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CN117403133A - 一种高强度耐磨热作模具钢 - Google Patents

一种高强度耐磨热作模具钢 Download PDF

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CN117403133A CN202311471535.2A CN202311471535A CN117403133A CN 117403133 A CN117403133 A CN 117403133A CN 202311471535 A CN202311471535 A CN 202311471535A CN 117403133 A CN117403133 A CN 117403133A
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Abstract

本发明公开了一种高强度耐磨热作模具钢，其特征在于，包括：所述高强度耐磨热作模具钢的各组分质量分数如下：C 0.3～0.4％,SI 0.8～1.0％,Cr 2.5～3.5％,Mn 0.8～1.0％,Mo 2.5～3.5％,V:0.8～1.0％,Co 1.2～1.5％,Ni 0.3～0.50％,W 0.1～0.3％,AL‑SC 0.05～0.1％,S≤0.015％，P≤0.015％，其余为铁。上述组分通过电弧炉熔炼、电渣重熔、锻造以及热处理步骤得到成品。通过上述方式，本发明制取的模具钢强度高，耐磨性好，而且具有良好的抗蠕变性能和更高的使用寿命。

Description

一种高强度耐磨热作模具钢
技术领域
本发明涉及金属材料领域，特别是涉及一种高强度耐磨热作模具钢。
背景技术
热作模具钢是指适宜于制作对金属进行热变形加工的模具用的合金工具钢，如热锻模、热挤压模、压铸模、热镦模等。由于热作模具长时间处于高温高压条件下工作，因此，要求模具材料具有高的强度、硬度及热稳定性，特别是应有高热强性、热疲劳性、韧性和耐磨性，目前常用的热作模具钢如H13虽然在韧性、耐磨和抗疲劳等方面具有良好的综合性能，但是随着模具本身在向大型化和精密化进一步发展，对现有模具材料的性能要求进一步提高，传统的热作模具钢的性能已经无法完全满足要求。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种高强度耐磨热作模具钢，能够满足模具生产的需要。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种高强度耐磨热作模具钢，所述高强度耐磨热作模具钢的各组分质量分数如下：C 0.3～0.4％,Si 0.8～1.0％,Cr 2.5～3.5％,Mn 0.8～1.0％,Mo 2.5～3.5％,V 0.8～1.0％,Co
1.2～1.5％,Ni 0.3～0.50％,W 0.1～0.3％,AL-SC 0.05～0.1％,S≤0.015％，P≤0.015％，其余为铁。
在本发明一个较佳实施例中，所述高强度耐磨热作磨具钢中A类、B类、C类D类和DS类夹杂物成分不超过二级。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种高强度耐磨热作模具钢的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
步骤一使用电弧炉熔炼钢水，并通过精炼控制钢水中各组分的含量，去除其中的非金属杂质后浇铸得到钢坯；
步骤二将钢坯在保护气氛下电渣重熔，制取高纯度钢锭；
步骤三对钢锭高温均化处理后进行锻造，控制锻造比大于8，得到模具钢坯料；
步骤四对模具钢坯料依次进行退火、淬火、深冷和回火处理得到模具钢成品成品原料。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤三中钢锭高温均化处理的温度1150～1250℃，保温时间为5～8h，锻造时开锻温度为1100～1200℃，终锻温度为850～900℃。
在本发明一个较佳实施例中，步骤四中退火的方式为首先将所述模具钢坯料升温到850～900℃，保温18～24h，然后降温到730～770℃，保温10～15h，最后随炉降温到300℃以下后空冷至室温。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤四中淬火的方式为将退火后的模具钢坯料加热到1050～1100℃，然后迅速出炉后油冷至室温。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤四中深冷处理的方式是使用液氮将模具钢坯料降温到-120～-180℃之间，保温2～4h，然后恢复至常温，且所述深冷处理为循环处理，循环次数为2～5次。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤四中回火的方式为将所述模具钢坯料重新加热到150～250℃，保温2～6h后，冷却到常温。
本发明的有益效果是：本发明的配方体系中碳含量相对较低，保证了材料本身具有较高的强度和韧性，而且通过各种合金元素的添加有效提高产品的淬透性和强度，其中W和Mo的成分组合可以有效提高表面强度的同时防止回火脆性，并且能与V元素一起提高热作模具钢的高温硬度，而引入的AL-SC则能有效改善最终产品的抗蠕变性能，提高制作成模具后的精度，这样再通过相匹配的热处理步骤，最终得到的产品与传统模具钢相比，强度更高，耐磨性好而且具有良好的抗蠕变性能和更高的使用寿命，能够满足客户对性能的相应要求。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明实施例包括：
实施例1
一种低高强度耐磨热作模具钢：所述高强度耐磨热作模具钢的各组分质量分数如下：C 0.3％,Si 0.9％,Cr 2.7％,Mn 1.0％,Mo 3.5％,V 0.8％,Co 1.2％,Ni 0.50％,W0.1％,AL-SC 0.1％,S≤0.015％，P≤0.015％，其余为铁。其中A类、B类、C类D类和DS类夹杂物成分不超过二级。
实施例2
一种高强度耐磨热作模具钢，：所述高强度耐磨热作模具钢的各组分质量分数如下：C 0.32％,Si 0.9％,Cr 3.5％,Mn 1.0％,Mo 3％,V 1.0％,Co 1.2％,Ni 0.50％,W0.1％,AL-SC 0.05％,S≤0.015％，P≤0.015％，其余为铁。其中A类、B类、C类D类和DS类夹杂物成分不超过二级。
实施例3
一种高强度耐磨热作模具钢，：所述高强度耐磨热作模具钢的各组分质量分数如下：C 0.4％,Si 0.9％,Cr 3.1％,Mn 0.8％,Mo 2.6％,V:0.8％,Co 1.5％,Ni 0.30％,W0.3％,AL-SC 0.07％,S≤0.015％，P≤0.015％，其余为铁。其中A类、B类、C类D类和DS类夹杂物成分不超过二级。
实施例4
一种高强度耐磨热作模具钢，：所述高强度耐磨热作模具钢的各组分质量分数如下：C 0.37％,Si 0.9％,Cr 2.5％,Mn 0.9％,Mo 2.5％,V:0.8％,Co 1.4％,Ni0.40％,W0.3％,AL-SC 0.1％,S≤0.015％，P≤0.015％，其余为铁。其中A类、B类、C类D类和DS类夹杂物成分不超过二级。
所述实施例1～4所述的高强度耐磨热作模具钢的制备方法包括以下步骤：
步骤一使用电弧炉熔炼钢水，并通过精炼控制钢水中各组分的含量并去除其中的非金属杂质后浇铸得到钢坯；
步骤二将钢坯在保护气氛下电渣重熔，制取高纯度钢锭；
步骤三对钢锭高温均化处理后进行锻造，控制锻造比大于8，得到模具钢坯料；
步骤四对模具钢坯料依次进行退火、淬火、深冷和回火处理得到模具钢成品成品原料。
其中步骤三中钢锭高温均化处理的温度一般1150～1250℃，保温时间为5～8h，在实际实际实施时控制均化温度为1200±20℃，保温时间为6h，锻造时开锻温度为1100～1200℃，终锻温度为850～900℃，在实际实施时优选的开锻温度为1060±20℃，终锻温度控制在860～880℃之间。
其中步骤四中退火的方式为首先将所述模具钢坯料升温到850～900℃，保温18～24h，实际实施中优选为24h，然后降温到730～770℃，保温10～15h，优选为12h，最后随炉降温到300℃以下后空冷至室温。
所述步骤四中淬火的方式为将退火后的模具钢坯料加热到1050～1100℃，然后迅速出炉后油冷至室温。
其中，步骤四中深冷处理的方式是使用液氮将模具钢坯料降温到-120～-180℃之间，保温2～4h，然后恢复至常温，且所述深冷处理为循环处理，循环次数为2～5次，实际实施时，优选的温度为-150℃，保温4h，实际循环次数为3次。采用深冷处理的原因是通过深冷处理可以在不降低产品强度与硬度的情况下有效改善成品韧性，从而提高产品的使用寿命。
所述步骤四中最后回火的方式为将所述模具钢坯料重新加热到150～250℃，保温2～6h后，冷却到常温。其中优选的回火温度为200℃，保温时间为4h。
通过上述处理之后得到的实施例的性能检测结果见下表：
从上述检测结果可见，按照本发明生产的模具钢，与常用的H13型模具钢相比，通过完善配方体系中的各元素的配比和热处理对钢材内部晶型生成的影响，细化固溶之后产生马氏体和铁素体晶体，有效提高钢材的强度和韧性，对表面硬度，也就是耐磨性也有明显提高，尤其重要的是，抗疲劳能力显著增强，有效提高了模具钢的使用寿命。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种高强度耐磨热作模具钢，其特征在于，所述高强度耐磨热作模具钢的各组分质量分数如下：
C 0.3～0.4％,Si0.8～1.0％,Cr2.5～3.5％,Mn0.8～1.0％,Mo2.5～3.5％,V:0.8～1.0％,Co 1.2～1.5％,Ni 0.3～0.50％,W 0.1～0.3％,AL-SC 0.05～0.1％,S≤0.015％，P≤0.015％，其余为铁。
2.根据权利要求1所述的高强度耐磨热作模具钢，其特征在于,所述高强度耐磨热作磨具钢中A类、B类、C类D类和DS类夹杂物成分不超过二级。
3.根据权利要求1～2任意之一所述的高强度耐磨热作模具钢的制备方法包括以下步骤：
步骤一使用电弧炉熔炼钢水，并通过精炼控制钢水中各组分的含量，去除其中的非金属杂质后浇铸得到钢坯；
步骤二将钢坯在保护气氛下电渣重熔，制取高纯度钢锭；
步骤三对钢锭高温均化处理后进行锻造，控制锻造比大于8，得到模具钢坯料；
步骤四对模具钢坯料依次进行退火、淬火、深冷处理和回火处理得到模具钢成品成品原料。
4.根据权利要求3所述的高强度耐磨热作模具钢的制备方法，其特征在于，所述步骤三中钢锭高温均化处理的温度1150～1250℃，保温时间为5～8h，锻造时开锻温度为1100～1200℃，终锻温度为850～900℃。
5.根据权利要求3所述的高强度耐磨热作模具钢的制备方法，其特征在于，步骤四中退火的方式为首先将所述模具钢坯料升温到850～900℃，保温18～24h，然后降温到730～770℃，保温10～15h，最后随炉降温到300℃以下后空冷至室温。
6.根据权利要求3所述的高强度耐磨热作模具钢的制备方法，其特征在于，所述步骤四中淬火的方式为将退火后的模具钢坯料加热到1050～1100℃，然后迅速出炉后油冷至室温。
7.根据权利要求3所述的高强度耐磨热作模具钢的制备方法，其特征在于，所述步骤四中深冷处理的方式是使用液氮将模具钢坯料降温到
-120～-180℃之间，保温2～4h，然后恢复至常温，且所述深冷处理为循环处理，循环次数为2～5次。
8.根据权利要求3所述的高强度耐磨热作模具钢的制备方法，其特征在于，所述步骤四中回火的方式为将所述模具钢坯料重新加热到150～250℃，保温2～6h后，冷却到常温。
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