一种低合金模具钢制造技术

本发明专利技术涉及一种低合金模具钢材料，其成分重量百分比为：C：0.68-0.78％，Si：0.7-1.0％，Mn：0.7-1.1％，P≤0.02％，S≤0.02％，Cr：2.2-2.5％，Mo：0.2-0.3％，V：0.15-0.35，Ni：0.3-0.4％，余量为Fe及不可避免的杂质。其制造方法，包括：所述成分钢经冶炼浇铸成钢锭；钢锭以600-800℃入径锻机加热炉内，以60-120℃/h的升温速度加热至1200-1230℃，然后保温3-5小时；经过锻机锻造成材开锻温度为1050-1100℃，终锻温度为≥850℃。得到的模具钢在经过910-950℃淬火和160-200℃回火热处理后，冲击韧性为135J/cm2以上，硬度HRC为62以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种冷作模具钢，尤其是涉及ー种具有淬透性好，淬火温度较低，热处理变形小，合金成本低，具有较好的強度和韧性配合的低合金冷作模具材料，用于冷作成型的精密复杂模具的制造。
技术介绍
冷作模具用于金属或非金属材料的冲裁、拉伸、弯曲、冷挤、冷镦等エ序。工作对象处于室温状态，模具工作条件相当恶劣。通常选用的冷作模具钢要求有足够的强度、韧度、硬度、抗磨能力及抗疲劳能力。对于大载荷的冷挤压和冷镦锻体成型模具，要求材料具有更高的抗变形和断裂能力。目前，国内外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 D2 钢(ASTM A681)，其成分质量百分数为C :1. 4-1. 6%, Si ^ O. 60%, Mn ^ O. 60%,Cr 11. 0-13. 0%, Mo :0. 7-1. 2，V 彡 I. 10，P 彡 O. 030%, S 彡 O. 030 %，属于莱氏体钢，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，这种通用型冷作模具钢材料中的合金元素组成中的Cr含量达到11. 0-13. 0%，而过多的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。D2钢的性能指标是，经过1030°C淬火200°C回火之后，冲击韧性为65J/cm2，硬度为62HRC、抗弯强度为5000MP。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D2钢由于组织中含有不均匀的莱氏体碳化物，虽然经过淬火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D2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1120°C _1160°C，终锻温度为彡850°C，冷却方式采用高温退火、坑冷或者砂冷。由于D2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。并且在锻造吋，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。CN101182619A公开了ー种高强韧性冷作模具钢及其制造方法，其中化学成份重量百分比含量为c 0. 9-1. 0%, Si 1. 0% 以下，Mn 0. 5-0. 8%, P < O. 02%, S < O. 02%, Cr 9-10%, Cu :0. 8-1. 0%,Mo :2. 0%以下，V :0. 8-1. 0%，其余Fe余量。该材料含有较高的铬元素和钥、钒元素，而铬元素是造成碳化物不均匀性的主要原因之一，容易形成网状的碳化物，降低材料的韧性。CN101250667A公开了ー种通用型冷作模具钢，其化学成分设计针对传统的冷作钢的化学元素设计，适当降低了 Cr的含量(但是和本专利技术中的Cr元素成分设计相比，还是高出许多)，并加入了钨元素来提高钢的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供ー种高强韧低合金冷作模具钢，全面提升冷作模具材料的综合性能。为实现上述目的，本专利技术的高淬透性合金球铁模具材料，其成分重量百分比为C O. 68-0. 78%, Si 0. 7-1. 0%,Mn :0. 7-1. 1%,P ^ O. 02%, S く O. 02%, Cr :2. 2-2. 5%,Mo O. 2-0. 3%, V 0. 15-0. 35%, Ni :0. 3-0. 4%，余量为 Fe 及不可避免的杂质。以下是本专利技术主要元素的作用及其限定说明 C :0.68-0. 78%C碳元素是高强韧性冷作模具钢的主要化学元素之一，是形成钒碳化物、钥碳化物和铬碳化物等各种碳化物的不可缺少的基本元素，也是影响钢的成分偏析和钢的组织均匀性的重要元素，溶解在马氏体中能够保证马氏体拥有良好的強度和淬透性。钢中含碳量增カロ，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低。此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。本设计钢成分与D2钢相比较，碳含量有较大的降低，其目的是改善钢的显微组织中的碳化物的分布和性质，改善钢的网状碳化物的级别。较低的碳元素含量可以防止钢在凝固的过程中产生偏析组织从而造成钢的抗弯强度和冲击韧性下降。因此，碳含量如果高于此成分设计上限，将导致过多的碳化物的形成和组织的偏析产生，影响钢的网状性能指标，特别是造成钢的抗弯强度和冲击韧性降低；但是碳元素低于此成分的设计范围也将要造成碳元素和其他合金元素结合形成碳化物的当量发生偏差，不能有效地形成稳定的细小的碳化物和碳化物的复合作用，影响钢的強度和钢的淬硬性。Si :0. 7-1.0%Si溶于基体中能够提高基体強度，回火时能够阻碍马氏体的分解提高了钢的回火稳定，在炼钢过程中能够起到还原剂和脱氧剂的作用。如果钢中含硅量超过O. 50-0. 60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度。硅元素可以在奥氏体到马氏体的转变之后的回火过程中有效阻碍马氏体的分解，这主要是通过拟制ε碳化物质点的长大和扩大ε碳化物稳定区，延迟了 ε碳化物向Fe3C的转变。本专利的硅含量的控制相对目前D2钢稍有提高，目的是进一歩阻止马氏体转变后在回火过程中的分解，对提高钢在淬火后的抗弯强度和冲击性能值有一定的作用。Mn O. 7-1. 1%Mn在奥氏体化的过程中，大部分溶入到了基体当中，提高了基体中的合金含量，カロ强了固溶強化作用，从而提高基体的強度。但是Mn有严重的正偏析倾向，可富集于共晶团晶界处形成晶间碳化物，能降低材料的韧性。本专利技术钢相对于D2钢的Mn含量稍有提高，并控制在一定的范围内。目的是增加基体的強度，并使材料的性能稳定。Cr 2. 2-2. 5%Cr是强碳化物形成元素，能够提高材料的淬透性，同时价格低廉。但Cr也是网状碳化物形成的主要原因，影响材料的韧性，因此Cr的含量不宜过高。在D2钢中含有11.O-13. O %的Cr，这些Cr与C形成了网状的莱氏体碳化物，这些铬的碳化物在钢的结晶过程中分布不均匀，不仅影响了铬元素在钢种提升淬透性的作用，而且降低了钢的抗弯强度和冲击韧性值指标。本专利钢与D2钢相比极大的降低了 Cr含量，这种Cr含量的配比不会使得材料产生大块的莱氏体组织，从根本上消除了组织粗大，冲击韧性低的内部因素，其目的是使材料的组织均匀，提高材料的韧性。Mo 0. 4-0. 6% ；V 0. 15-0. 35%Mo和V在钢中形成弥散的第二相析出物，这些弥散的析出物不仅能够起到沉淀强化作用，而且能够有效地阻碍奥氏体晶粒的长大，提高材料的强韧性。并且由于Mo和V与碳原子的亲和力強，在回火过程中降低了马氏体的分解速度，提高钢的稳定性。本专利钢中的Mo和V与D2钢相比较都有所降本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种低合金模具钢材料，其成分重量百分比为C 0. 68-0. 78%, Si 0. 7-1.0%,Mn O.7-1. 1%, P < O. 02%, S < O. 02%, Cr 2. 2-2. 5%, Mo 0. 2-0. 3%, V 0. 15-0. 35, Ni O.3-0. 4%，余量为Fe及不可避免的杂质。2.如权利要求I所述的低合金模具钢材料的制造方法，包括 所述成分钢经冶炼浇铸成钢锭； 钢锭以600-800°C入径锻机加热炉内，以60-120°C /h的升温速度加热至1200_12...

【专利技术属性】
技术研发人员：续维，王庆亮，吴晓春，邓黎辉，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：