CN1912165A - 一种热作模具钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种热作模具钢属于合金钢及其制造方法，尤其涉及一种热作模具钢及其制造方法，按重量百分比，包括以下合金元素组成：0.40－0.48％C，0.60－1.00％Si，0.30－0.80％Mn，≤0.030％P、S，2.20－2.70％Cr％，0.90－1.20％W，0.80－1.00％Mo，0.70－1.00％V，其余为Fe和杂质元素。本发明热作模具钢的制造方法是采用通用的炼钢设备、普通中碳钢冶炼工艺方法、按指定的各合金元素组分进行冶炼；经过锻造、热处理后加工成热作模具，优点是合金元素组成合理，简化了工艺，降低了成本，特别适于制造400－650℃高温范围内的工具模，如剪刃等。
Description
技术领域
本发明属于合金钢及其制造方法，尤其涉及热作模具钢及其制造方法。
背景技术
热作模具钢在高温下使用，提高其使用寿命的关键是提高其热硬性，此外还要求较高的韧性和疲劳性能等。中国GB1299-2000标准报道了5CrW2Si、6CrW2Si、3Cr2W8V、4Cr5MoSiV钢等常用的热作模具钢(5CrW2Si、6CrW2Si既是耐冲击工具钢，又可作为热作工模具钢)，5CrW2Si的成分：0.45-0.55％C，0.50-0.80％Si，≤0.40％Mn，≤0.030％P、S，1.00-1.30％Cr，2.00-2.50％W；3Cr2W8V的成分：0.30-0.40％C，≤0.40％Si，≤0.40％Mn，≤0.030％P、S，2.20-2.70％Cr，7.50-9.00％W，0.20-0.50％V；1.10-1.60％Mo，0.30-0.60％V。5CrW2Si钢的热硬性不如3Cr2W8V钢，但3Cr2W8V钢的合金含量高，生产方法相对较复杂，用中频炉冶炼时为减少碳化物的偏析必须要电渣重熔，其价格也较高，用这些材料制作中温使用的热作工模具时，成本也比较高。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种热作模具钢，还提供该热作模具钢的制造方法，以降低合金含量、降低产品成本。
本发明的一种热作模具钢按重量百分比，包括以下合金元素组分组成：0.40-0.48％C，0.60-1.00％Si，0.30-0.80％Mn，≤0.030％P、S，2.20-2.70％Cr，0.90-1.20％W，0.80-1.00％Mo，0.70-1.00％V，其余为Fe和杂质元素。
本发明的热作模具钢命名为4Cr2WMoVSi，以多元少量的合金化原则进行了成分设计。
碳：目前一般热作模具钢的含碳量为0.25-0.60％，综合考虑工作温度、热硬性要求及其它合金元素的量，取其中限值，即0.40-0.48％。
硅：在与铬钨钼钒等同时加入时，硅能提高热强性，但硅过高对塑韧性不利，硅含量范围选择为0.60-1.00％。
锰：锰不是本发明钢的主加元素，采用的锰含量范围选择为0.30-0.80％。
铬、钨、钼、钒：它们都是提高回火稳定性的元素，适当配比可达到预期的热强性。
硫、磷：硫、磷在此钢中属于有害元素，要求越低越好，都按≤0.030％控制。
制造本发明热作模具钢的方法依次由以下步骤进行：a、采用通用的炼钢设备、普通中碳钢冶炼方法，根据指定的各合金元素的组分，进行冶炼；b、锻造：锻造温度：1100-1220℃，终锻温度≥850℃，锻后入炉缓冷或退火；c、热处理：1000-1100℃淬火，520-650℃回火(1-3次)，需要时精加工后可进行≤300℃的消除应力回火。
采用本发明的锻造方法是为了保证锻件的质量和锻后易进行机械加工。采用本发明的热处理方法是为了保证工模具的使用性能。
本发明的热作模具钢，使用的合金化元素组分合理，在保证使用性能的前提下降低了贵重元素含量、降低了生产成本，制造方法简化，节省备件费用。本发明特别适合于制造在400～650℃高温范围使用的工模具，如剪刃。
附图说明：略
具体实施方式：
实施例1：
按表1所指定的各合金元素的组分，采用通用的炼钢设备，普通中碳钢的冶炼方法，生产的热剪刃用钢，经过锻造，锻造温度1150℃，终锻≥850℃；热处理：1050℃淬火，590℃回火，精加工后进行200℃的消除应力回火。制造方法及制成的热剪刃硬度列于表2，用于250吨飞剪的剪刃，剪切16-22mm的1000℃左右的HRB335、HRB400带肋钢筋，工作时剪刃的实测温度460-620℃，试验情况列于表3。
实施例2：
按表1所指定的各合金元素的组分，重复实施例1的方法制成热剪刃，其制造方法与热剪刃硬度列于表2，试验情况列于表3。
实施例3：
按表1所指定的各合金元素的组分，重复实施例1的方法，制成的热剪刃，其制造方法与热剪刃硬度列于表2，试验情况列于表3。
对比例1：
按表1所指定的各合金元素的组分，在通用的炼钢设备，采用普通中碳钢冶炼方法，生产热剪用钢，经过锻造，温度1150℃、终锻温度≥850℃；热处理：淬火860-900℃，回火430-470℃。制成的热剪刃，其制造方法与热剪刃硬度列于表2，试验情况列于表3。
对比例2：
按表1所指定的各合金元素的组分，重复对比例1的方法，进行冶炼，再经过电渣重熔，制热剪用钢，经过锻造，温度1160℃、终锻温度≥920℃；热处理：淬火1075-1125℃，回火600-620℃。制成的热剪刃，其制造方法与热剪刃性能列于表2，试验情况列于表3。
图1为本发明的热作模具钢与3Cr2W8V钢的高温温度(热处理态)随温度变化状况图。
由表1、表2和图1可以看出本发明的热作模具钢冶炼时不需电渣重熔、合金含量比对比例2的3Cr2W8V钢低，价格便宜，在一定温度范围，其热硬性还优于3Cr2W8V。
由表3可见，本发明的热作模具钢的使用寿命是5CrW2Si的3.4倍，与3Cr2W8V使用寿命相当。
表1实施例及对比例钢剪刃的化学成分
| 序号 | 剪刃材料 | 化学成分％ | |||||||||
| C | Si | Mn | P | S | Cr | W | Mo | V | Fe | ||
| 1 | 5CrW2Si | 0.45-0.55 | 0.50-0.80 | ≤0.40 | ≤0.030 | ≤0.030 | 1.00-1.30 | 2.00-2.50 | - | - | 基体 |
| 2 | 3Cr2W8V | 0.36 | 0.21 | 0.32 | 0.011 | 0.008 | 2.52 | 7.83 | - | 0.46 | 基体 |
| 3 | 4Cr2WMoVSi | 0.48 | 0.99 | 0.78 | 0.020 | 0.008 | 2.68 | 1.18 | 0.98 | 0.99 | 基体 |
| 4 | 0.46 | 0.90 | 0.38 | 0.023 | 0.009 | 2.69 | 1.06 | 0.88 | 0.88 | 基体 | |
| 5 | 0.41 | 0.62 | 0.31 | 0.022 | 0.011 | 2.22 | 0.92 | 0.82 | 0.71 | 基体 | |
表2实施例及对比例钢剪刃的制造方法及硬度
| 序号 | 剪刃材料 | 制造方法 | 硬度HRC | 试验数量(付) | ||
| 冶炼方式 | 锻造 | 热处理 | ||||
| 1 | 5CrW2Si | 普通中频炉冶炼 | 1150℃左右加热，终锻温度≥850℃。 | 860-900℃淬火、430-470℃回火， | 45-50 | 10 |
| 2 | 3Cr2W8V | 需电渣重熔 | 1160℃左右加热，终锻温度≥920℃。 | 1075-1125℃淬火、600-620℃回火， | 40-47 | 3 |
| 3 | 4Cr2WMoVSi | 普通中频炉冶炼 | 1150℃左右加热，终锻温度≥880℃。 | 1050℃淬火、590℃回火，精加工后进行200℃的消除应力回火。 | 50～55 | 2 |
| 4 | 5 | |||||
| 5 | 2 | |||||
图1
表3实施例及对比例钢剪刃的使用情况
| 剪刃材料 | 统试验或统计数量(付) | 使用天数(天) | 平均轧制吨位(吨) | 寿命比 |
| 5CrW2Si3Cr2W8V4Cr2WMoVSi | 1039 | 5-8/7.322-27/2525-32/27.5 | 45661492915638 | 13.33.4 |
注：“/”下数据为平均值，寿命比根据平均轧制吨位计算。
Claims (2)
1、一种热作模具钢按重量百分比，包括以下合金元素组分组成：0.40-0.48％C，0.60-1.00％Si，0.30-0.80％Mn，≤0.030％P、S，2.20-2.70％Cr％，0.90-1.20％W，0.80-1.00％Mo，0.70-1.00％V，其余为Fe和杂质元素。
2、根据权利要求1所述的一种热作模具钢的制作方法，依次由以下步骤进行：
a、采用通用的炼钢设备、普通中碳钢冶炼方法，根据指定的各合金元素的组分，进行冶炼；
b、锻造：锻造温度：1100-1220℃，终锻温度≥850℃，锻后入炉缓冷或退火；
c、热处理：1000-1100℃淬火，520-650℃回火(1-3次)，需要时精加工后可进行≤300℃的消除应力回火。
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