10和实施例12至14的回火温度及对应条件下制得的模具钢材的性能对比如表4所示。
表4实施例10和实施例12至14的回火温度及对应条件下制得的模具钢材的性能对比
| 项目 | 温度(℃) | 冲击韧性(J/cm2) |
| 实施例10 | 560 | 181 |
| 实施例12 | 580 | 185 |
| 实施例13 | 590 | 183 |
| 实施例14 | 600 | 182 |
实施例15至16
实施例15至16与实施例13的区别在于：在步骤S4中，加工放电的温度与实施例13不同，其它步骤与实施例13相同，实施例13和实施例15至16的加工放电温度及对应条件下制得的模具钢材的性能对比如表5所示。
表5实施例13和实施例15至16的加工放电温度及对应条件下制得的模具钢材的性能对比
| 项目 | 温度(℃) | 冲击韧性(J/cm2) |
| 实施例13 | 530 | 185 |
| 实施例15 | 550 | 191 |
| 实施例16 | 560 | 189 |
| 实施例17 | 580 | 187 |
实施例18至19
实施例18至19与实施例16的区别仅在于：在步骤S5中，氮化处理的温度与实施例16不同，其它步骤与实施例16相同，实施例16和实施例18至19的氮化温度及对应条件下制得的模具钢材的性能对比如表6所示。
表6实施例16和实施例18至19的氮化温度及对应条件下制得的模具钢材的性能对比
实施例20至21
实施例20至21与实施例18的区别在于：在步骤S3中，保温时间与实施例18不同，其它步骤与实施例18相同，实施例18和实施例20至21的保温时间及对应条件下制得的模具的性能对比如表7所示。
表7实施例18和实施例20至21的保温时间及对应条件下制得的模具钢材的性能对比
| 项目 | 保温时间(h) | 冲击韧性(J/cm2) |
| 实施例18 | 10 | 195 |
| 实施例20 | 11 | 199 |
| 实施例21 | 12 | 197 |
实施例22至23
实施例22至23与实施例20的区别在于：在步骤S5中，氮化时间与实施例20不同，其它步骤与实施例20相同，实施例20和实施例22至23的氮化时间及对应条件下制得的模具钢材的性能对比如表8所示。
表8实施例20和实施例22至23的氮化时间及对应条件下制得的模具钢材的性能对比
| 项目 | 氮化时间(h) | 冲击韧性(J/cm2) |
| 实施例20 | 20 | 199 |
| 实施例22 | 28 | 203 |
| 实施例23 | 35 | 201 |
实施例24至30
实施例24至30与实施例22的区别在于：制备过程中的工艺参数与实施例22不同，其它步骤与实施例22相同，实施例22和实施例24至30的工艺参数及对应条件下制得的模具性能对比分别如表9至表10所示，结果表明，钢材加工过程中加热锻造、球化退火、淬火冷却、回火、氮化过程的条件会影响最终制得的模具的性能。
表9实施例22和实施例24至30的工艺参数
实施例31
实施例31与22的区别在于：不经过研磨处理，其它步骤与实施例1相同。实施例22和实施例24至31制得的模具钢材性能对比如表10所示，从表中数据可以看出再本申请给出的工艺参数下可以制得性能优异的模具钢材。
表10实施例22和实施例24至31制得的模具钢材性能对比
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于：不包含步骤S3中淬火冷却的步骤，其它步骤与实施例1相同。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于：在步骤S4中，回火前不进行放电加工，其它步骤与实施例1相同。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于：不经过氮化处理，其它步骤与实施例1相同。实施例1和对比例1至3制得的模具性能如表11所示，结果表明应用实施例1制得的模具性能更为优异，这是因为：经过淬火冷却、回火、氮化后，可对钢材内部的晶体结构进行调整，降低了钢材在高温和低温下的脆性，提升了钢材的冲击韧性和强度，而经过研磨处理后，使钢材表面更平整，能够有效降低钢材的表面敏感性，降低后续加工过程中钢材发生龟裂的可能。
表11实施例1和对比例1至3制得的模具钢材性能
| 项目 | 冲击韧性(J/cm2) |
| 实施例1 | 165 |
| 对比例1 | 127 |
| 对比例2 | 152 |
| 对比例3 | 145 |
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种抗龟裂模具钢材，其特征在于，所述抗龟裂模具钢材由钢材制得，所述钢材的成分重量百分比为：C：0.46-0.56%、Si: 0.34-0.65%、Mn：0.6-0.66%、Nb：0.18-0.27%、P≤0.05%、S≤0.003%、Cr：3.1-4.2%、Mo：1.1-1.65%、V：0.37-0.52%、Ni：0.22-0.4%，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.一种权利要求1所述的抗龟裂模具钢材的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将所述钢材加热到1150-1200℃后，保温10-12h，然后冷却到1100-1150℃进行锻造；
S2、球化退火：将锻造后的所述钢材在氮气环境中加热至800-900℃，均热后，在炉中以10-15℃/h的降温速率冷却到500-600℃，再在空气中冷却；
S3、淬火冷却：将步骤S2处理后的所述钢材加热至预设温度后，在氮气环境下，降温到10-30℃；
S4、回火；
S5、氮化处理：在所述钢材表面形成一层氮化层；
S6、研磨：将所述钢材表面研磨平整，制得所述模具钢材。
3.根据权利要求2所述的抗龟裂模具钢材的制备工艺，其特征在于，在步骤S3中，所述预设温度为1020-1050℃。
4.根据权利要求2所述的抗龟裂模具钢材的制备工艺，其特征在于，在步骤S4中，回火过程按照如下方式进行：将所述钢材加热至560-600℃后，保温2-3h后冷却至10-30℃。
5.根据权利要求2所述的抗龟裂模具钢材的制备工艺，其特征在于，在步骤S4中，回火前需进行加工放电，所述加工放电的温度为530-580℃。
6.根据权利要求2所述的抗龟裂模具钢材的制备工艺，其特征在于，在步骤S5中，所述氮化处理的温度为500-525℃。
7.根据权利要求6所述的抗龟裂模具钢材的制备工艺，其特征在于，所述氮化处理的时间为20-35h。
8.根据权利要求3所述的抗龟裂模具钢材的制备工艺，其特征在于，其特征在于，在步骤S3中，降温前需进行保温，保温的时间为10-12h。
9.根据权利要求2所述的抗龟裂模具钢材的制备工艺，其特征在于，其特征在于，在步骤S6中，研磨采用砂轮进行。
10.一种根据权利要求9所述的抗龟裂模具钢材的制备工艺制得的抗龟裂模具钢材，其特征在于，所述抗龟裂模具钢材的冲击韧性为165-210J/cm2。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311273120.4A CN117265407A (zh) | 2023-09-28 | 2023-09-28 | 一种抗龟裂模具钢材及其制备工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311273120.4A CN117265407A (zh) | 2023-09-28 | 2023-09-28 | 一种抗龟裂模具钢材及其制备工艺 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117265407A true CN117265407A (zh) | 2023-12-22 |
Family
ID=89205922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311273120.4A Pending CN117265407A (zh) | 2023-09-28 | 2023-09-28 | 一种抗龟裂模具钢材及其制备工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117265407A (zh) |
-
2023
- 2023-09-28 CN CN202311273120.4A patent/CN117265407A/zh active Pending
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