[发明专利]一种低成本高强韧高耐磨冷作模具钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低成本高强韧高耐磨性冷作模具钢及其制备方法。属于特种合金钢制造工艺领域。

背景技术

冷作模具钢主要用于制造在冷状态(室温)条件下进行压制成形的模具，如冷拉伸模具、冷镦模具、冷挤压模具、压印模具、辊压模具等。冷作模具的工作条件和刃具有些相似，但因被加工材料在冷态下变形，故变形抗力很大。与刃具钢相比，冷作模具钢应当要求更高的淬透性、耐磨性和韧性，而红硬性的要求可低些，一般冷作模具工作时温度升高不会超过200～300℃。

长期以来，我国广泛采用CrWMn、Cr12型钢作为冷作模具的主选材料。由于前者易形成网状碳化物，后者易形成带状碳化物，碳化物的严重偏析使模具的强韧性降低，导致模具崩刃、断裂或塌陷。

随着加工技术、被加工材料及对模具需求的变化，原有的基本系列不能满足需要，为了提高冷作模具钢的韧性并使钢的耐磨性降低不是很多，国外一些模具钢生产的主要企业，相继开发了一系列的高韧性、高耐磨性兼备的冷作模具钢。这类钢一般含碳量约为1％，含Cr8％，加入Mo、V、Si等合金元素，其碳化物细小、分布均匀、韧性远高于Cr12类型钢，而耐磨性则与之相近。它们的硬度、抗弯强度、疲劳强度和断裂韧性高，抗回火稳定性也高于Cr12型模具钢，适合于高速冲床和多工位冲床。如美国CRUCIBLE公司开发的CRU-WEAR钢、Timken的Lesco wear、BOHLER的K340钢、日本山阳特殊钢的QCM8，大同特钢的DC53、日立金属近年来新开发的SLD-Magic新型冷作模具钢、爱知制钢公司的SX5(Cr8MoV)、TCD等钢。

之前我国高端高强韧冷作模具钢主要依靠进口，但由于进口钢高昂的价格而使得我国的冷作模具生产企业成本增加或有的企业沿用低端模具钢而生产效率低下，这不仅使很多生产企业缺乏国际国内竞争力，也造成我国大量资源的浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型低成本、高强韧高耐磨的冷作模具钢及其制备方法。

本发明一种低成本、高强韧高耐磨的冷作模具钢，其特征在于该模具钢的合金元素成分及其百分含量如下：

C     0.88～1.10％，Si    0.45～0.65％，

Mn    0.20～0.50％，Cr    7.50～9.0％，

Mo    1.30～1.80％，V     0.30～0.60％，

Fe    余量。

本发明一种低成本、高强韧高耐磨的冷作模具钢的制备方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：

a.熔炼：模具钢的合金元素按上述设计成分及重量百分比进行称重配料后，按传统常规方法熔炼，将配合料放置于中频感应炉中，在1500～1550℃进行熔炼；然后浇注钢锭，进入下一步骤待用；

b.电渣重熔：利用电流通过电渣层产生电阻热来熔化自耗电极的合金母材，液体金属以熔滴形式经渣层下落至水冷结晶器中的金属熔池内，钢锭由下而上逐步结晶。经电渣重熔后可降低气体和夹杂物的含量，并获得成份均匀、组织致密、质量高的钢锭。重熔时合金得到进一步精炼，夹杂物通过渣洗和在熔池中上浮去除；

c.电渣重熔后退火：钢锭经浇注后于850～880℃退火8小时，随后随炉冷却；

d.锻造：钢锭加热至1200～1230℃，进行粗锻，终锻温度850～950℃；

e.锻后退火：于850～880℃退火8小时，随后随炉冷却；

f.球化退火：在860℃保温3小时，接着以每小时30℃的冷却速度炉冷，当温度冷却到730℃，保温4小时，然后以每小时30℃的冷却速度炉冷，温度达到550℃后空冷；

g.热处理工艺：采用低淬低回或高淬高回工艺进行热处理；

(1)低淬低回工艺：1020～1040℃淬火，180～230℃回火2小时2次；

(2)高淬高回工艺：1080～1080℃淬火，480～540℃回火2小时2次；

经热处理后即得到高强韧高耐磨冷作模具钢。

本发明的特点及优点如下所述：

(1)本发明冷作模具钢的合金元素成分设计，是在在Cr12MoV基础上适当减少C和Cr，增加Mo和V，以减少并细化共晶碳化物，细化晶粒。以适量的Si固溶于基体，提高强韧性，在奥氏体化温度下使奥氏体中的C量达到0.6％左右而具有高淬硬性。