專利名稱：熱作模具鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬材料技術(shù)領(lǐng)域的合金鋼，具體是一種熱作模具鋼。
技術(shù)背景熱作模具鋼目前廣泛使用的鋼號是H13， GB/T1299-2000鋼號4Cr5MoSiVl， 等效引進(jìn)ASTM標(biāo)準(zhǔn)的H13鋼。它強(qiáng)韌兼?zhèn)?，有良好的抗熱疲勞和熱穩(wěn)定性。熱 作模具鋼服役的工作狀況相當(dāng)復(fù)雜，在使用溫度超過60(TC時，H13由于耐熱性 不足將失去原來的優(yōu)良性能，高耐熱性的3Cr2W8V鋼又因韌性差、抗熱疲勞性能 不好，模具常龜裂而早期失效。提高H13鋼的耐熱性、保持其強(qiáng)韌性的同時提高 其使用溫度是目前的主要任務(wù)。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的女獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，提高H13鋼的耐熱性現(xiàn)有幾個途徑 一是添 加1%A1等以改善鋼的性能。2004年授權(quán)的發(fā)明專利——申請?zhí)?0117148.8就 是H13+1%A1 (另加0. 3%Nb未談實施)用于Al型材熱擠壓模具，主要通過改善 表面氮化層，較大幅度提高了鋼的抗熔損性能，發(fā)明人推斷除熱擠外，還適應(yīng)熱 壓鑄和熱鍛。第二個途徑是調(diào)整H13化學(xué)成份和優(yōu)化生產(chǎn)工藝。已公開的發(fā)明專利 200610116358. 6，其化學(xué)成份特征在于碳比H13低約15%，不用Si作合金元素， 降低Cr約25%，提高M(jìn)o約60%并加超過1%W進(jìn)一步補(bǔ)充Mo的作用。公開的對比 數(shù)據(jù)顯示，600'C回火后硬度值比H13高5%，其600'C回火穩(wěn)定性明顯比H13高， 且其韌性好。該鋼強(qiáng)韌兼?zhèn)?，耐熱性?yōu)于H13，但缺乏〉600-70(TC的描述與數(shù) 據(jù)。同屬于這個途徑的國外己商品化的8418鋼(瑞典)，L 2367鋼(德國)，表 明類似的成份調(diào)整尚難適用于〉600-650 °C使用溫度場合。 第三個途徑是添加適量Co， W、 Mo。國外有資料報道，對含SiP/。的Al熱壓鑄，A1液溫度達(dá)750。C，由于抗熱熔 損和耐熱性要求高，H13型、8418型均不滿足要求，特別指出含鈷質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C: 0.36-0.44P:《0.030Mo: 1.60-2.20 Co: 0.50-1.50Mn: 0.20-0.80 Cr: 3.00-4.00 V: 0.80-1.50Mn: 0.40-0.80 Cr: 3.20-3.80 V: 0.80-1.204的H19-4Cr4W4MoV2Co4適用于熱熔損比韌性更重要的場合。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種熱作模具鋼，使其硬度達(dá)到52HRC， 具有高的耐熱性又有適度韌性支持，適合超過60(TC至70(TC下做熱作模具使用。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明所述的熱作模具鋼，包含的組分 及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為Si: 0.25-0.50 S:《0.030 W: 1.50-2.00 余量為Fe。 本發(fā)明上述組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)優(yōu)選范圍為 C: 0.36-0.42 Si: 0.25-0.50P:《0.020 S:《0.012Mo: 1.60-2.00 W: 1.50-1.80Co: 0. 50-1. 00 余量為Fe。本發(fā)明按H13工藝與流程制備。 本發(fā)明的設(shè)計依據(jù)是C:綜合力學(xué)性能良好的， 一般均為中碳鋼。以H13含碳量為基，強(qiáng)調(diào)高韌性而高強(qiáng)韌的選偏低碳量，強(qiáng)調(diào)夠用韌性支持下盡可能提高熱強(qiáng)性宜選偏高的碳量。本發(fā)明碳量0. 36-0. 44%為H13的中上限，恰與公開發(fā)明專利200610116358. 6 的碳量0. 30-0. 36%，形成銜接。Cr:是淬透性和在40-50HRC硬度下有高韌性的重要保證。在要求盡可能提 高熱強(qiáng)性的狀況下，由于Cr形成高鉻碳化物，對碳化釩析出有阻礙作用，會降 低鋼的熱強(qiáng)性，把H13的5%Cr降低為3-4%，降低幅度25%。Mo和W:都是強(qiáng)碳化物形成元素，可提高高溫強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。二者作用互 補(bǔ)，搭配使用效果好。本發(fā)明Mo+l/1.8W達(dá)2. 7與專利200610116358. 6相當(dāng)。 (H13為1. 5)V:是更強(qiáng)的碳化物形成元素，釩的碳化物硬度最高，顆粒細(xì)小分布彌散， 有力促進(jìn)鋼的二次硬化效果和抗回火軟化能力，從而提高耐熱性，加 1%，與H13鋼相同。Co:鈷是非碳化物形成元素，熔于基體，可阻礙晶粒長大；熔于碳化物，可 提高碳化物的穩(wěn)定性，都有助于鋼的耐熱性提高。但Co會使韌性惡化，故選少量加入。本發(fā)明加入量為0. 5-1. 5°/0，比H19低一半。Si:也是非碳化物形成元素，在要求高溫工作具高熱強(qiáng)性的條件下，Si強(qiáng)化基體等作用已消失，促進(jìn)脫碳等負(fù)面影響浮出， 一般不單獨(dú)作合金元素使用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過調(diào)整H13化學(xué)成份并添加不大于質(zhì)量百分?jǐn)?shù) 1.5的鈷，獲得有適度韌性支持的高熱強(qiáng)熱作模具鋼，這種鋼經(jīng)熱處理后的使用 硬度為45-52HRC，具有高的耐熱性又有適度韌性支持，適合超過600'C至70(rC 下做熱作模具使用。
具體實施方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下 進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限 于下述的實施例。實施例l: 0142mm扒皮圓鋼1、 冶煉按本實施例的合金鋼，其組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C : 0. 42 Si : 0. 48 Mn : 0. 22 P : 0. 021 S : 0. 020 Cr:3.80 Mo:1.98 W:1.80 V:1.18 Co: 0.99 余量為Fe。2、 感應(yīng)爐冶煉加電渣重熔。冶煉澆注O130ram電極棒，電渣重熔成850 kg 鋼錠并退火，工藝按H13現(xiàn)行工藝執(zhí)行。3、 鍛造按H13工藝開坯并成cP150mm黑皮材，緩冷退火。4、 粗車成0142mm成品，質(zhì)量檢驗合格(含內(nèi)部質(zhì)量、表面質(zhì)量和尺寸公差)。實施例2:熱鍛模塊鋼 160鵬X220mmX325ram1、 冶煉按本實施例的合金鋼，其組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C: 0.44 Si: 0.31 Mn: 0.75 P: 0.020 S: 0.010 Cr:3.96Mo:2. 18W: 1.97V: 1.49Co: 1,47 余量為Fe。2、 感應(yīng)爐冶煉加電渣重熔。冶煉澆注0n30ram電極棒，電渣重熔成850 kg鋼錠并退火，工藝按H13現(xiàn)行工藝執(zhí)行。3、 鍛造按H13工藝開210方坯，坯緩冷修磨并經(jīng)超聲波探傷合格，再加熱 并鍛成160mmX220mm扁鋼，熱切成模坯。4、 模坯經(jīng)機(jī)加工并熱處理到48HRC后，使用壽命約9千次。實施例3:熱鍛模塊 135mmX135mmX230mm1. 冶煉按本實施例的合金鋼，其組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C: 0.37Si: 0.32Mn: 0.53P: 0.018 S: 0.010Cr:3.43 Mo:1.92 W: 1.56 V:0.83 Co: 0.92 余量為Fe。2. 感應(yīng)爐冶煉加電渣重熔。冶煉澆注①130mm電極棒，電渣重熔成850 kg鋼 錠并退火，工藝按H13現(xiàn)行工藝執(zhí)行。3. 鍛制開坯電渣錠按H13工藝開成210方坯。緩冷退火后切成模塊用坯。4. 模塊鍛制采用鐓拔工藝提高模塊組織均勻性，縱向鐓粗，橫向拔長，端 面找平。5. 模塊經(jīng)退火，超聲探傷等檢驗合格。6. (制模)機(jī)加工——淬回火處理，達(dá)到要求的47土1HRC——精加工成模具。7. (使用)模鍛件為汽車零件，加熱到 120(TC后鍛制，每分鐘鍛成15個， 零件出模溫度超過IOO(TC,模具間隙時間約1分鐘，用粉狀物潤滑兼冷卻，工 況要求模具材料在適度韌性支持下有高的抗回火穩(wěn)定性和耐熱性。8. 本實施例的合金鋼使用壽命達(dá)1萬次，高的1.3萬次，滿足使用要求。實施例4:板手熱鍛模坯 110raraX110mmX280腿1. 本實施例包含的組分及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C: 0.42Si: 0.47Mn: 0.61P: 0.023 S: 0.010Cr:3.78 Mo:1.96 W: 1.79 V: 1. 19 Co: 0.98 余量為Fe。2. 感應(yīng)爐冶煉加電渣重熔。冶煉澆注電極棒，電渣重熔成850 kg鋼錠并退火， 鍛造熱鍛成210方坯，坯緩冷修磨并經(jīng)超聲探傷合格，再加熱并鍛成110X110方鋼，熱切成模坯后緩冷、退火.工藝按H13現(xiàn)行工藝執(zhí)行。3.模坯經(jīng)機(jī)加工并熱處理到52. 1服C，經(jīng)多次試鍛，壽命穩(wěn)定在4千次以上， 用戶表示滿意。原用3Cr2W8V壽命極不穩(wěn)定。實施例5:多輥軋機(jī)中間輥坯 O125X12501. 本實施例包含的組分及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C: 0.36Si: 0.26Mn: 0.39P: 0.019 S: 0.017Cr: 3.02 Mo: 1.62 W: 1.51 V: 0.83 Co: 0.51余量為Fe。2. 感應(yīng)爐冶煉加電渣重熔。冶煉澆注電極棒，電渣重熔成1500 kg鋼錠并退 火，工藝按H13現(xiàn)行工藝執(zhí)行。3. 鍛造按H13工藝開坯，并成0125定尺材，緩冷退火。4. 粗加工后輥坯經(jīng)快速均細(xì)化熱處理后，再整體淬回火，硬度按50-52HRC 控制。5. 中間輥通過試用，可以順利正常使用。
權(quán)利要求
1. 一種熱作模具鋼，其特征在于，包含的組分及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C0.36-0.44 Si0.25-0.50 Mn0.20-0.80P≤0.030 S≤0.030Cr3.00-4.00Mo1.60-2.20W1.50-2.00 V.0.80-1.50Co0.50-1.50余量為Fe。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱作模具鋼，其特征是，包含的組分及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C: 0.36-0.42 Si: 0.25-0.50 Mm 0.40-0.80P:《0.020 S:《0.012 Cr: 3.20-3.80Mo: 1.60-2.00 W: 1.50-1.80 V: 0.80-1.20Co: 0.50-1.00 余量為Fe。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種材料技術(shù)領(lǐng)域的熱作模具鋼，包含的組分及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為C 0.36-0.44，Si 0.25-0.50，Mn 0.20-0.80，P≤0.030，S≤0.030，Cr 3.00-4.00，Mo 1.60-2.20，W 1.50-2.00，V 0.80-1.50，Co 0.50-1.50，余量為Fe。這種鋼經(jīng)熱處理后的使用硬度為45-52HRC，具有高的耐熱性又有適度韌性支持，適合超過600℃至700℃下做熱作模具使用。
文檔編號C22C38/30GK101250668SQ200810035538
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者盧南法, 安全長, 耀 沈, 潘干群, 田慶亮, 珣 蔡, 陳躍南 申請人:上海交通大學(xué);浙江一勝特工模具股份有限公司