專(zhuān)利名稱(chēng)：一種新型鉻系熱作模具鋼及其熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種熱作模具鋼，特別是涉及一種用大量使用鉻Cr，減少使用鉬Mo、 釩V的熱作模具鋼及其熱處理工藝。
背景技術(shù)：
熱作模具鋼要求材料具有高的淬透性、高的高溫強(qiáng)度、高的耐磨性、高的韌度、高的抗熱裂能力和高的耐熔損性能等。在美國(guó),熱作模具鋼分為三種鉻熱作模具鋼、鎢熱作模具鋼和鉬熱作模具鋼,都冠以H字母,分別表示為H10 H19、 H21 H26和H42、 H43 等。其中前兩種鋼的含碳量在(0.30 0.50)%范圍,后種鋼的含碳量在(0.50 0.70) %范圍內(nèi)， 三種鋼的Cr、 W、 Mo和V合金元素的總含量在(6 25)%范圍。H13鋼是使用最廣泛和 最具代表性的熱作模具鋼種，它的主要特性是U)具有高的淬透性和高的韌性；(2)優(yōu) 良的抗熱裂能力，在工作場(chǎng)合可予以水冷；(3)具有中等耐磨損能力，還可以釆用滲碳 或滲氮工藝來(lái)提高其表面硬度，但要略為降低抗熱裂能力；(4)因其含碳量較低，回火 中二次硬化能力較差；(5)在較高溫度下具有抗軟化能力，但使用溫度高于54(TC (1000 下)硬度出現(xiàn)迅速下降(即能耐的工作溫度為54(TC); (6)熱處理的變形?。?7)中等 和高的切削加工性；(8)中等抗脫碳能力。更為令人注意的是,它還可用于制作航空工業(yè) 上的重要構(gòu)件。H13鋼是C-Cr-Mo-Si-V型鋼,在世界上的應(yīng)用極其普遍,同時(shí)各國(guó)許多學(xué)者對(duì)它進(jìn)行 了廣泛的研究，并在探究化學(xué)成分的改進(jìn)。鋼的應(yīng)用廣泛和具有優(yōu)良的特性，主要由鋼的化 學(xué)成分決定的。當(dāng)然鋼中雜質(zhì)元素必須降低,有資料表明,當(dāng)Rm在1550MPa時(shí)，材料含硫 量由0.005%降到0.03%,會(huì)使沖擊韌度大大提高約。我國(guó)GB/T 1299禾卩YB/T094中4Cr5MoSiVl和SM4Cr5MoSiVl的含碳量為 (0.32-0.42) %和(0.32~0.45) %。 H13鋼的淬火硬度在55HRC左右。人們對(duì)0.4%C-5%Cr-l%Mo-l%Si-V的H13鋼的化學(xué)成分有較明確的認(rèn)識(shí)。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)200610029825.1《H13鋼真空控時(shí)急冷熱處理工藝》本公開(kāi)了一種H13 鋼真空控時(shí)急冷熱處理工藝，該熱處理工藝包括加熱保溫、淬火、回火，加熱保溫后的 淬火采用的淬火介質(zhì)為含5 10%NaCl的鹽水，淬火處理時(shí)間為1 5分鐘。該發(fā)明采 用了特殊的控時(shí)急冷工藝手段，既避免了鹽水淬火中產(chǎn)生開(kāi)裂的危險(xiǎn)，又大大提高淬火 質(zhì)量，有效地提高了H13鋼回火后的沖擊韌性，從而大大提高模具的使用壽命，但沒(méi)有 改變各種材料的配合比例，材料成本較高。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種比現(xiàn)有熱作模具鋼H13的耐熱性和韌性硬好的，成本較低， 更耐用的熱作模具鋼。本發(fā)明的第二次目的是提供本發(fā)明這種熱作模具鋼的熱處理工藝。 本發(fā)明的技術(shù)方案是 本發(fā)明的一種新型鉻系熱作模具鋼，按重量百分比計(jì)包括 碳C 0.35~0.70%， 硅Si0.30 1.300/()， 錳Mn 0.30~1.30%， 鉻Cr 7.00~11.000/0， 鵒W 0.40~1.20%， 鉬Mo 0.40~1.20%，釩V 0.40~1.000/0， 鎳Ni 0.10~1.00%， 硫S《0.005%， 磷P《0.03%，其余量為鐵Fe。本發(fā)明新型鉻系熱作模具鋼自定名為45CrlOSilMnlWMoVNi。作為優(yōu)選，上述新型鉻系熱作模具鋼按重量百分比計(jì)包括碳C 0.35~0.55%， 硅Si 0.60-1.00%， 錳Mn 0.60~1.00%， 鉻Cr 8.00~10.00%, 鴿W0.40~0.80%， 鉬Mo 0.40~0.80%， 釩V 0.40~0.70%， 鎳Ni 0.30~0.70%， 硫S《0.005。/。，磷P《0.03。/。，其余量為鐵Fe。作為最優(yōu)選取值，上述新型鉻系熱作模具鋼按重量百分比計(jì)包括 碳C 0.450/0，硅Si0.800/。， 錳Mn0.80%， 鉻0 9.00%， 鴇W0.60。/。， 鉬Mo0.60。/。，釩V0.50。/0， 鎳Ni0.300/0， 硫S《0.005。/d， 磷P《0.030。/。，其余量為鐵Fe作為優(yōu)選，上述一種新型鉻系熱作模具鋼中還包括按重量百分比計(jì)還包括硼B(yǎng)含 量的范圍為0.03%—0.10%。作為優(yōu)選，上述一種新型鉻系熱作模具鋼中還包括按重量百分比計(jì)還包括微量的氮 化物0.02%《氮化物《0.20% ，氮化物包括BN、 A1N、 FeN、 CrN、 MnN、 TiN、 VN 的一種或全部；還包括微量的氮N， 0.02%《氮>^《0.10%。作為優(yōu)選，上述一種新型鉻系熱作模具鋼中還包括按重量百分比計(jì)還包括0.30%的 鈮Nb， 0.30%以下的鈦11 , 0.05%以下的稀土元素。上述任何配合比，任何優(yōu)選配合比的新型鉻系熱作模具鋼的熱處理工藝，包括以下步驟(1) 、預(yù)加熱將全部原料預(yù)加熱溫度為58(rC 62(TC，預(yù)加熱時(shí)間為50 70分鐘；(2) 、淬火加熱淬火加熱溫度為1020°C~1050°C，采用油冷卻或者空氣冷卻或者鹽 浴冷卻，淬火時(shí)間為20~30分鐘；(3) 、回火回火溫度為48(TC 50(TC，然后空氣冷卻至室溫。作為優(yōu)選，預(yù)加熱后，還進(jìn)行第二次預(yù)加熱，然后進(jìn)行淬火，第二次預(yù)加熱溫度 850。C 90(TC，第二次預(yù)加熱時(shí)間為40~50分鐘；第一次回火空氣冷卻后，再進(jìn)行第 二次回火，第二次回火溫度480'C 50(TC，然后空氣冷卻至室溫。作為優(yōu)選，第二次回火空氣冷卻至室溫后，再進(jìn)行第三次回火，第三次回火溫度400 °C~420°C，然后空氣冷卻至室溫。本發(fā)明一種新型鉻系熱作模具鋼主要組份范圍確定的理由如下碳C:是控制馬氏體強(qiáng)度的關(guān)鍵因素，也是影響韌性的主要因素。國(guó)內(nèi)外關(guān)于低碳 馬氏體的大量研究表明若要獲得較好的綜合機(jī)械性能，鋼中碳量要控制在0.70%-0.30%。硅Si:硅的加入可提高鋼的淬透性和基體強(qiáng)度。硅溶于a-Fe中，使其強(qiáng)化，并提高 a-Fe轉(zhuǎn)變r(jià)-Fe的轉(zhuǎn)變溫度及高溫抗氧化能力。硅是不溶于碳化物，但能提高回火時(shí)析 出特殊碳化物的彌散度；近期研究表明加入適量的硅可以改善鋼的韌性，在以碳化物 為強(qiáng)化相的熱作模具鋼中，硅量一般以0.2-1.0%為宜。錳Mn:除了能提高淬透性之外，還可以消除硫的有害影響。它的含量， 一般控制 在0.2-0.8%。鉻Cn鉻形成碳化物，可提高鋼的淬透性。淬火加熱時(shí)鉻溶于奧氏體，淬火后固溶 于馬氏體中，可以提高鋼的抗回火能力。熱作模具鋼中，a-Fe中鉻含量少于2M時(shí)，隨 著鉻含量的增加，高溫強(qiáng)度隨之上升，但鉻含量大于2%時(shí)，高溫強(qiáng)度將隨鉻含量的增 加反而下降。同時(shí)，還會(huì)引起碳化物偏析，將導(dǎo)致降低沖擊韌性。 一般講，熱作模具鋼， 鉻含量應(yīng)控制2%為宜。鉤W和鉬Mo:鉤的加入在多元復(fù)合合金化的熱作模具鋼中，可以明顯地降低鋼的 過(guò)熱敏感傾向，并提高鋼的熱穩(wěn)定性。但鎢的含量超過(guò)2.0-3.0%，鋼的熱強(qiáng)性不會(huì)再有 明顯提高，反而會(huì)使韌性下降。 一般應(yīng)控制在1%左右。鉬的加入，可以提高鋼的淬透 性與熱強(qiáng)性，又可以防止第二類(lèi)回火脆性。但鉬加入過(guò)多，會(huì)造成鉬碳化物偏析，在回 火過(guò)程中沿晶界呈針狀或網(wǎng)狀析出，影響鋼的韌性。在高韌性熱作模具鋼中，鉬含量以 0.6-1%為宜。釩V:釩可以降低鋼的過(guò)熱敏感傾向。在低合金鋼中加入0.1-0.3%的釩就有明顯的 效果。馬氏體鋼中，釩含量達(dá)到0.5%就可以產(chǎn)生足夠的二次硬化效應(yīng)。釩量過(guò)高，在二 次硬化溫度范圍內(nèi)回火，鋼的塑性、韌性將明顯下降，故釩加入量不能超過(guò)1%。鎳Ni:鎳為非碳化合物形成元素，可提高鋼的淬透性。對(duì)鋼的強(qiáng)度與韌性，均有良 好作用。但過(guò)量鎳會(huì)促使沿奧氏體晶界析出碳化物，這會(huì)導(dǎo)致基體中合金元素含量降低， 使鋼熱強(qiáng)性下降。大型錘鍛模具鋼鎳含量一般不會(huì)超過(guò)1.5%。鈷Co、鈮Nb、鈦Ti:鈮可形成穩(wěn)定性很高的NbC，在1050。C剛剛開(kāi)始溶入奧氏體 中，因此抑制晶粒長(zhǎng)大，可提高熱強(qiáng)性和高韌性。鈷的加入可顯著提高耐氧化性和紅硬 性(耐磨性能好)。加入3%的鈷，可大大提高其鋼的耐磨性能。鈦在鋼中的作用，就是 在高溫時(shí)，避免晶粒粗化，因此可以強(qiáng)化鋼的基體，又能提高鋼的韌性。硫S與磷P:由原材料帶入的有害元素，屬于盡量控制在少含量范圍的元素。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明新型鉻系熱作模具鋼45CrlOSilMnlWMoVNi比較現(xiàn)有熱作 模具鋼Hi3大量減少了價(jià)格昂貴鉬Mo的含量，大量增加鉻Cr的含量，少量增加了鎢 W、鎳Ni的含量，其原料成本比現(xiàn)有熱作模具鋼H13成本更低，但晶粒更細(xì)化，產(chǎn)生 了耐熱性、耐韌性、抗壓強(qiáng)度都大大增加的效果，經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐證明，用本發(fā)明新型鉻 系熱作模具鋼45CrlOSilMnlWMoVNi作的模具是現(xiàn)有熱作模具鋼H13相同模具的二倍 以上的耐用次數(shù)。大量使用鉻Cr，減少使用鉬Mo、釩V，材料本成比模具鋼H13低很 多，并且韌性和耐磨性大幅程度提高，硬度在55 61HRC。實(shí)施例1本發(fā)明的一種新型鉻系熱作模具鋼，按重量百分比計(jì)包括 碳C 0.45%，硅Si 0.80%， 錳Mn 0.80%， 鉻Cr 9.00%， 鴇W0.60。/。， 鉬Mo0.60。/。， 釩V0.50。/。， 鎳Ni0.300/0， 硫S《0.005。/。， 磷P《0.030。/。，其余量為鐵Fe。 上述新型鉻系熱作模具鋼熱處理工藝的步驟如下(1) 、預(yù)加熱預(yù)加熱溫度為580。C 620。C,預(yù)加熱時(shí)間為50~70分鐘;(2) 、淬火加熱淬火加熱溫度為1020°C~1050°C，采用油冷卻或者空氣冷卻或者鹽浴 冷卻，淬火時(shí)間為20 30分鐘；(3) 、回火回火溫度為480'C 50(TC，然后空氣冷卻至室溫。


圖1是發(fā)明新型鉻系熱作模具鋼熱處理工藝曲線圖;具體實(shí)施方式
實(shí)施例2本發(fā)明的-碳C 0.35%， 鴇W0.德種新型鉻系熱作模具鋼，按重量百分比計(jì)包括硅Si 0.30%， 錳Mn 0.30%， 鉻Cr 7.00%， 鉬Mo 0.40% ， 釩V 0.40% ， 鎳Ni 0.10% ，硫S《0.005。/。， 磷P《0.030。/。，鈮Nb0.30。/。， 鈦Ti0.30%，硼B(yǎng)0.03。/。，其余量為鐵Fe。 上述新型鉻系熱作模具鋼熱處理工藝的步驟如下(1) 、第一次預(yù)加熱將全部原料預(yù)加熱溫度為580°C~620°C，預(yù)加熱時(shí)間為50 70分鐘；(2) 、第二次預(yù)加熱第一次預(yù)加熱后，進(jìn)行第二次預(yù)加熱，然后進(jìn)行淬火，第二次預(yù) 加熱溫度850°C 900°C，第二次預(yù)加熱時(shí)間為40 50分鐘。(3) 、淬火加熱淬火加熱溫度為1020'C 105(TC，采用油冷卻或者空氣冷卻或者鹽浴 冷卻，淬火時(shí)間為20 30分鐘；(4) 、第一次回火回火溫度為480°C~500,然后空氣冷卻至室溫。(5) 、第二次回火第一次回火空氣冷卻后再進(jìn)行第二次回火，第二次回火溫度480°C ~500°C，然后空氣冷卻至室溫。實(shí)施例3本發(fā)明的一種新型鉻系熱作模具鋼，按重量百分比計(jì)包括 碳C 0.70%,硅Si 1.30%， 錳Mn 1.30%， 鉻Cr 11.00%， 媽W(xué)1.20。/。， 鉬Mo 1.20%， 釩V1.00。/。， 鎳Nil.000/。， 硫S《0.0050/0， 磷P《0.0300/0，鈮Nb0.300/。， 鈦110.30%， 稀土元素0.05%，氮N0.02。/。，氮化物0.02%，氮化物是BN，其余量為鐵Fe。 上述新型鉻系熱作模具鋼熱處理工藝的步驟如下(1) 、第一次預(yù)加熱將全部原料預(yù)加熱溫度為580°C~620°C，預(yù)加熱時(shí)間為50 70分 鐘；(2) 、第二次預(yù)加熱第一次預(yù)加熱后，進(jìn)行第二次預(yù)加熱，然后進(jìn)行淬火，第二次預(yù) 加熱溫度85(TC 卯0'C，第二次預(yù)加熱時(shí)間為40-50分鐘。(3) 、淬火加熱淬火加熱溫度為1020°C~1050°C，采用油冷卻或者空氣冷卻或者鹽浴 冷卻，淬火時(shí)間為20~30分鐘；(4) 、第一次回火回火溫度為480'C 50(TC,然后空氣冷卻至室溫。(5) 、第二次回火第一次回火空氣冷卻后再進(jìn)行第二次回火，第二次回火溫度480°C ~500°C，然后空氣冷卻至室溫。(6) 第三次回火在第二次回火空氣冷卻至室溫后，再進(jìn)行第三次回火，第三次回火溫 度400'C 42(TC，然后空氣冷卻至室溫。實(shí)施例4、本發(fā)明的一種熱段新型鉻系熱作模具鋼，按重量百分比計(jì)包括 碳C 0.45%, 硅Si 0.80%， 錳Mn 0.80%， 鉻Cr 9.00%， 鉤W0.60。/。， 鉬Mo 0.60%，釩V0.50。/。， 鎳Ni0.300/。， 硫S《0.005。/。， 磷P《0.030。/c)，其余量為鐵Fe。上述熱段新型鉻系熱作模具鋼熱處理工藝的步驟同于實(shí)施例3。本實(shí)施例熱段新型鉻 系熱作模具鋼硬度在55 57HRC。實(shí)施例5、本發(fā)明的一種溫段新型鉻系熱作模具鋼，按重量百分比計(jì)包括 碳C 0.60%，硅Si 0.80%， 錳Mn 0.80%， 鉻Cr 9.00%， 鉤W0.600/0， 鉬Mo0.600/0, 釩V0.500/0， 鎳Ni0.300/。， 硫S《0.0050/0， 磷P《0.0300/。， 鈮Nb0.300/0， 鈦Ti0.300/。， 稀土元素0.05%,硼B(yǎng)0.04。/0，其余量為鐵Fe。上述溫段新型鉻系熱作模具鋼熱處理工藝的步驟同于實(shí)施例3。本實(shí)施例溫段新型鉻 系熱作模具鋼硬度在58 61HRC。實(shí)施例6、本發(fā)明的又一種溫段新型鉻系熱作模具鋼，按重量百分比計(jì)包括 碳(3 0.60%，硅Si0.800/。， 錳Mn0.80%， 鉻Cr9.000/。， 鉤W 0.60%， 鉬Mo 0.60%， 釩V 0.50%， 硫S《0.005。/。， 磷P《0.030。/。， 鈮Nb0.30。/。， 硼B(yǎng)0.10%，氮N 0.05%， 氮化物0.20%CrN、 MnN、 TiN、 VN;其余量為鐵Fe。上述溫段新型鉻系熱作模具鋼熱處理工藝的步驟同于實(shí)施例3。本實(shí)施例溫段新型鉻 系熱作模具鋼硬度在58 61HRC。鎳則.30%, 鈦Ti0.30%，氮化物包括BN、 A1N、 FeN權(quán)利要求
1、一種新型鉻系熱作模具鋼，其特征在于按重量百分比計(jì)包括碳C 0.35～0.70％， 硅Si 0.30～1.30％， 錳Mn 0.30～1.30％， 鉻Cr 7.00～11.00％，鎢W 0.40～1.20％， 鉬Mo 0.40～1.20％， 釩V 0.40～1.00％， 鎳Ni 0.10～1.00％，硫S≤0.005％， 磷P≤0.030％，其余量為鐵Fe。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的新型鉻系熱作模具鋼，其特征在于按重量百分比計(jì)包括 碳C0.35 0.550/。， 硅Si0.60 1.000/0， 錳Mn 0.60~1.00%， 鉻Cr 8.00~10.00%， 鴇W0.40~0.80%， 鉬Mo 0.40 0.80%， 釩V 0.40~0.70%， 鎳Ni 0.30~0.70%， 硫S《0.005。/。，磷P《0.030。/。，其余量為鐵Fe。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的新型鉻系熱作模具鋼，其特征在于按重量百分比計(jì)包括 碳C 0.45%，硅Si 0.80%， 錳Mn 0.80%， 鉻Cr 9.00%， 鴿W0.60。/。， 鉬Mo0.60。/c)， 釩V0.50。/c)， 鎳Ni0.300/。， 硫S《0.005。/。， 磷P《0.030。/。，其余量為鐵Fe。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的新型鉻系熱作模具鋼，其特征在于按重量百分比計(jì)包括 碳C 0.6.0%， 硅Si0.800/。， 錳Mn0.80%， 鉻0"9.00%， 鉤W0.60。/。， 鉬Mo0.60。/。， 釩V0.50。/。， 鎳Ni0.300/。， 硫S《0.005。/c)， 磷P《0.030c/。，其余量為鐵Fe。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4任何一項(xiàng)所述的新型鉻系熱作模具鋼，其特征在于按重量百分比 計(jì)還包括硼B(yǎng)含量的范圍為0.03%-0.10%。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型鉻系熱作模具鋼，其特征在于按重量百分比計(jì)還包括微量 的氮化物，含量的范圍為0.02%《氮化物《0.20% ，氮化物包括BN、 A1N、 FeN、 CrN、 MnN、 TiN、 VN的一種或全部；還包括微量的氮N， 0.02%《氮N《0.10%。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種新型鉻系熱作模具鋼，其特征在于按重量百分比計(jì)還包括 0.30。/。的鈮Nb， 0.30%以下的鈦11， 0.05%以下的稀土元素。
8、 按權(quán)利要求6所述的新型鉻系熱作模具鋼的熱處理工藝，其特征在于包括以下步驟(1) 、預(yù)加熱將全部原料預(yù)加熱溫度為580'C 62(rC，預(yù)加熱時(shí)間為50 70分鐘；(2) 、淬火加熱淬火加熱溫度為1020°C~1050°C，采用油冷卻或者空氣冷卻或者鹽 浴冷卻，淬火時(shí)間為20~30分鐘；(3) 、回火回火溫度為48(TC 50(TC，然后空氣冷卻至室溫。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種新型鉻系熱作模具鋼的熱處理工藝，其特征在于預(yù)加熱后， 進(jìn)行第二次預(yù)加熱，然后進(jìn)行淬火，第二次預(yù)加熱溫度850°C~900°C，第二次預(yù)加熱 時(shí)間為40~50分鐘；所述回火空氣冷卻后再進(jìn)行第二次回火，第二次回火溫度480°C~500°C，然后空氣冷卻至室溫。 10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的新型鉻系熱作模具鋼的熱處理工藝，其特征在于在第二次回 火空氣冷卻至室溫后，再進(jìn)行第三次回火，第三次回火溫度400°C~420°C，然后空氣 冷卻至室溫。
全文摘要
本發(fā)明新型鉻系熱作模具鋼屬于一種熱作模具鋼，特別是涉及一種含鎢很低的熱作模具鋼及其熱處理工藝。按重量百分比計(jì)包括碳C 0.35～0.7％，硅Si 0.3～1.3％，錳Mn0.3～1.3％，鉻Cr 7.0～11.0％，鎢W 0.4～1.2％，鉬Mo 0.4～1.2％，釩V 0.4～1.2％，鎳Ni 1.0％，硫S≤0.005％，磷P≤0.030％，硼B(yǎng) 0.03％-0.10％，氮化物含量的范圍為0.02％≤氮化物≤0.20％，0.02％≤氮N≤0.10％，其余量為鐵Fe。本發(fā)明鋼的晶粒更細(xì)化，產(chǎn)生了耐熱性、耐韌性、抗壓強(qiáng)度都大大增加的效果，是現(xiàn)有模具鋼的三倍以上的耐用次數(shù)。本發(fā)明還提供了該鋼淬火溫度為1020℃～1050℃這種較低溫度的熱處理工藝。
文檔編號(hào)C21D1/18GK101403074SQ20081004610
公開(kāi)日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者周向儒 申請(qǐng)人:周向儒