本申請要求申請日為2016年5月16日、申請?zhí)枮?01610322381.4、發(fā)明名稱為“新型高速鋼材料及其制備工藝”的中國專利申請的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合在本申請中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋼材及其生產(chǎn)工藝，尤其涉及一種高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材及其生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在市場上常見的熱作模具鋼材，根據(jù)使用壽命由低到高排列依次為：5CrNiMo、H11、H13、3Cr2W8V、Y4、1.2367，另外還有一些鋼種具體參見《GB/T1299-2000合金工具鋼》5.1.1表1。由于模具鋼材在使用過程中全程在超過800℃有時甚至高達1000℃的高溫下工作，所以不管是國產(chǎn)還是進口的模具鋼，耐熱疲勞性成為了制約模具使用壽命最大的因素。耐熱疲勞性的指標(biāo)就是高紅硬性。同時，對于上述模具鋼材耐熱疲勞性的要求，極大地制約了使用該類模具鋼材的五金工具以及汽摩配件行業(yè)的生產(chǎn)效率，并使得企業(yè)的生產(chǎn)成本居高不下。

具體而言，造成上述問題的原因主要有：

（一）、現(xiàn)有熱作模具鋼鋼種無法做到熱處理后的硬度HRC＞52還能保持良好的韌性，HRC＞52時容易裂；

（二）、合金成分偏低，由于鍛造技術(shù)的制約，高合金的熱作鋼模具鋼材比較少。

因此，針對上述問題，有必要提出進一步的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材及其生產(chǎn)工藝，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材，其按質(zhì)量百分比計包括：

C：0.50%~0.75%；

Si：≤1.50%；

Mn：≤0.50%；

P：0%~0.030%；

S：0%~0.030%；

Mo：2.50%~3.50%；

Cr：4.20%~5.50%；

V：0.60%~2.20%；

Ni≤0.25%；

Cu≤0.10%；

其中，Ni+Cu≤0.35%。

作為本發(fā)明的高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材的改進，當(dāng)單件重量≥500kg時或是外徑＞φ151mm時，所述熱作模具鋼材按質(zhì)量百分比計包括：

C：0.50%~0.60%；

Si：0.00%~0.50%；

Mn：0.30%~0.50%；

P：0%~0.023%；

S：0%~0.010%；

Mo：2.75%~3.25%；

Cr：4.75%~5.50%；

V：0.70%~0.90%；

Ni：0%~0.25%；

Cu：0%~0.10%；

其中，Ni+Cu≤0.35%。

作為本發(fā)明的高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材的改進，當(dāng)單件重量≤499kg時或外徑≤φ150mm時，所述熱作模具鋼材按質(zhì)量百分比計包括：

C：0.61%~0.75%；

Si：1.20%~1.50%；

Mn：0.30%~0.50%；

P：0%~0.023%；

S：0%~0.010%；

Mo：3.30%~3.50%；

Cr：4.75%~5.50%；

V：1.85%~2.20%；

Ni：0%~0.25%；

Cu：0%~0.10%；

其中，Ni+Cu≤0.35%。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種根據(jù)如上所述的高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材的生產(chǎn)工藝，其包括如下步驟：

S1、按模具鋼材的成分配比，將各原材料加入到電弧爐中，形成鋼水；

S2、將所述的鋼水澆鑄形成電極棒，將所述電極棒進行等溫退火，得到鑄錠；

S3、將所述鑄錠進行電渣重熔，得到電渣錠，將所述電渣錠進行等溫退火；

S4、將等溫退火后的電渣錠進行十字等向鍛造，形成中間坯，將所述中間坯進行等溫退火；

S5、將中間坯經(jīng)過軋制或鍛造形成成品鋼，將所述成品鋼進行等溫退火；

S6、將等溫退火后的成品鋼進行等溫球化退火，得到本發(fā)明的高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材。

作為本發(fā)明的高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材的生產(chǎn)工藝的改進，所述步驟S1中，在將各原材料加入到電弧爐中的同時，將造渣材料、增碳劑、氧化劑以及還原劑加入到所述電弧爐中。

作為本發(fā)明的高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材的生產(chǎn)工藝的改進，所述步驟S2中，將所述鋼水通過鋼模圓桶澆鑄形成電極棒，將所述電極棒進行5-7天的等溫退火，得到所述鑄錠。

作為本發(fā)明的高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材的生產(chǎn)工藝的改進，所述步驟S5中，將中間坯經(jīng)過軋制形成成品鋼，將所述成品鋼進行5-7天的等溫退火，得到的成品鋼為直徑小于150mm的圓鋼或單件重量≤499kg的扁鋼。

作為本發(fā)明的高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材的生產(chǎn)工藝的改進，所述步驟S5中，將中間坯經(jīng)過鍛造形成成品鋼，將所述成品鋼進行5-7天的等溫退火，得到的成品鋼為直徑大于151mm的圓鋼或單件重量≥500的扁鋼。

作為本發(fā)明的高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材的生產(chǎn)工藝的改進，所述步驟S6具體包括：將等溫退火后的成品鋼在840-860℃條件下，等溫退火10h，隨爐冷卻到740-760℃，等溫退火8h，隨爐冷卻至200℃，出爐空冷。

作為本發(fā)明的高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材的生產(chǎn)工藝的改進，所述步驟S6之后還包括：

S7、將等溫球化退火后的成品鋼進行三段預(yù)熱，淬火并保溫，回火；

S8、深冷處理，得到本發(fā)明所述的高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材。

作為本發(fā)明的高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材的生產(chǎn)工藝的改進，所述步驟S7具體包括：將等溫球化退火后的成品鋼在650℃下，等溫預(yù)熱2h，在850℃下，等溫預(yù)熱2h，兩段等溫預(yù)熱后，根據(jù)工件的使用環(huán)境選擇1025℃-1130℃淬火溫度，并根據(jù)成品鋼材的有效厚度設(shè)定保溫時間；回火4次，每次560℃--595℃，得到使用硬度為HRC 52-55的成品鋼；

所述步驟S8中，所述深冷處理具體包括：在-160℃到-120℃下，保溫8h。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材克服了現(xiàn)有熱作模具鋼材中使用硬度不宜大于HRC52的問題，其能夠滿足HRC 53-58的使用硬度，從而具備更高的紅硬性和耐磨性，使用壽命隨之提升。具體來說，根據(jù)工件使用環(huán)境的不同，其使用壽命是H13的3-8倍。從而，與現(xiàn)有模具鋼材相比，其使用壽命至少提升了2倍。同時，本發(fā)明的高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材具有較高的生產(chǎn)效率，進而降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

具體實施方式

下面結(jié)合實施方式對本發(fā)明進行詳細(xì)說明，但應(yīng)當(dāng)說明的是，這些實施方式并非對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)這些實施方式所作的功能、方法、或者結(jié)構(gòu)上的等效變換或替代，均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

本發(fā)明提供一種高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材，其按質(zhì)量百分比計包括：

C：0.50%~0.75%；Si：≤1.50%；Mn：≤0.50%；P：0%~0.030%；S：0%~0.030%；Mo：2.50%~3.50%；Cr：4.20%~5.50%；V：0.60%~2.20%；Ni≤0.25%；Cu≤0.10%；其中，Ni+Cu≤0.35%。

此外，當(dāng)本發(fā)明的熱作模具鋼材的單件重量≥500kg時或是外徑＞φ151mm時，所述熱作模具鋼材按質(zhì)量百分比計包括：

C：0.50%~0.60%；Si：0.00%~0.50%；Mn：0.30%~0.50%；P：0%~0.023%；S：0%~0.010%；Mo：2.75%~3.25%；Cr：4.75%~5.50%；V：0.70%~0.90%；Ni：0%~0.25%；Cu：0%~0.10%。Ni+Cu≤0.35%。

進一步地，當(dāng)本發(fā)明的熱作模具鋼材的單件重量≤499kg時或外徑≤φ150mm時，所述熱作模具鋼材按質(zhì)量百分比計包括：

C：0.61%~0.75%；Si：1.20%~1.50%；Mn：0.30%~0.50%；P：0%~0.023%；S：0%~0.010%；Mo：3.30%~3.50%；Cr：4.75%~5.50%；V：1.85%~2.20%；Ni：0%~0.25%；Cu：0%~0.10%。其中，Ni+Cu≤0.35%。

其中，所述單件是指鋼材作為實心的長方體鋼材標(biāo)準(zhǔn)模塊時的情形；所述外徑是指當(dāng)鋼材為實心的鋼材圓棒時的外徑。

本發(fā)明的高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材的化學(xué)成分允許偏差符合《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T222-2006》中相關(guān)內(nèi)容的規(guī)定。

基于如上所述的高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材，本發(fā)明還提供一種高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材的生產(chǎn)工藝，其包括如下步驟S1~S8，其中，步驟S1~S5為冶煉工藝，通過冶煉工藝能夠得到成品鋼，步驟S6~S8為熱處理工藝，通過熱處理工藝，能夠提高成品鋼的高耐磨性，使其韌性處于最佳范圍。

S1、按模具鋼材的成分配比，將各原材料加入到電弧爐中，形成鋼水。

其中，在將各原材料按成分配比，加入到電弧爐中的同時，將造渣材料、增碳劑、氧化劑以及還原劑加入到所述電弧爐中，在高溫作用下，形成鋼水。

S2、將所述的鋼水澆鑄形成電極棒，將所述電極棒進行等溫退火，得到鑄錠。

其中，將所述鋼水通過鋼模圓桶澆鑄形成電極棒，將所述電極棒進行5-7天的等溫退火，得到鑄錠。

S3、將所述鑄錠進行電渣重熔，得到電渣錠，將所述電渣錠進行等溫退火；

其中，將所述鑄錠進行電渣重熔，得到電渣錠，將所述電渣錠進行5-7天的等溫退火。

S4、將等溫退火后的電渣錠進行十字等向鍛造，形成中間坯，將所述中間坯進行等溫退火。

其中，通過十字等向鍛造，使得中間坯沒有方向性，經(jīng)過十字等向鍛造的中間坯的橫豎沖擊值比為10:8。十字等向鍛造后，將所述中間坯進行5-7天的等溫退火。

S5、將中間坯經(jīng)過軋制或鍛造形成成品鋼，將所述成品鋼進行等溫退火。

其中，將中間坯經(jīng)過軋制或鍛造形成成品鋼，將所述成品鋼進行5-7天的等溫退火。需說明的是，步驟S2~S5中的等溫退火，是為了得到球狀珠光體，以獲得最好的原始組織，原始組織的好差程度則直接關(guān)系到成品鋼最終的力學(xué)性能。

進一步地，軋制和鍛造的選擇，應(yīng)考慮成品鋼的尺寸。具體地，將中間坯經(jīng)過軋制形成成品鋼，將所述成品鋼進行5-7天的等溫退火，得到的成品鋼為直徑小于150mm的圓鋼或單件重量≤499kg的扁鋼。在另一實施方式中，將中間坯經(jīng)過鍛造形成成品鋼，將所述成品鋼進行5-7天的等溫退火，得到的成品鋼為直徑大于151mm的圓鋼或單件重量≥500的扁鋼。

S6、將等溫退火后的成品鋼進行等溫球化退火，得到本發(fā)明的高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材。

其中，所述步驟S6具體包括：將等溫退火后的成品鋼在840-860℃條件下，等溫退火10h，隨爐冷卻到740-760℃，等溫退火8h，隨爐冷卻至200℃，出爐空冷。

截止步驟S6，已經(jīng)得到本發(fā)明所述的熱作模具鋼材的成品鋼，最后通過檢驗包裝出廠，此外，本發(fā)明的成品鋼在使用之前需要經(jīng)過步驟S7和S8的熱處理以得到相應(yīng)的機械性能。

S7、將等溫球化退火后的成品鋼進行三段預(yù)熱，淬火并保溫，回火。

其中，所述步驟S7具體包括：將等溫球化退火后的成品鋼在650℃下，等溫預(yù)熱2h，在850℃下，等溫預(yù)熱2h，兩段等溫預(yù)熱后，根據(jù)工件的使用環(huán)境選擇1025℃-1130℃淬火溫度，并根據(jù)成品鋼材的有效厚度設(shè)定保溫時間；回火4次，每次560℃--595℃，得到使用硬度為HRC 52-58的成品鋼。所述“有效厚度”指的是成品工件的使用厚度，該厚度可以是扁鋼的厚度，也可以是實心圓鋼的直徑或者空心圓鋼的壁厚。

S8、深冷處理，得到本發(fā)明所述的高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材。

其中，所述深冷處理具體包括：在-160℃到-120℃下，保溫8h。

綜上所述，本發(fā)明的高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材克服了現(xiàn)有熱作模具鋼材中使用硬度不宜大于HRC52的問題，其能夠滿足HRC 53-58的使用硬度，從而具備更高的紅硬性和耐磨性，使用壽命隨之提升。具體來說，根據(jù)工件使用環(huán)境的不同，其使用壽命是H13的3-8倍。從而，與現(xiàn)有模具鋼材相比，其使用壽命至少提升了2倍。同時，本發(fā)明的高紅硬性高耐磨性熱作模具鋼材具有較高的生產(chǎn)效率，進而降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。