一種冷作模具鋼及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種冷作模具鋼及其制造工藝，該模具鋼的化學成分中各主要合金元素的質(zhì)量百分比為：C 0.60～1.00%，Si≤0.30%，Mn≤0.40%，Cr 5.00～6.00%，Mo 0.50～1.00%，V 0.50～1.00%，W 0.20～0.50%，S≤0.030%，P≤0.030%，F(xiàn)e余量；本發(fā)明熱作模具鋼配料、冶煉、電渣重熔，熱送；高溫擴撒熱熱處理，然后多向鍛造熱加工，鍛后退火處理；最后進行調(diào)質(zhì)熱處理，獲得硬度55～62HRC的回火馬氏體組織。本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明鋼具有低成本、高的淬透性、高硬度、高強度和耐磨性能。
【專利說明】
一種冷作模具鋼及其制備工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于合金鋼技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種合金化模具鋼，特別涉及
一種冷作模具鋼，其適用于生產(chǎn)精密沖壓模、冷鍛、深拉和各種冷沖模等模具;還涉及該冷作模具鋼的制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國制造業(yè)的迅速發(fā)展，對模具的用量越來越大，對模具材料的性能要求也越來越高，尤其是高強度和高耐磨性等。在汽車制造業(yè)、家電、電子通信等的生產(chǎn)均用到模具。這些模具要求要有高強度和高耐磨性，目前使用的大多是進口的1.2379鋼或DC53鋼等材料來制造這些模具。但是1.2379鋼塑韌性較差，不適用于型腔復雜或型腔較深的模具，并且對鍛造加工工藝要求嚴格，難于進行鍛造加工。而DC53鋼材強度和耐磨性不足，模具容易早期變形失效或磨損失效，這將大大增加這些汽車產(chǎn)品的制造成本。特別是2012年以來的全球經(jīng)濟底迷環(huán)境下，節(jié)約資源和降低成本是汽車制造業(yè)的一大瓶頸。
[0003]因此，研發(fā)一種能夠降低鋼的鍛造加工難度，模具開裂風險且能夠提高模具鋼的塑韌性的的冷作模具鋼及其制備工藝是非常有必要的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠降低鋼的鍛造加工難度，模具開裂風險且能夠提高模具鋼的塑韌性的的冷作模具鋼。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種冷作模具鋼，其創(chuàng)新點在于:所述模具鋼的化學成分中各主要合金元素的質(zhì)量百分比為:c 0.60?1.00%，Si <0.30%,Mn<0.40%,Cr 5.00?6.00%，Μο 0.50?1.00%，V 0.50?1.00%，W 0.20?0.50%，S < 0.030%，P< 0.030%，F(xiàn)e 余量。
[0006]進一步地，所述模具鋼的化學成分中各主要合金元素的最佳質(zhì)量百分比為:C為
0.80%,Si 為0.15%，Μη 為0.30%，Cr為 5.50%,Mo 為0.80%，V 為0.80%，W 為0.30%，S<
0.030%,P<0.030%, Fe余量。
[0007]本發(fā)明要解決的另一個技術(shù)問題是提供一種冷作模具鋼的制備工藝。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種上述冷作模具鋼的制備工藝，其創(chuàng)新點在于:所述制備工藝包括如下步驟:
(1)冶煉:按冷作模具鋼的化學成分及重量百分比進行配料、電弧爐冶煉和精煉，然后電渣重熔，脫模熱送鍛造加熱爐；
(2)高溫擴散熱處理:采用多級升溫方式升溫加熱爐，分別在6000C、8000C和1100 °C等溫;最后再加熱溫度至1150?1200 0C，到達均溫后保溫時間為1?20h;
(3)鍛造熱加工:將經(jīng)過高溫擴散熱處理的鋼錠降溫至900?1200°C，并在此溫度范圍內(nèi)進行多向鍛造加工，采用兩鐓兩拔鍛造方式，鍛造壓縮比2 3，總鍛比? 56，終鍛溫度?850 °C； (4)鍛后熱處理:鍛后裝退火爐退火處理，退火加熱溫度780?850V，保溫30?40小時，然后將鋼錠冷至150 °C以下出爐；
(5)鋸切:探傷并鋸切兩頭，切除鍛件兩端缺陷，并檢查鍛件表面質(zhì)量，非金屬夾雜物及金相檢驗，合格及可由于加工成相應(yīng)的模具；
(6 )調(diào)質(zhì)熱處理:加熱至1020?1060 °C，并在此溫度范圍內(nèi)保溫5?1小時，然后出爐冷卻至表面溫度150 °C以下，裝回火爐回火，加熱至560?620 °C，保溫4_8小時，爐冷至150 °C以下，二次回火，加熱至560?6200C，保溫4-8小時出爐空冷。
[0009]進一步地，所述步驟(6)中的冷卻方式為油冷或水冷。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明冷作模具鋼利用Cr-Mo-V-W多合金元素合金化的特點，適當減少鋼中Cr含量而增加強碳化物形成元素W，保證鋼的淬透性的同時提高鋼的強度和耐磨性，并且與1.2379鋼相比較，具有較好的塑韌性，大大降低鋼的鍛造加工難度，并且使鋼的韌性得到顯著提高，大大降低模具開裂的風險，這大大提高了鋼的生產(chǎn)成材率，減低了本發(fā)明鋼種的生產(chǎn)風險;且本發(fā)明鋼種由于較低的碳含量而提高了鋼的塑韌性;適量的Mo和V元素，確保鋼具有較高的淬硬性;合金W的加入，在鋼中形成穩(wěn)定的WC顆粒，提高了鋼的強度和增加鋼的耐磨性。
[0011]結(jié)合以上特點，與1.2379鋼或DC53鋼相比，本發(fā)明鋼種具有高強度和耐磨性和較好的塑韌性，并且大大提高生產(chǎn)成材率而降低生產(chǎn)成本，這為我國制造業(yè)尤其是汽車制造業(yè)和家電及電子通信制造業(yè)帶來巨大的貢獻，并且提高我國模具鋼制造水平和市場競爭力。
【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0013]圖1為本發(fā)明的冷作模具鋼CCT曲線。
[0014]圖2為本發(fā)明的冷作模具鋼淬火和回火溫度與硬度的關(guān)系曲線。
[0015]圖3為本發(fā)明的冷作模具鋼的金相組織。
【具體實施方式】
[0016]下面的實施例可以使本專業(yè)的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。
[0017]實施例1
本實例中，采用冷作模具鋼的合金組成成分及其重量百分比如下: C:0.80%,Si:0.15%,Mn:0.30%,Cr:5.50%,Mo:0.80%,V:0.80%,ff:0.30%,P:0.015%,S:
0.010%，F(xiàn)e 余量。
[0018]本實施例中，冷作模具鋼的制備工藝具體步驟如下:
(1)冶煉:按冷作模具鋼的化學成分及重量百分比進行配料、電弧爐冶煉和精煉，然后電渣重熔，脫模熱送鍛造加熱爐；
(2)高溫擴散熱處理:采用多級升溫方式升溫加熱爐，分別在6000C、8000C和1100 °C等溫;最后再加熱溫度至1150?1200 0C，到達均溫后保溫時間為1?20h;
(3)鍛造熱加工:將經(jīng)過高溫擴散熱處理的鋼錠降溫至900?1200°C，并在此溫度范圍內(nèi)進行多向鍛造加工，采用兩鐓兩拔鍛造方式，鍛造壓縮比2 3，總鍛比? 56，終鍛溫度?850 °C；
(4)鍛后熱處理:鍛后裝退火爐退火處理，退火加熱溫度780?8500C，保溫30?40小時，然后將鋼錠冷至150 °C以下出爐；
(5)鋸切:探傷并鋸切兩頭，切除鍛件兩端缺陷，并檢查鍛件表面質(zhì)量，非金屬夾雜物及金相檢驗，合格及可由于加工成相應(yīng)的模具；
(6)調(diào)質(zhì)熱處理:加熱至1020?1060°C，并在此溫度范圍內(nèi)保溫5?10小時，然后出爐油冷或水冷至表面溫度150°C以下，裝回火爐回火，加熱至560?620°C，保溫4_8小時，爐冷至150°C以下，二次回火，加熱至560?620°C，保溫4_8小時出爐空冷。
[0019]實施例2
本實例中，采用冷作模具鋼的合金組成成分及其重量百分比如下:
C:0.60%，S1:0.1%，Μη:0.20%,Cr:6.0%，Mo:0.50%,V:0.50%，W:0.20%，P:0.01%，S:
0.020%，F(xiàn)e 余量。
[0020]本實施例中，冷作模具鋼的制備工藝具體步驟如下:
(1)冶煉:按冷作模具鋼的化學成分及重量百分比進行配料、電弧爐冶煉和精煉，然后電渣重熔，脫模熱送鍛造加熱爐；
(2)高溫擴散熱處理:采用多級升溫方式升溫加熱爐，分別在6000C、8000C和1100 °C等溫;最后再加熱溫度至1150?1200 0C，到達均溫后保溫時間為1?20h;
(3)鍛造熱加工:將經(jīng)過高溫擴散熱處理的鋼錠降溫至900?1200°C，并在此溫度范圍內(nèi)進行多向鍛造加工，采用兩鐓兩拔鍛造方式，鍛造壓縮比2 3，總鍛比? 56，終鍛溫度?850 °C；
(4)鍛后熱處理:鍛后裝退火爐退火處理，退火加熱溫度780?8500C，保溫30?40小時，然后將鋼錠冷至150 °C以下出爐；
(5)鋸切:探傷并鋸切兩頭，切除鍛件兩端缺陷，并檢查鍛件表面質(zhì)量，非金屬夾雜物及金相檢驗，合格及可由于加工成相應(yīng)的模具；
(6)調(diào)質(zhì)熱處理:加熱至1020?1060°C，并在此溫度范圍內(nèi)保溫5?10小時，然后出爐油冷或水冷至表面溫度150°C以下，裝回火爐回火，加熱至560?620°C，保溫4_8小時，爐冷至150°C以下，二次回火，加熱至560?620°C，保溫4_8小時出爐空冷。
[0021]實施例3
本實例中，采用冷作模具鋼的合金組成成分及其重量百分比如下:C:1.0%,Si:0.3%,Mn:0.40%,Cr:5.0%,Mo:1.0%,V:1.0%,W:0.50%,P:0.03%,S:0.030%,Fe余量。
[0022]本實施例中，冷作模具鋼的制備工藝具體步驟如下:
(1)冶煉:按冷作模具鋼的化學成分及重量百分比進行配料、電弧爐冶煉和精煉，然后電渣重熔，脫模熱送鍛造加熱爐；
(2)高溫擴散熱處理:采用多級升溫方式升溫加熱爐，分別在6000C、8000C和1100 °C等溫;最后再加熱溫度至1150?1200 0C，到達均溫后保溫時間為1?20h;
(3)鍛造熱加工:將經(jīng)過高溫擴散熱處理的鋼錠降溫至900?1200°C，并在此溫度范圍內(nèi)進行多向鍛造加工，采用兩鐓兩拔鍛造方式，鍛造壓縮比2 3，總鍛比? 56，終鍛溫度?850 °C；
(4)鍛后熱處理:鍛后裝退火爐退火處理，退火加熱溫度780?8500C，保溫30?40小時，然后將鋼錠冷至150 °C以下出爐；
(5)鋸切:探傷并鋸切兩頭，切除鍛件兩端缺陷，并檢查鍛件表面質(zhì)量，非金屬夾雜物及金相檢驗，合格及可由于加工成相應(yīng)的模具；
(6)調(diào)質(zhì)熱處理:加熱至1020?1060°C，并在此溫度范圍內(nèi)保溫5?10小時，然后出爐油冷或水冷至表面溫度150°C以下，裝回火爐回火，加熱至560?620°C，保溫4_8小時，爐冷至150°C以下，二次回火，加熱至560?620°C，保溫4_8小時出爐空冷。
[0023]本發(fā)明冷作模具鋼經(jīng)過上述冶煉及鍛造熱加工和熱處理后，最終成品規(guī)格為(長*寬*厚)2500mm*800mm*400mm模塊，取樣進行性能測試:
相變特性:在1060 °C的條件下CCT曲線如圖1所示；
回火特性:在9800C、1020 0C和1080 °C淬火后的回火硬度隨回火溫度變化的特性曲線如圖2所示；
顯微組織:本發(fā)明模具鋼的顯微組織如圖3所示。
[0024]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征以及本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項】
1.一種冷作模具鋼，其特征在于:所述模具鋼的化學成分中各主要合金元素的質(zhì)量百分比為:C 0.60 ?1.00%，Si < 0.30%, Mn < 0.40%, Cr 5.00 ?6.00%，Mo 0.50 ?1.00%，V0.50?1.00%，W 0.20?0.50%，S<0.030%，P < 0.030%，F(xiàn)e余量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷作模具鋼，其特征在于:所述模具鋼的化學成分中各主要合金元素的最佳質(zhì)量百分比為:C為0.80%，Si為0.15%，Mn為0.30%，Cr為5.50%，Mo為0.80%,V 為0.80%，W.30%,S<0.030%,P<0.030%, Fe余量。3.—種上述權(quán)利要求1所述冷作模具鋼的制備工藝，其特征在于:所述制備工藝包括如下步驟: (1)冶煉:按冷作模具鋼的化學成分及重量百分比進行配料、電弧爐冶煉和精煉，然后電渣重熔，脫模熱送鍛造加熱爐； (2)高溫擴散熱處理:采用多級升溫方式升溫加熱爐，分別在6000C、800°C和1100°C等溫;最后再加熱溫度至1150?1200 0C，到達均溫后保溫時間為1?20h; (3)鍛造熱加工:將經(jīng)過高溫擴散熱處理的鋼錠降溫至900?1200°C，并在此溫度范圍內(nèi)進行多向鍛造加工，采用兩鐓兩拔鍛造方式，鍛造壓縮比2 3，總鍛比? 56，終鍛溫度?850 °C； (4)鍛后熱處理:鍛后裝退火爐退火處理，退火加熱溫度780?850°C，保溫30?40小時，然后將鋼錠冷至150 °C以下出爐； (5)鋸切:探傷并鋸切兩頭，切除鍛件兩端缺陷，并檢查鍛件表面質(zhì)量，非金屬夾雜物及金相檢驗，合格及可由于加工成相應(yīng)的模具； (6)調(diào)質(zhì)熱處理:加熱至1020?1060°C，并在此溫度范圍內(nèi)保溫5?10小時，然后出爐冷卻至表面溫度150 °C以下，裝回火爐回火，加熱至560?620 °C，保溫4_8小時，爐冷至150 °C以下，二次回火，加熱至560?6200C，保溫4-8小時出爐空冷。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的冷作模具鋼的制備工藝，其特征在于:所述步驟(6)中的冷卻方式為油冷或水冷。
【文檔編號】C22C38/02GK105861942SQ201610315651
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】周青春, 徐衛(wèi)明, 顧金才, 葛建輝, 錢強, 趙博偉, 丁勇, 王小飛, 宋小亮
【申請人】如皋市宏茂重型鍛壓有限公司