[发明专利]一种高强韧耐磨冷作模具钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐磨模具钢，特别是涉及一种具有高淬硬性，合金成本低廉，具有较好强度韧性的配合及耐磨冷作模具钢及其制造方法。本发明钢适用于冷成型精密冲压模冷锻、汽车部件弯曲模具、液压成型模具。

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℃。

目前，国内模具材料市场上应用最为广泛的冷作模具钢材料是高碳高铬冷作模具钢Cr12MoV作为主选通用型的冷作模具钢材料。这种钢具有较高的淬透性、淬硬性、耐磨性，高温抗氧化性能好，可以作为通用型冷作模具钢材料用于制造各种用途的冷作模具，例如形状复杂的冲孔凹模、冷挤压模、滚螺纹轮、冷剪切刀和精密量具等。但是，这种Cr12MoV通用型冷作模具钢材料中的合金元素组成中含有较高的碳和铬元素(该材料化学成分质量百分数为：C：1.45-1.70％，Si≤0.40％，Mn≤0.40％，Cr：11.0-12.5％，Mo：0.4-0.6％，Ni≤0.10％，Cu≤0.10％，P≤0.030％，S≤0.030％)，而过多的碳和铬元素含量会使材料显微组织中存在网状的莱氏体碳化物，造成材料的韧性不高。模具在使用中易崩刃、断裂或塌陷。

Cr12MoV钢的性能指标在经过980℃淬火以及200℃回火之后，冲击功为39J，硬度为60HRC。而这些性能指标是冷作模具钢的关键技术指标。

冷作模具主要用于金属或非金属材料的冷成型，包括冷冲压、冷挤压和冷镦等。这类模具工作载荷大、尺寸精度、表面质量要求高。通常选用的冷作模具钢要求有足够的强度、韧度、硬度和耐磨性。而Cr12MoV钢由于组织中含有不均匀的莱氏体碳化物，虽然经过淬火和回火之后有较高的硬度和耐磨性能，但是韧性较低。在实际使用中容易发生崩裂和塌陷。

上述Cr12MoV钢采用电弧炉熔炼，浇铸成钢锭锻造开坯，具体步骤依次为炼钢、锻造、热处理，最后形成产品。其锻造的加热温度为1110-1130℃，终锻温度为≥900℃，冷却方式采用高温退火、坑冷或者砂冷。由于Cr12MoV钢形成大量粗大的呈连续网状分布的共晶碳化物。这种网状共晶碳化物严重割裂基体，还可作为模具钢断裂时的裂纹源和裂纹扩展途径，从而使得模具钢的晶界严重脆化，韧性很低。并且在锻造时，由于受到锻造比的限制，对于大尺寸铸坯，其心部的共晶碳化物很难打碎，所以在锻造后的模具钢组织中经常存在带状碳化物偏析，使模具钢的性能出现各向异性。而且由于网状共晶碳化物的存在，在锻造过程中容易出现开裂和过烧等引起的废品。

CN1854324A公开了一种高合金冷作模具钢的生产工艺。其化学成份重量百分比含量为：C：1.45-1.55％，Cr：7.8-8.2％，V：3.9-4.1％，Mo：1.4-1.6％，Si：0.9-1.1％，Mn：0.3-0.5％，余Fe。该冷作模具钢含有较高的碳元素和钼、钒元素，并且采用喷射成形技术、一道次达变形量热轧以及等温球化热处理工艺进行生产。但该高合金冷作模具钢未涉及韧性。

CN101182619A公开了一种高韧性冷作模具钢及其制造方法。其化学成份重量百分比含量为：C：0.9-1.0％，Cr：9-10％，V：0.8-1.0，Mo：2.0％，Si：1.0％，余Fe。主要是依靠Cr的碳化物强化作用，提高材料的硬度，但是由于碳、铬在凝固过程中易形成大量的一次碳化物，从而导致钢的韧性不是很理想。

为此，提供一种高强度高韧性，适合用于冷成型精密冲压模冷锻、汽车部件弯曲模具、液压成型模具的耐磨冷作模具钢具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强韧耐磨冷作模具钢。

为实现上述目的，本发明的高强韧高耐磨冷作模具钢的主要合金元素为(质量百分比)：C：0.85-0.95％，Si：0.45-1.0％，Mn：0.2-0.40％，P＜0.02％，S＜0.02％，Cr：6.50-8.80％，Mo：1.20-1.30％，V：0.20-0.30％，余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明的另一个目的是提供上述高强韧高耐磨冷作模具钢的制造方法，该方法包括如下步骤：

按照本发明的化学成分的配比冶炼、浇铸以及电渣重熔得到钢锭；