冷热兼作模具钢及其制造工艺制造技术

本发明专利技术提供一种冷热兼作模具钢的制造工艺，属于模具钢制造技术领域，包括中频冶炼，炉外精炼；喷射成形；初次退火；热变形锻打；二次锻打；锻后余热退火；淬火；多次回火。本发明专利技术提供的制造工艺通过喷射成形步骤，钢锭内组份的偏析被抑制在了很小的范围内，同时通过两次锻造，能够有效防止大颗粒碳化物的形成，提高钢材的冲击韧性及塑性，提高了钢材的品质。本发明专利技术还提供一种冷热兼作模具钢，包括C：0.55‑0.65％，Si：0.85‑1.15％，Cr：3.7‑4.4％，Mo：1.8‑2.2％，V：1.3‑1.7％，W：1.9‑2.2％，余量为铁和杂质。本发明专利技术提供的冷热兼作模具钢组织均匀细小，避免大颗粒碳化物的存在，具备高硬度和高冲击韧性，可与粉末钢韧性相当，同时具有较好的塑性。

Cold and heat combined mold steel and its manufacturing process

The invention provides a manufacturing process for cold and hot die steel, which belongs to the field of die steel manufacturing technology, including medium frequency smelting, external refining of the furnace; jet forming; initial annealing; hot deformation forging; two forging; afterheat annealing after forging; quenching; multiple tempering. Through the spray forming process, the segregation of components in the ingot is suppressed in a very small range, and the two forging can effectively prevent the formation of large particle carbides, improve the impact toughness and plasticity of the steel, and improve the quality of the steel. The invention also provides a cold and hot mold steel, including C:0.55 0.65%, Si:0.85 1.15%, Cr:3.7 4.4%, Mo:1.8 2.2%, V:1.3 1.7%, W:1.9 2.2%, and the residual amount of iron and impurities. The cold and hot mold steel provided by the invention is uniform and fine, avoids the existence of large particle carbides, has high hardness and high impact toughness, and can be equal to the toughness of the powder steel, and has good plasticity at the same time.

【技术实现步骤摘要】
冷热兼作模具钢及其制造工艺
本专利技术属于模具钢制造
，更具体地说，是涉及一种冷热兼作模具钢及其制造工艺。
技术介绍
模具钢传统上分为冷作模具钢和热作模具钢，两种模具钢的主要区别在于使用的温度不同，冷作模具钢是在低温下使用(100度以下)，主要是用在冲压模具；热作模具钢是高温下使用，主要是用在压铸模具。使用环境及使用温度的不同，导致了冷作模具钢和热作模具钢分别侧重不同的性能，冷作模具钢侧重硬度、耐磨性，热作模具钢对硬度要求适当，侧重于红硬性，导热性，耐磨性。针对不同的使用需求，一般采用不同的模具钢原材料制备，无形中增加了生产成本。现有的一些研究提供了能够冷热兼作的钢材，但还是存在组织成分不均匀，使用过程中容易开裂，影响模具使用寿命的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种冷热兼作模具钢，以解决现有技术中存在的冷热兼作模具钢的组织成分不均匀的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：提供一种冷热兼作模具钢的制造工艺，包括如下步骤：利用中频炉进行中频冶炼，冶炼后出钢，并在出钢后进行炉外精炼；喷射成形，获得钢锭；对所述钢锭进行初次退火，退火后出炉空冷；对经过初次退火后的所述钢锭进行热变形锻打，所述热变形锻打的加热温度为1140-1160℃，保温4-6小时，开锻温度1050℃，终锻温度为900℃；对经过热变形锻打的圆坯进行车皮，并在车皮后进行二次锻打；对经过二次锻打的棒材进行锻后余热退火，退火后出炉空冷；对经过锻后余热退火的棒材进行淬火及多次回火，其中，淬火为分级预热式淬火，一级预热温度为500-550℃，二级预热温度为850-900℃，奥氏体化温度为1050-1120℃；回火温度为540-560℃，回火时间为1小时，回火次数为3次，每次回火后工件冷却至室温。进一步地，所述炉外精炼包括：精炼时间为30-120分钟，精炼时采用氩气搅拌。进一步地，所述喷射成形包括：在炉外精炼温度达到1620-1650℃时开始喷射，喷射雾化气体为氮气，雾化压力为6-10bar，沉积距离为450-500mm，喷射温度为1620-1580℃，转速为40-60转/分。进一步地，所述初次退火包括：在880℃-920℃的温度下保温5-8小时；以20℃/h的降温速度降到550℃。进一步地，所述热变形锻打为自由锻造方式，在锻造时采用轻重轻的锻造方法。进一步地，所述二次锻打为自由锻造方式，在锻造时采用轻重轻的锻造方法，锻打的加热温度为1140-1160℃，保温4-6小时，开锻温度1050℃，终锻温度为900℃。进一步地，所述锻后余热退火具体为：在880℃-920℃的温度下保温5-8小时；以20℃/h的降温速度降到550℃。进一步地，对经过锻后余热退火的钢锭进行淬火及三次回火。本专利技术提供的冷热兼作模具钢的制造工艺的有益效果在于：与现有技术相比，本专利技术冷热兼作模具钢的制造工艺，通过喷射成形步骤，钢锭内组份的偏析被抑制在了很小的范围内，同时通过两次锻造，能够有效防止大颗粒碳化物的形成，提高钢材的冲击韧性及塑性，提高了钢材的品质。本专利技术还提供一种冷热兼作模具钢，基于上述的冷热兼作模具钢的制造工艺制造，化学组分按质量百分比计包括：C：0.55-0.65％，Si：0.85-1.15％，Cr：3.7-4.4％，Mo：1.8-2.2％，V：1.3-1.7％，W：1.9-2.2％，余量为铁和杂质。进一步地，组分中C：0.57-0.63％，Si：0.9-1.1％，Cr：3.8-4.3％，Mo：1.9-2.1％，V：1.4-1.6％，W：2.0-2.1％。本专利技术提供的冷热兼作模具钢的有益效果在于：与现有技术相比，本专利技术冷热兼作模具钢，组织均匀细小，避免大颗粒碳化物的存在，具备高硬度和高冲击韧性，可与粉末钢韧性相当，同时具有较好的塑性，易于进行机加工，有利于提高模具成品的使用寿命。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1在100微米尺度下的组织照片；图2为本专利技术实施例1在20微米尺度下的组织照片；图3为本专利技术实施例1与传统工艺制备的模具钢的硬度对比图；图4为本专利技术实施例1与传统工艺制备的模具钢的冲击值对比图；图5为本专利技术实施例1与传统工艺制备的模具钢的抗拉强度对比图；图6为本专利技术实施例1与传统工艺制备的模具钢的断面收缩比率对比图。具体实施方式为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。现对本专利技术提供的冷热兼作模具钢的制造工艺进行说明，所述冷热兼作模具钢的制造工艺包括如下步骤：利用中频炉进行中频冶炼，冶炼后出钢，并在出钢后进行炉外精炼；喷射成形，获得钢锭，钢锭的直径为400-550mm，重量为2-4吨；对所述钢锭进行初次退火，退火后出炉空冷；对经过初次退火后的所述钢锭进行热变形锻打，所述热变形锻打的加热温度为1140-1160℃，保温4-6小时，开锻温度1050℃，终锻温度为900℃；对经过热变形锻打的圆坯进行车皮，中间圆坯表面有小裂纹，为了防止小裂纹在后续锻打过程中延伸，并在车皮后进行二次锻打；对经过二次锻打的钢锭进行锻后余热退火，退火后出炉空冷；对经过锻后余热退火的钢锭进行淬火及多次回火，其中，淬火为分级预热式淬火，一级预热温度为500-550℃，二级预热温度为850-900℃，奥氏体化温度为1050-1120℃；回火温度为540-560℃，回火时间为1小时，回火次数为3次，每次回火后工件冷却至室温。本专利技术提供的冷热兼作模具钢的制造工艺，通过喷射成形步骤，钢锭内组份的偏析及组织的粗化被抑制在了很小的范围内，同时通过两次锻造及多次的回火处理，能够有效防止大颗粒碳化物的形成，提高钢材的冲击韧性及塑性，提高了钢材的品质，有效延长钢材的使用寿命。分次锻造，能够环节加工变形量对加工硬化强度的影响，避免长时间锻造过程中产生心部断裂或表面裂纹。进一步地，炉外精炼包括：精炼时间为30-120分钟，精炼时采用氩气搅拌，有助于提高钢材的纯净度。进一步地，作为本专利技术提供的冷热兼作模具钢的制造工艺的一种具体实施方式，喷射成形包括：在炉外精炼温度达到1620-1650℃时开始喷射，喷射雾化气体为氮气，雾化压力为6-10bar，沉积距离为450-500mm，喷射温度为1620-1580℃，转速为40-60转/分。通过调整喷射的参数，能够获得组织均匀细小且致密度高的沉积坯，有利于提高成品的性能。进一步地，初次退火为了防止钢锭表面和心部温差大引起的应力裂包括：在880℃-920℃的温度下保温5-8小时；以20℃/h的降温速度降到550℃。进一步地，热变形锻打为自由锻造方式，在锻造时采用轻重轻的锻造方法。自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，所用工具和设备简单，通用性好，成本低，操作灵活，同铸造毛坯相比，自由锻消除本文档来自技高网...

【技术保护点】
冷热兼作模具钢的制造工艺，其特征在于，包括如下步骤：利用中频炉进行中频冶炼，冶炼后出钢，并在出钢后进行炉外精炼；喷射成形，获得钢锭；对所述钢锭进行初次退火，退火后出炉空冷；对经过初次退火后的所述钢锭进行热变形锻打，所述热变形锻打的加热温度为1140‑1160℃，保温4‑6小时，开锻温度1050℃，终锻温度为900℃；对经过热变形锻打的圆坯进行车皮，并在车皮后进行二次锻打；对经过二次锻打的棒材进行锻后余热退火，退火后出炉空冷；对经过锻后余热退火的棒材进行淬火及多次回火，其中，淬火为分级预热式淬火，一级预热温度为500‑550℃，二级预热温度为850‑900℃，奥氏体化温度为1050‑1120℃；回火温度为540‑560℃，回火时间为1小时，回火次数为3次，每次回火后工件冷却至室温。

【技术特征摘要】
1.冷热兼作模具钢的制造工艺，其特征在于，包括如下步骤：利用中频炉进行中频冶炼，冶炼后出钢，并在出钢后进行炉外精炼；喷射成形，获得钢锭；对所述钢锭进行初次退火，退火后出炉空冷；对经过初次退火后的所述钢锭进行热变形锻打，所述热变形锻打的加热温度为1140-1160℃，保温4-6小时，开锻温度1050℃，终锻温度为900℃；对经过热变形锻打的圆坯进行车皮，并在车皮后进行二次锻打；对经过二次锻打的棒材进行锻后余热退火，退火后出炉空冷；对经过锻后余热退火的棒材进行淬火及多次回火，其中，淬火为分级预热式淬火，一级预热温度为500-550℃，二级预热温度为850-900℃，奥氏体化温度为1050-1120℃；回火温度为540-560℃，回火时间为1小时，回火次数为3次，每次回火后工件冷却至室温。2.如权利要求1所述的冷热兼作模具钢的制造工艺，其特征在于，所述炉外精炼包括：精炼时间为30-120分钟，精炼时采用氩气搅拌。3.如权利要求1所述的冷热兼作模具钢的制造工艺，其特征在于，所述喷射成形包括：在炉外精炼温度达到1620-1650℃时开始喷射，喷射雾化气体为氮气，雾化压力为6-10bar，沉积距离为450-500mm，喷射温度为1620-1580℃，转速为40-60转/分。4.如权利要求1所述的冷热兼作模具钢的制造工艺，其特征在于，所述初次退火包括：在880...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛栋梅，张海军，洪勇发，孙瑞谦，杜文华，默雄，米永旺，杨云峰，王红，
申请(专利权)人：河冶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13