一种非淬火高强韧性冷作模具钢，属于冶金制造技术领域。主要是对产品成份配方进行了优化和创新，通过添加合金元素和轧制及冷细化组织，采用电炉加电渣重熔精炼与多次大锻比锻造和特殊热处理工艺，开发出新型冷作模具钢。制造工艺流程包括：选定化学成份范围→根据化学成份范围制定配料方案→中频冶炼→电渣重熔（精炼）→退火→下料→扩氢→锻造→正火＋回火处理→机械加工→检验。其重点制造工艺步骤：（１）精炼、（２）锻造、（３）扩氢处理、（４）正火回火处理，获得非淬火高强韧性冷作模具钢。本发明专利技术化学成份配比合理，制造成本低，合金化效果好；锻造比变大，金属组织的致密度良好；本体的强韧性能指标高。产品各相性能指标均达到或超过了国内外同类产品水品。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于冶金制造
技术介绍
近几年，随着模具工业的迅猛发展，为国产模具钢提供了一个巨大的市场，带动了 国内模具钢的产量、品种、规格及品质水准的提高。我国冶金行业研制开发和引进了大量模 具行业所需的钢种，但国产模具钢无论在品种还是质量上仍难以全部满足国内模具市场的 需求。目前国产现行冷作模具钢只有Crl2、 Crl2MoV、 Cr丽n、9CrSi、 T10等几个牌号钢种。 由于现行冷作模具钢其合金元素C、 Cr、Mo、 V及含碳量较高，导致制造成本 较高，且容易产生严重的网状碳化物，影响使用性能。例如Crl2MoV的成分配方为C : 1. 45% -1. 70% ;Si :《0. 4% ;Mn :《0. 35% ;Mo :0. 4% -0. 6% ;P《0. 02% ;S《0. 01% ; Cr :11% -12.5% ;V 0. 15% -0.3% ;余为Fe。单从化学成分来讲，贵重金属元素Cr、 Mo、 V 的含量较高，这样就大大增加了模具钢的制造成本，对节能降耗带来不利的影响；同时须经 复杂热处理工艺后才能使用。此类冷作模具钢属于莱氏体钢，由于C含量较高，碳化物分布 不均匀，钢在热加工过程中，共晶碳化物被破碎，呈网状分布的碳化物变成颗粒状的碳化物 并沿着变形方向延长产生了带状碳化物。Crl2MoV系列钢的碳化物不均匀性包括网状共晶 碳化物和带状碳化物网状共晶碳化物的存在使钢的韧性明显降低，带状碳化物使钢材的 力学性能和物理性能出现明显的各向异性，碳化物分布不均匀使钢的磨削性和研磨性都很 差，热加工和淬火裂纹形成的倾向性增大，从而导致其使用过程中经常开裂。另外，此类模 具钢在淬火过程中，使用的淬火油对坏境保护也带来了不利的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种非淬火高强韧性冷作工模具钢及生产工艺，以解决现有 技术合金元素C、Cr、Mo、V含量较高；制造成本较大；容易产生严重的网状碳化物，影响使用 性能；且需经复杂热处理工艺后才能使用；污染环境等问题。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是对产品成份配方进行了优化和创新， 所采用原材料配方(质量分数w^ )为 C :0. 45% -0. 48% ;Si :1. 50% -1. 80% ;Mn :2. 20% -2. 55% ;Ni :0. 30% -0. 45% ; Mo :0. 15 % -0. 25 % ;P《0. 02 % ;S《0. 01 % ;Ti :0. 1 % -0. 3 % ;Cu《0. 15 % ;Cr : 1.3% -1.4%，工业纯铁92. 77-94%。 该非淬火高强韧性冷作工模具钢，主要是通过添加合金元素和轧制及冷细化组 织，采用电炉加电渣重熔精炼与多次大锻比锻造和特殊热处理工艺，开发出新型冷作模具 钢，具有钢质纯净、组织均匀、高强韧性等特点。冷作模具钢用来制造在冷态下使金属塑性 变形的工模具。是一种既耐磨又具有高强韧性的工模具材料，即在使用中具有很高的抗裂、 抗剥落、抗冲击等性能。制造工艺流程包括制定配料方案一中频冶炼一电渣重熔(精炼)一退火一下料3—扩氢一锻造一正火+回火处理一机械加工一检验。 其重点制造工艺如下 (1)精炼采用电渣重熔，提高钢材的纯净度。电渣重熔工艺参数为 a、渣系采用四元素非标准渣系，即氧化铝20 % -35 % ，氧化f丐提高10 % -12 % ，氟化钙提高50 % -60 % ，氧化硅减少3 % -5 %b、渣量提高电渣重熔的渣量，由正常状态下的80mm-100mm提高到100mm-120mm。 c、电流电流的大小决定了生产效率和产品质量，电流越大生产效率越高，而对产 品质量却产生不利影响，所以电流强度比冶炼常规合金钢降低10% _12%。 d、电压电压控制在50V-60V，比冶炼常规模具钢低2% 。 e、填充比将填充比控制在0. 35-0. 4之间，比冶炼常规模具钢减小10%左右。 f、结晶器水温结晶器出口水温控制在30°C -6(TC之间。 (2)锻造锻造比^ 8，其中镦粗比^ 4，有利于细化晶粒，改善组织。其工艺参数 为a、加热装炉温度《40(TC，加热至85(rC保温(按0. 25分钟/mm)，升至125(TC再次保温(按0. 3分钟/mm)，被加热工件表芯温度差《30°C ，升温速度《l(TC /分钟。 b、始锻温度1200。C _1250°C c、终端温度800。C _850°C d、锤击力量按轻-重-轻的原则。(3)扩氢处理为了去除钢中氢和其它有害气体的含量，采用以下扩氢处理工艺 室温装炉，升温至600-70(TC进行保温，升温速度为《l(TC /分钟；然后进行保温， 保温时间按工件的厚度计算，2. 5分钟/mm ;保温完成后，随炉冷却，至室温后出炉。 (4)正火+回火处理为了得到均匀的贝氏体组织，提高强韧性能，非淬火模具钢 的正回火工艺如下 I 正火 室温装炉，升温至900-92(TC进行保温，升温速度为《14°C /分钟；然后进行保温， 保温时间按工件的厚度计算，O. 25分钟/mm ;保温完成后，出炉空冷至室温。 II 回火 室温装炉，升温至200-35(TC保温，升温速度为《14°C /分钟；然后进行保温，保温 时间按工件的厚度计算，O. 3分钟/mm ;保温完成后，出炉空冷至室温。 采用本专利技术的积极效果是 1、化学成份配比合理，合金化效果好；制造成本低；锻造比变大；金属组织的致密度良好；本体的强韧性高。具体指标是 抗弯强度o bb > 3500MPa 屈服强度o s > 1200MPa 延伸率55:^50% 冲击韧性aku : > 80J. cm_2 (室温) 硬度HRC 55HRC 使用寿命比传统模具钢提高50%以上 焊接性能CE《0. 25% PC《0.25% 2、新型非淬火高强韧性冷作工模具钢采用独创的合金成份设计，即根据钢的合金 化成分设计原理并结合我国资源与冶金技术的实情，研制高性能、长寿命、节约资源(尽量 少用贵重合金元素)的新钢种。具有如下特点 a.采用电渣重熔技术冶炼，提高钢的纯净度、致密度、均匀性和质量稳定性。 b.锻造后正火得到贝氏体和马氏体组织，不经淬火处理，可达到预性能，免除传统的淬火工序，简化生产工序，减少模具变形开裂，节约能源； c.产品性能具有高强度、高韧性和高耐磨性；具有显著的经济效益。 d.新型非淬火高强韧性冷作模具钢与国内目前使用较多的冷作模具钢Crl2MoV相比，具有碳和稀贵合金元素钼钒的含量较低，钢的纯净度高，成分均匀，强韧性高等特点。 该非淬火高强韧性冷作模具钢解决了现行冷作工模具钢(Crl2、 Crl2MoV、Crl2MolVl、9CrSi、 T10等)由于韧性低，易于开裂、折断等损坏问题，提高其产品的使用寿命，同时降低钢材成本，简化工艺过程，降低加工过程中的能耗(煤、电)，降低产品的制造加工难度，减少环境污染。具体实施例方式实施例一 用于冷剪切刀片 9CrSi是常用的冷作工模具钢，使用该钢制造的冷剪刀片，原模具加工流程为 冶炼一锻造一球化退火一粗车一精加工一淬火回火一磨削一时效一精磨。最终热处理为 87(TC加热淬火，20(TC回火，冷剪刀片在使本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种非淬火高强韧性冷作工模具钢，其特征是原料配方配比为：Ｃ：０．４５％－０．４８％；Ｓｉ：１．５０％－１．８０％；Ｍｎ：２．２０％－２．５５％；Ｎｉ：０．３０％－０．４５％；Ｍｏ：０．１５％－０．２５％；Ｐ≤０．０２％；Ｓ≤０．０１％；Ｔｉ：０．１％－０．３％；Ｃｕ≤０．１５％；Ｃｒ：１．３％－１．４％，工业纯铁９２．７７－９４％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曹衍学，
申请(专利权)人：山东远大模具材料有限公司，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]
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