一種熱作模具鋼材料及其製備方法

2023-06-27 02:02:06 2

一種熱作模具鋼材料及其製備方法
【專利摘要】本發明提供了一種熱作模具鋼材料及其製作工藝，其特徵在於熱作模具鋼材料化學成分的重量百分組成為：C：0.36-0.44，Ti：0.10-0.25，Mn：0.10-0.50，Nb:0.15-0.20，Cr:5.0-5.5，Mo:0.20-0.25，V:1.0-1.5，B:0.10-0.15，W:1.50-2.00，Si：0.50-0.70，S≤0.025，P≤0.020，餘量為Fe。本發明所述的熱作模具鋼材料，具有回火穩定性高，抗熱疲勞性能高的特點。
【專利說明】一種熱作模具鋼材料及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於金屬材料及加工【技術領域】，特別是模具製造及使用範圍，涉及一種熱作模具鋼及其製作工藝。
【背景技術】
[0002]模具，是工業生產的基礎工藝裝備，在電子、汽車、電機、電器、儀表、家電和通訊等產品中，60~80%的零部件都依靠模具成型，因此模具被稱為「百業之母」。隨著模具市場逐年的發展擴大，生產模具的材料-模具鋼的用量也在顯著增加，其中熱作模具鋼的消耗量約佔模具鋼產品的30%以上。熱作模具鋼對硬度要求適當，側重於紅硬性，導熱性，耐磨性。因此含碳量低，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性、紅硬性為主。隨著模具工業的迅速發展，對熱作模具的使用壽命、加工精度提出了更高要求。熱作模具鋼性能的好壞和使用壽命的長短，將直接影 響加工產品的質量和生產的經濟效益。所以世界各國都在不斷的研究和開發新型熱作模具材料，我國的常用熱作模具，如而5CrNiMo，5CrMnMo耐熱性差，3Cr2W8V(H21)鋼，存在碳化物偏析嚴重，塑性、韌性、導熱性、抗冷熱疲勞性能和抗溶蝕性能較差等問題，現用的H13鋼(4Cr5MoSiVl)新型熱作模具鋼，模具前期使用時開裂性傾向大，模具修復率低等問題。

【發明內容】

[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種熱作模具鋼材料及其製作工藝，使製備的熱作模具鋼材料，具有回火穩定性高，抗熱疲勞性能高的特點。
[0004]本發明熱作模具鋼材料，其特徵在於熱作模具鋼材料化學成分的重量百分組成為:
C:0.36-0.44 Ti:0.10-0.25 Mn:0.10-0.50 Nb: 0.15-0.20
Cr:5.0-5.5 Mo: 0.20-0.25 V: 1.0-1.5 B: 0.10-0.15
ff:l.50-2.00 Si:0.50-0.70 S^0.025 P < 0.020
餘量為Fe。
[0005]優選的熱作模具鋼材料化學成分的重量百分組成為:
C:0.38-0.40 T1:0.15-0.20 Mn:0.40-0.50 Nb: 0.15-0.17
Cr:5.0-5.5 Mo: 0.22-0.25 V: 1.0-1.2 B: 0.12-0.15
ff:l.50-2.00 Si:0.50-0.60 S ≤0.020 P ≤ 0.010
餘量為Fe。
[0006]上述熱作模具鋼材料的製作工藝，包括如下步驟:
(1)冶煉工藝:採用常規方法熔煉，稱取配方量的原料，除Cr、Nb、Mo和B外，其他均置於，1560~1700°C下熔煉至1/3時，放入配方量的Cr、Nb、Mo和B繼續熔鍊形成鋼水；
(2)鋼水鑄造成鋼錠:鋼錠模預熱，注入鋼水，保溫5~6小時，使鋼成分均勻化，脫模後緩慢冷卻進行退火處理，冷卻速度< 25°C /小時，至500~550°C ；(3)鍛造或軋製成型材:將所得鋼錠加熱至100°C~1150°C並透燒完全始鍛，850°C再次進行煅燒；
(4)型材球化退火工藝:然後在830°C，升溫速度60~80°C/小時，保溫8個小時；隨爐冷卻至750°C，退火8小時，以清除鍛造過程中產生的應力，最後隨爐冷卻至500~550°C，出爐空冷，表面精整。
[0007]本發明熱作模具鋼材料，部分元素的作用機理:
(I)S1:矽能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強度，故廣泛用於作彈簧鋼。在調質結構鋼中加入1.0 — 1.2%的矽，強度可提高15 - 20%。矽和鑰、鎢、鉻等結合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可製造耐熱鋼。
[0008](2)Mn:在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能。
[0009](3)B:鋼中加入微量的硼就可改善鋼的緻密性和熱軋性能，提高強度。
[0010](4)Cr:在結構鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不鏽鋼，耐熱鋼的重要合金元素。[0011](5)Mo:鑰能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應力，發生變形，稱蠕變)。
[0012](6) Nb:能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。
[0013]通過本發明所述配方及工藝的調整，所製備的熱作模具鋼材料熱穩定性好，抗熱疲勞性能高、使用壽命長，性價比高，適用廣泛。
【具體實施方式】
[0014]下面結合實施例對本發明做進一步描述。
[0015]實施例1
一種模具鋼材料，化學成分的重量百分組成為:
C:0.36 T1:0.10 Mn:0.10 Nb: 0.15 Cr:5.0 Mo: 0.20 V: 1.0 B: 0.10 ff:l.50 Si:0.500 S ≤ 0.025 P ≤ 0.020 餘量為Fe。
[0016]實施例2
一種模具鋼材料，化學成分的重量百分組成為:
C: 0.44 T1: 0.25 Mn: 0.50 Nb: 0.20 Cr: 5.5 Mo: 0.25 V: 1.5 B: 0.15 ff: 2.00 S1: 0.70 S ≤ 0.025 P ≤ 0.020 餘量為Fe。
[0017]實施例3
一種模具鋼材料，化學成分的重量百分組成為:
C:0.38 T1:0.15 Mn:0.40 Nb: 0.15Cr:5.0 Mo: 0.22 V: 1.0 B: 0.12 ff:l.50 Si:0.50 S ≤ 0.020 P ≤ 0.010 餘量為Fe。
[0018]實施例4
一種模具鋼材料，化學成分的重量百分組成為:
C: 0.40 T1: 0.20 Mn: 0.50 Nb: 0.17 Cr: 5.5 Mo: 0.25 V: 1.2 B: 0.15 ff: 2.00 S1: 0.60 S ≤ 0.020 P ≤ 0.010 餘量為Fe。
[0019]實施例5
實施例1-4任一項所述的模具鋼的製備工藝，包括如下步驟:
(1)冶煉工藝:採用常規方法熔煉，稱取配方量的原料，除Cr、Nb、Mo和B外，其他均置於，1560°C下熔煉至1/3時，放入配方量的Cr、Nb、Mo和B繼續熔鍊形成鋼水；
(2)鋼水鑄造成鋼錠:鋼錠模預熱，注入鋼水，保溫5小時，使鋼成分均勻化，脫模後緩慢冷卻進行退火處理，冷卻速度< 25°C /小時，至500°C ；
(3)鍛造或軋製成型材:將所得鋼錠加熱至10(TC°C並透燒完全始鍛，850°C再次進行煅燒；
(4)型材球化退火工藝:然後在830°C，升溫速度60°C/小時，保溫8個小時；隨爐冷卻至750°C，退火8小時，以清除鍛造過程中產生的應力，最後隨爐冷卻至500°C，出爐空冷，表面精整。
[0020]實施例6
實施例1-4任一項所述的模具鋼的製備工藝，包括如下步驟:
(1)冶煉工藝:採用常規方法熔煉，稱取配方量的原料，除Cr、Nb、Mo和B外，其他均置於，1700°C下熔煉至1/3時，放入配方量的Cr、Nb、Mo和B繼續熔鍊形成鋼水；
(2)鋼水鑄造成鋼錠:鋼錠模預熱，注入鋼水，保溫6小時，使鋼成分均勻化，脫模後緩慢冷卻進行退火處理，冷卻速度< 25°C /小時，至550°C ；
(3)鍛造或軋製成型材:將所得鋼錠加熱至1150°C並透燒完全始鍛，850°C再次進行煅
燒；
(4)型材球化退火工藝:然後在830°C，升溫速度80°C/小時，保溫8個小時；隨爐冷卻至750°C，退火8小時，以清除鍛造過程中產生的應力，最後隨爐冷卻至550°C，出爐空冷，表面精整。
【權利要求】
1 .一種熱作模具鋼材料，其特徵在於，熱作模具鋼材料化學成分的重量百分組成為: C:0.36-0.44 T1:0.10-0.25 Mn:0.10-0.50 Nb: 0.15-0.20 Cr:5.0-5.5 Mo: 0.20-0.25 V: 1.0-1.5 B: 0.10-0.15 ff:l.50-2.00 Si:0.50-0.70 S ≤ 0.025P ≤ 0.020 餘量為Fe。
2.根據權利要求1所述的熱作模具鋼材料，其特徵在於，熱作模具鋼材料化學成分的重量百分組成為: C:0.38-0.40 T1:0.15-0.20 Mn:0.40-0.50 Nb: 0.15-0.17 Cr:5.0-5.5 Mo: 0.22-0.25 V: 1.0-1.2 B: 0.12-0.15 ff:l.50-2.00 Si:0.50-0.60 S ≤ 0.020P ≤ 0.010 餘量為Fe。
3.一種熱作模具鋼材料，其特徵在於，熱作模具鋼材料化學成分的重量百分組成為: C:0.36 T1:0.10 Mn:0.10 Nb: 0.15 Cr:5.0 Mo: 0.20 V: 1.0 B: 0.10 ff:l.50 Si:0.500 S ≤ 0.025 P ≤ 0.020 餘量為Fe。
4.一種熱作模具鋼材料，其特徵在於，熱作模具鋼材料化學成分的重量百分組成為: C: 0.44 T1: 0.25 Mn: 0.50 Nb: 0.20 Cr: 5.5 Mo: 0.25 V: 1.5 B: 0.15 ff: 2.00 S1: 0.70 S ≤ 0.025 P ≤ 0.020 餘量為Fe。
5.一種熱作模具鋼材料，其特徵在於，熱作模具鋼材料化學成分的重量百分組成為: C:0.38 T1:0.15 Mn:0.40 Nb: 0.15 Cr:5.0 Mo: 0.22 V: 1.0 B: 0.12 ff:l.50 Si:0.50 S ≤ 0.020 P ≤ 0.010 餘量為Fe。
6.一種熱作模具鋼材料，其特徵在於，熱作模具鋼材料化學成分的重量百分組成為: C: 0.40 T1: 0.20 Mn: 0.50 Nb: 0.17 Cr: 5.5 Mo: 0.25 V: 1.2 B: 0.15 ff: 2.00 S1: 0.60 S ≤ 0.020 P ≤ 0.010 餘量為Fe。
7.權利要求1-6任一項所述的熱作模具鋼材料的製作工藝，其特徵在於，包括如下步驟:(1)冶煉工藝:採用常規方法熔煉，稱取配方量的原料，除Cr、Nb、Mo和B外，其他均置於，1560~1700°C下熔煉至1/3時，放入配方量的Cr、Nb、Mo和B繼續熔鍊形成鋼水； (2)鋼水鑄造成鋼錠:鋼錠模預熱，注入鋼水，保溫5~6小時，使鋼成分均勻化，脫模後緩慢冷卻進行退火處理； (3)鍛造或軋製成型材:將所得鋼錠加熱至100°C~1150°C並透燒完全始鍛，850°C再次進行煅燒；(4)型材球化退火工藝:然後在830°C，升溫速度60~80°C/小時，保溫8個小時；隨爐冷卻至750°C，退火8小時，以清除鍛造過程中產生的應力，最後隨爐冷卻至500~550°C，出爐空冷，表面精整。
8.根據權利要求7所述的熱作模具鋼材料的製作工藝，其特徵在於，步驟(2)中的冷卻速度≤250C /小時，冷卻至500~550°C。
【文檔編號】C22C38/32GK103911556SQ201410122841
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】李佔春, 曲景春, 許民 申請人:江蘇聯峰能源裝備有限公司