一種低成本高強韌高耐磨冷作模具鋼及其製備方法
2023-07-28 22:33:56 3
專利名稱：：一種低成本高強韌高耐磨冷作模具鋼及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及一種低成本高強韌高耐磨性冷作模具鋼及其製備方法。屬於特種合金鋼製造工藝領域。
背景技術：
：冷作模具鋼主要用於製造在冷狀態(室溫)條件下進行壓製成形的模具，如冷拉伸模具、冷鐓模具、冷擠壓模具、壓印模具、輥壓模具等。冷作模具的工作條件和刃具有些相似，但因被加工材料在冷態下變形，故變形抗力很大。與刃具鋼相比，冷作模具鋼應當要求更高的淬透性、耐磨性和韌性，而紅硬性的要求可低些，一般冷作模具工作時溫度升高不會超過200300°C。長期以來，我國廣泛採用Cr麗n、Cr12型鋼作為冷作模具的主選材料。由於前者易形成網狀碳化物，後者易形成帶狀碳化物，碳化物的嚴重偏析使模具的強韌性降低，導致模具崩刃、斷裂或塌陷。隨著加工技術、被加工材料及對模具需求的變化，原有的基本系列不能滿足需要，為了提高冷作模具鋼的韌性並使鋼的耐磨性降低不是很多，國外一些模具鋼生產的主要企業，相繼開發了一系列的高韌性、高耐磨性兼備的冷作模具鋼。這類鋼一般含碳量約為1%，含Cr8X，加入Mo、V、Si等合金元素，其碳化物細小、分布均勻、韌性遠高於Crl2類型鋼，而耐磨性則與之相近。它們的硬度、抗彎強度、疲勞強度和斷裂韌性高，抗回火穩定性也高於Crl2型模具鋼，適合於高速衝床和多工位衝床。如美國CRUCIBLE公司開發的CRU-WEAR鋼、Timken的Lescowear、B0HLER的K340鋼、日本山陽特殊鋼的QCM8，大同特鋼的DC53、日立金屬近年來新開發的SLD-Magic新型冷作模具鋼、愛知制鋼公司的SX5(Cr8MoV)、TCD等鋼。之前我國高端高強韌冷作模具鋼主要依靠進口，但由於進口鋼高昂的價格而使得我國的冷作模具生產企業成本增加或有的企業沿用低端模具鋼而生產效率低下，這不僅使很多生產企業缺乏國際國內競爭力，也造成我國大量資源的浪費。
發明內容本發明的目的是提供一種新型低成本、高強韌高耐磨的冷作模具鋼及其製備方法。本發明一種低成本、高強韌高耐磨的冷作模具鋼，其特徵在於該模具鋼的合金元素成分及其百分含量如下C0.881.10%，Si0.450.65%，Mn0.200.50%，Cr7.509.0%，Mo1.301.80%，V0.300.60%，Fe餘量。本發明一種低成本、高強韌高耐磨的冷作模具鋼的製備方法，其特徵在於具有以下的過程和步驟a.熔煉模具鋼的合金元素按上述設計成分及重量百分比進行稱重配料後，按傳統常規方法熔煉，將配合料放置於中頻感應爐中，在1500155(TC進行熔煉；然後澆注鋼錠，進入下一步驟待用；b.電渣重熔利用電流通過電渣層產生電阻熱來熔化自耗電極的合金母材，液體金屬以熔滴形式經渣層下落至水冷結晶器中的金屬熔池內，鋼錠由下而上逐步結晶。經電渣重熔後可降低氣體和夾雜物的含量，並獲得成份均勻、組織緻密、質量高的鋼錠。重熔時合金得到進一步精煉，夾雜物通過渣洗和在熔池中上浮去除；c.電渣重熔後退火鋼錠經澆注後於85088(TC退火8小時，隨後隨爐冷卻；d.鍛造鋼錠加熱至12001230。C，進行粗鍛，終鍛溫度850950°C;e.鍛後退火於85088(TC退火8小時，隨後隨爐冷卻；f.球化退火在86(TC保溫3小時，接著以每小時30°C的冷卻速度爐冷，當溫度冷卻到73(TC，保溫4小時，然後以每小時3(TC的冷卻速度爐冷，溫度達到55(TC後空冷；g.熱處理工藝採用低淬低回或高淬高回工藝進行熱處理；(1)低淬低回工藝10201040。C淬火，180230。C回火2小時2次；(2)高淬高回工藝1080108(TC淬火，48054(TC回火2小時2次；經熱處理後即得到高強韌高耐磨冷作模具鋼。本發明的特點及優點如下所述(1)本發明冷作模具鋼的合金元素成分設計，是在在Crl2MoV基礎上適當減少C和Cr，增加Mo和V，以減少並細化共晶碳化物，細化晶粒。以適量的Si固溶於基體，提高強韌性，在奧氏體化溫度下使奧氏體中的C量達到0.6%左右而具有高淬硬性。(2)本發明方法製得的冷作模具鋼與Crl2MoV，Cr8和DC53在各自推薦熱處理工藝條件下硬度相當，強韌性比Crl2MoV有了明顯的提高，其綜合性能與DC53、SLD-Magic和ASSAB88等進口高強韌冷作模具鋼相當而成本低於進口鋼，可完全替代進口高強韌冷作模具鋼。(3)本發明方法中的熱處理工藝，可採用低淬低回或高淬高回的熱處理工藝以，其熱處理工藝制度見表1.表l本發明冷作模具鋼的熱處理工藝tableseeoriginaldocumentpage4圖1為本發明冷作模具鋼與進口鋼的硬度及衝擊韌性對比圖(在低淬低回熱處理工藝下)圖2為本發明冷作模具鋼與進口鋼的硬度及衝擊韌性對比圖(在高淬高回熱處理工藝下)具體實施例方式現將本發明的具體實施例敘述於後。實施例本發明實施例採用模具鋼的成分及其重量百分比如下C0.90%;Si0.55%;Mn0.35%;Cr8.0%;Mo1.60%;V0.50%;Fe餘量。本實施例的製備過程和步驟如下(1).熔煉模具鋼的合金元素按上述設計成分及重量百分比進行稱重配料後，按傳統常規方法熔煉，將配合料放置於中頻感應爐中，在1500155(TC進行熔煉；然後澆注鋼錠，進入下一步驟待用；(2).電渣重熔利用電流通過電渣層產生電阻熱來熔化自耗電極的合金母材，液體金屬以熔滴形式經渣層下落至水冷結晶器中的金屬熔池內，鋼錠由下而上逐步結晶。經電渣重熔後可降低氣體和夾雜物的含量，並獲得成份均勻、組織緻密、質量高的鋼錠。重熔時合金得到進一步精煉，夾雜物通過渣洗和在熔池中上浮去除；(3).電渣重熔後退火鋼錠經澆注後於85088(TC退火8小時，隨後隨爐冷卻；(4).鍛造鋼錠加熱至12001230°C，進行粗鍛，終鍛溫度850950°C;(5).鍛後退火於85088(TC退火8小時，隨後隨爐冷卻；(6).球化退火在86(TC保溫3小時，接著以每小時30°C的冷卻速度爐冷，當溫度冷卻到73(TC，保溫4小時，然後以每小時3(TC的冷卻速度爐冷，溫度達到55(TC後空冷；(7).熱處理工藝採用低淬低回熱處理工藝或高淬高回熱處理工藝；低淬低回工藝104(TC淬火，21(TC回火2小時2次；高淬高回工藝1080。C淬火，540。C回火2小時2次；最終製得高強韌高耐磨冷作模具鋼。本發明的實施例中，在上述熱處理工藝條件下，製得的冷作模具鋼其硬度在6263HRC，平均衝擊韌性為80J，其硬度與Crl2MoV相當，其韌性與進口鋼DC53、ASSAB88和SLD-Magic相當。本發明的冷作模具鋼在推薦熱處理條件下與其他合金鋼的硬度和衝擊韌性比較，可參見附圖中的圖1和圖2。圖1為低淬低回熱處理工藝下的性能對比，圖2為在高淬高回熱處理工藝下的性能比較。權利要求一種低成本高強韌高耐磨冷作模具鋼，其特徵在於該模具鋼的合金元素成分及其重量百分比如下C0.88～1.10％，Si0.45～0.65％，Mn0.20～0.50％，Cr7.50～9.0％，Mo1.30～1.80％，V0.30～0.60％，Fe餘量。2.—種低成本高強韌高耐磨冷作模具鋼的製備方法，其特徵在於具有如下的過程和步驟a.熔煉模具鋼的合金元素按上述設計成分及重量百分比進行稱重配料後，按傳統常規方法熔煉，將配合料放置於中頻感應爐中，在1500155(TC進行熔煉；然後澆注鋼錠，進入下一步驟待用；b.電渣重熔利用電流通過電渣層產生電阻熱來熔化自耗電極的合金母材，液體金屬以熔滴形式經渣層下落至水冷結晶器中的金屬熔池內，鋼錠由下而上逐步結晶。經電渣重熔後可降低氣體和夾雜物的含量，並獲得成份均勻、組織緻密、質量高的鋼錠。重熔時合金得到進一步精煉，夾雜物通過渣洗和在熔池中上浮去除；c.電渣重熔後退火鋼錠經澆注後於85088(TC退火8小時，隨後隨爐冷卻；d.鍛造鋼錠加熱至12001230。C，進行粗鍛，終鍛溫度850950°C;e.鍛後退火於85088(TC退火8小時，隨後隨爐冷卻；f.球化退火在86(TC保溫3小時，接著以每小時3(TC的冷卻速度爐冷，當溫度冷卻到73(TC，保溫4小時，然後以每小時3(TC的冷卻速度爐冷，溫度達到55(TC後空冷；g.熱處理工藝採用低淬低回或高淬高回工藝進行熱處理；(1)低淬低回工藝:10201040。C淬火，180230。C回火2小時2次;(2)高淬高回工藝1080108(TC淬火，48054(TC回火2小時2次；經熱處理後即得到高強韌高耐磨冷作模具鋼。全文摘要本發明涉及一種低成本高強韌高耐磨合金鋼及其製備方法。屬特種合金鋼製備工藝
技術領域：
。該合金鋼元素組成及其重量百分比如下C0.88～1.10％，Si0.45-0.65％，Mn0.20-0.50％，Cr7.50～9.0％，Mo1.30～1.80％，V0.30～0.60％，Fe餘量。其製備過程包括(1)配料及常規方法熔煉，熔煉溫度為1500～1550℃；(2)電渣重熔；(3)電渣重熔後的退火；(4)鍛造；(5)鍛後退火，在850～880℃退火8小時；(6)球化退火，自860～550℃；(7)熱處理工藝，採用低淬低回或高淬高回工藝進行熱處理；最終製得高強韌高耐磨冷作模具鋼。該模具鋼的硬度為62～63HRC，平均衝擊韌性達80J。本發明的合金鋼與進口鋼的硬度，韌性相當，完全可替代進口高強韌高耐磨冷作模具鋼。文檔編號C22C38/24GK101709427SQ20091019963公開日2010年5月19日申請日期2009年11月26日優先權日2009年11月26日發明者吳曉春,李紹宏,王慶亮,謝殷子申請人:上海大學