CN1904122A - 高性能热作模具钢 - Google Patents

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Abstract

本发明的高性能热作模具钢，包括以下含量按重量百分比计的化学成分：C：0.70～1.98，Si：0.30～1.50，Mn：0.20～0.70，Cr：0.80～2.00，W：0.80～1.40，Mo：1.00～1.80，Ni：1.00～3.00，V：0.30～1.20，Bi：0.01～0.02，稀土硅镁：0.05～0.08，P＜0.03，S＜0.03，余量为Fe及不可避免的微量杂质。该模具钢的HRC硬度可经退火和淬火等热处理在20～60度范围内按需进行调整。本发明模具钢有足够的机械强度和韧性，更具有优良的抗热氧化性和冷热冲击性及抗热耐磨性与抗铝液浸蚀的性能，机械加工成模具后，只需淬火、回火恢复提高到需要的硬度，不需作“氮化”表面热处理，就可投入生产使用，在其整个使用寿命过程中，也不需作“氮化”处理。

Description

高性能热作模具钢
技术领域
本发明涉及一种热作模具钢，特别涉及一种适宜制作铝材热挤压模和铝合金液热压铸模及钢热锻模的高性能热作模具钢。
背景技术
在现代大工业生产中，特别是在生产制造铝合金热挤压材料，汽车、摩托车的铝合金热压铸零件，热模锻钢零件等的大规模生产中，都必须使用和消耗大量的专用模具和合金钢材料。目前，这些模具都是选用优质的合金钢材料如4Cr5MoSiV(通常称为“H13钢”)和3Cr2W8V等模具钢制成。它们一般都要通过钢坯锻造、退火、机械加工成型、淬火、回火、精加工、“氮化”表面硬化热处理等工序，然后才能投入生产使用。如建筑铝型材生产中使用的热挤压模在生产使用过程中，上一次机挤压2吨左右铝型材后，其模具工作带表面的“氮化”层被磨损掉了，就必须将模具拆下来精修后再次“氮化”处理，才能继续上机使用。一般情况下，铝挤压模具最多重复“氮化”四至五次，累计挤压生产10吨左右铝材，模具型腔壁变薄，使其工作带尺寸发生变化，挤出的铝材厚度变大而超标，这时模具就得报废了。如此每年要消耗大量的模具及钢材。
在钢材的热模锻件生产中，目前常用H13钢或3Cr2W8V钢作热锻模具，这种热锻模一般在连续锻造几十个零件后，模具温度就会升高到200～500℃以上，就不能再锻打了，必须拆下来慢慢冷却后才能再行使用。冷却过程中，不能用喷水的方法快速冷却模具，因为冷却得太快太急，很容易使模具产生裂纹而报废。同时，这种热锻模具一般锻造了几百个零件后，型腔内表面会产生“龟裂”，若继续使用，这种细小裂纹很快就会变大而不能再用了。虽然龟裂后的型腔可以通过铣深去掉，但铣深使型腔模越来越薄，最后报废不能使用。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供的高性能热作模具钢，包括以下含量按重量百分比计的化学成分：
C：0.70～1.98，Si：0.30～1.50，Mn：0.20～0.70，Cr：0.80～2.00，W：0.80～1.40，Mo：1.00～1.80，Ni：1.00～3.00，V：0.30～1.20，Bi：0.01～0.02，稀土硅镁：0.05～0.08，P＜0.03，S＜0.03，余量为Fe及不可避免的微量杂质。
本发明之所以采用上述技术方案，是基于以下几点考虑：(1)合金钢中的高含C量生成石墨球化后，具有优异的抗热耐磨性和抗铝液浸蚀性能，特别适宜制作铝材热挤压模和铝合金液热压铸模。(2)合金钢中Si元素可以促使C石墨化，但其配量应适当，过多会降低合金钢的机械性能，一般应控制在1.50％以下。(3)Mn元素可以稳定合金钢中的珠光体组织，能提高合金钢的强度、硬度和耐磨性，但如配入过多会增加钢的脆性，一般应控制在0.80％以下为宜。(4)Cr、Ni元素能改善合金钢的抗热强度，使之有良好的抗氧化性和热韧性。(5)Mo、W能增加合金钢的抗热强度和热硬性。(6)V元素可增强合金钢的塑性、热韧性和耐热性。(7)Bi元素能促成珠光体和莱氏体的生成，减少马氏体的产生，改善合金钢的脆性。Bi元素属于变质剂，只能微量配入(0.01-0.02％)。(8)稀土硅镁能促使石墨体球化，有利于提高合金钢的强度和塑性，降低脆性。稀土硅镁也属于变质剂，只能微量配入(0.05～0.08％)。(9)P、S是合金钢中的有害元素，含量过多会损害材料的各项性能，故应控制在0.030％以下。
与现有生产中的模具钢相比，本发明的模具钢有足够的机械强度和韧性，更具有优良的抗热氧化性和冷热冲击性及抗热耐磨性与抗铝液浸蚀的性能，其HRC硬度值可在20～60度范围内根据需要采用退火或淬火等热处理工艺进行调整。例如，在机械加工前，可采用退火工艺把材料的HRC硬度调控在20～35度范围内，机械加工到模具的精确尺寸后，再采用淬火工艺将其HRC硬度回调至40～60度以供使用。而且，利用本发明的模具钢制成的模具在采用普遍箱式电炉加热淬火处理后，模具工作面不会氧化和变形，也不用作“氮化”表面热处理，就可直接投入生产使用。并且，在生产使用过程中，只需作常规的“停歇”恢复疲劳后，又可继续反复投入使用。根本不需作“氮化”等表面热处理。
利用本发明制作的热锻模在生产使用过程中，当模具温度上升较高时，可以及时喷水快速冷却模具，从而可使热锻模保持在较低温度状态下工作，大大有利于提高生产效率和增长模具钢的使用寿命，热锻上千个以上零件也不会“龟裂”。
由于本发明的模具钢具有非常优异的抗热耐磨性能，优于目前广泛使用的“H13钢”，故可使其加工制作的模具使用寿命大大延长，从而大为减少模具的消耗和各种费用。
下面对本发明的具体实施例作进一步的详细说明。对于所属技术领域的技术人员而言，从对本发明的详细说明中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。
具体实施方式
实施例1：
在本发明的一个实施例中，本发明的高性能热作模具钢包括以下含量按重量百分比计的化学成分：
C：0.70～1.00，Si：0.40～1.10，Mn：0.50～0.70，Cr：0.80～1.20，W：0.80～1.00，Mo：1.00～1.30，Ni：1.10～1.80，V：0.40～0.60，Bi：0.01～0.02，稀土硅镁：0.05～0.08，P＜0.03，S＜0.03，余量为Fe及不可避免的微量杂质。
实施例2：
在本发明的另一个实施例中，本发明的高性能热作模具钢包括以下含量按重量百分比计的化学成分：
C：1.20～1.60，Si：0.50～0.80，Mn：0.40～0.60，Cr：1.00～1.40，W：0.90～1.20，Mo：1.10～1.40，Ni：1.50～2.50，V：0.50～0.80，Bi：0.01～0.02，稀土硅镁：0.05～0.07，P＜0.03，S＜0.03，余量为Fe及不可避免的微量杂质。
实施例3：
在本发明的又一个实施例中，本发明的高性能热作模具钢包括以下含量按重量百分比计的化学成分：
C：1.60～1.80，Si：0.70～1.20，Mn：0.30～0.50，Cr：1.50～1.80，W：1.10～1.30，Mo：1.20～1.50，Ni：1.60～2.80，V：0.70～1.00，Bi：0.01～0.02，稀土硅镁：0.05～0.07，P＜0.03，S＜0.03，余量为Fe及不可避免的微量杂质。
实施例4：
在本发明的再一个实施例中，本发明的高性能热作模具钢包括以下含量按重量百分比计的化学成分：
C：1.70～1.98，Si：1.10～1.50，Mn：0.20～0.40，Cr：1.60～2.00，W：1.20～1.40，Mo：1.30～1.80，Ni：2.00～3.00，V：0.90～1.20，Bi：0.01～0.02，稀土硅镁：0.07～0.08，P＜0.03，S＜0.03，余量为Fe及不可避免的微量杂质。
在本发明的下列实施例中，本发明的高性能热作模具钢还可以包括以下含量按重量百分比计的化学成分：
  序号   c   Si   Mn   Cr   Mo   W   Ni   V   Bi   稀土硅镁   P   S   余量
  1   0.70   0.30   0.20   0.80   1.00   0.80   1.00   0.30   0.01   0.05   ＜0.03   ＜0.03   铁及不
  2   0.70   0.40   0.70   0.80   1.10   1.20   2.80   1.20   0.01   0.06   ＜0.03   ＜0.03
  3   0.70   1.10   0.70   1.80   1.50   1.30   2.60   1.10   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
  4.   0.75   1.00   0.70   1.70   1.40   1.10   2.50   1.10   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
  5.   0.80   0.90   0.70   1.70   1.40   1.20   2.70   1.10   0.01   0.05   ＜0.03   ＜0.03
  6.   0.80   0.60   0.60   1.60   1.30   1.10   2.60   0.80   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
  7.   0.90   0.60   0.60   1.50   1.30   1.00   2.70   0.60   0.01   0.06   ＜0.03   ＜0.03
  8.   0.90   1.00   0.60   1.80   1.40   1.00   2.60   1.00   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03 可避免的微量
  9.   1.00   0.50   0.50   1.60   1.20   1.10   2.50   0.80   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
10 1.00 1.10 0.60 1.80 1.40 1.00 2.60 1.00 0.01 0.07 ＜0.03 ＜0.03
  11   1.10   0.80   0.60   1.70   1.20   1.10   2.50   0.80   0.01   0.06   ＜0.03   ＜0.03
12 1.20 0.70 0.60 1.60 1.30 1.00 2.50 0.80 0.01 0.07 ＜0.03 ＜0.03
13 1.20 0.90 0.50 1.70 1.40 1.00 2.40 0.90 0.01 0.07 ＜0.03 ＜0.03
  14   1.20   0.80   0.60   1.80   1.20   1.20   2.60   1.00   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
  15   1.30   0.60   0.50   1.40   1.30   1.00   2.30   0.80   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
  16   1.30   0.80   0.60   1.80   1.20   1.20   2.40   1.00   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
  17   1.40   1.30   0.60   1.70   1.40   1.10   2.50   1.10   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
  18   1.40   0.70   0.50   1.50   1.30   1.00   2.20   0.70   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
  19   1.50   1.20   0.60   1.60   1.20   1.20   2.60   0.90   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
  20   1.50   0.70   0.50   1.40   1.30   1.00   2.30   0.70   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
  21   1.60   1.00   0.40   1.70   1.40   1.10   2.70   1.00   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
  22   1.60   0.90   0.30   1.50   1.30   1.20   2.60   0.80   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
  23   1.70   0.50   0.30   1.30   1.20   1.20   2.10   0.50   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
  24   1.80   1.10   0.40   1.70   1.30   1.20   2.60   1.00   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
  25   1.80   0.80   0.30   1.80   1.30   1.10   2.50   0.90   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
  26   1.80   0.60   0.30   1.60   1.20   1.20   2.40   0.80   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
  27   1.90   0.50   0.30   1.70   1.30   1.10   2.60   1.00   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
28 1.90 0.60 0.40 1.60 1.20 1.20 2.50 0.80 0.01 0.07 ＜0.03 ＜0.03
  29   1.90   0.70   0.30   1.50   1.10   1.30   2.40   0.70   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
30 1.90 0.80 0.30 1.80 1.40 0.90 2.20 0.60 0.01 0.07 ＜0.03 ＜0.03
  31   1.95   0.60   0.30   1.70   1.30   1.30   2.50   1.00   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
  32   1.95   0.80   0.30   1.60   1.50   0.80   2.00   0.70   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03   杂质
  33   1.95   0.40   0.30   1.90   1.70   0.70   1.80   0.50   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
  34   1.98   0.80   0.30   1.70   1.40   1.40   2.50   0.50   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
  35   1.98   1.00   0.30   1.80   1.60   0.80   1.50   0.40   0.01   0.07   ＜0.03   ＜0.03
  36   1.98   1.50   0.70   2.00   1.80   1.40   3.00   1.20   0.02   0.08   ＜0.03   ＜0.03
根据本发明上述实施例提供的模具钢制作的热锻模具有优良的抗冷热冲击性能，在200-400℃范围内可以反复喷水快速冷却而不会产生裂纹。因此，利用本发明制作的热锻模在生产使用过程中，当模具温度上升较高时，可以及时喷水快速冷却模具，从而可使热锻模保持在较低温度状态下工作，大大有利于提高生产效率和增长模具的使用寿命。
在例如建筑铝型材的挤压生产中，采用本发明上述实施例提供的模具钢制作的挤压模经淬火，回火热处理后，不需“氮化”处理，直接上机使用，连续上机五次，挤压生产完全合格的铝型材10吨多，而模具工作带表面只有轻微磨损，但并不受影响还可继续使用。
采用本发明上述实施例提供的模具钢制作的压铸模，在用于铝合金压铸件的大生产中，亦可获得与上述制成的挤压模同样的效果。
本发明的模具钢的生产方法和设备与常用的模具钢生产一样，可采用普通的中频炉熔炼出所配成份的合金钢电极棒，再经电渣炉精炼成所需的锭坯，退火处理后就可下料进行机械加工制作模具了。
以上详细说明了本发明的实施方式，但这只是为了便于理解而举的实例，不应被视为是对本发明范围的限制。同样，任何所属技术领域的技术人员均可根据本发明的技术方案及其较佳实施例的描述，做出各种可能的等同改变或替换，但所有这些改变或替换都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (1)

  1. 一种高性能热作模具钢，包括以下含量按重量百分比计的化学成分：
    C：0.70～1.98，Si：0.30～1.50，Mn：0.20～0.70，Cr：0.80～2.00，W：0.80～1.40，Mo：1.00～1.80，Ni：1.00～3.00，V：0.30～1.20，Bi：0.01～0.02，稀土硅镁：0.05～0.08，P＜0.03，S＜0.03，余量为Fe及微量杂质。
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