一種硼微合金化模具鋼及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種硼微合金化模具鋼及其制造工藝，屬合金鋼制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。該模具鋼的合金化學(xué)成分中各主要合金元素的質(zhì)量百分比為：C≤0.20%，Si≤0.20%，Mn 1.20～1.60%，Cr 1.10～1.50%，Ni≤0.30%，Mo 0.20～0.35%，V≤0.10%，P＜0.015%，S＜0.005%，B 0.005～0.01%，F(xiàn)e余量。本發(fā)明鋼的制備過程如下：配料、冶煉、澆濤，熱送；高溫?cái)U(kuò)撒熱熱處理，然后多向鍛造熱加工，鍛后擴(kuò)氫回火處理；最后進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，獲得硬度32～38HRC的回火馬氏體組織。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明制得的模具鋼具有低成本、高的淬透性、高硬度、高拋光性能和皮紋蝕刻性能。
【專利說明】
一種硼微合金化模具鋼及其制備工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于合金鋼技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種合金化模具鋼，特別涉及一種硼微合金化模具鋼及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國制造業(yè)的迅速發(fā)展，對模具的用量越來越大，對模具材料的性能要求也越來越高，尤其是高拋光性能和機(jī)加工性能。在汽車制造業(yè)、家電、電子通信等的生產(chǎn)均用到模具。這些模具要求要有高的拋光性能和加工性能，目前使用的大多是日本大同NAK80鋼或1.2343鋼等材料來制造這些模具。但是NAK80鋼塑性較差，不適用于型腔復(fù)雜或型腔較深的模具，并且對拋光工藝要求嚴(yán)格。而1.2343鋼材機(jī)加工難度大，模具制造工序多周期長，這將大大增加這些汽車產(chǎn)品的制造成本。特別是2012年以來的全球經(jīng)濟(jì)底迷環(huán)境下，節(jié)約資源和降低成本是汽車制造業(yè)的一大瓶頸。
[0003]因此，研發(fā)一種低成本高拋光預(yù)硬化的硼微合金化模具鋼及其制備工藝是非常有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種低成本高拋光預(yù)硬化的硼微合金化模具鋼。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種硼微合金化模具鋼，其創(chuàng)新點(diǎn)在于:所述模具鋼的化學(xué)成分中各主要合金元素的質(zhì)量百分比為:C彡0.20%，Si彡0.20%，Mn1.20?1.60%，Cr 1.10?1.50%，Ni ^0.30%,Mo 0.20?0.35%，V 彡0.10%，P<0.015%，S<0.005%,B 0.005?0.01%，卩6余量。
[0006]進(jìn)一步地，所述模具鋼的化學(xué)成分中各主要合金元素的最佳質(zhì)量百分比為:C為
0.15%，Si為 0.15%,Mn 為1.40%，Cr為 1.20%,Ni 為0.30%，Μο為 0.30%，V為 0.09%，Ρ<
0.012%，S<0.003%，B 為.006%，F(xiàn)e余量。
[0007]本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種低成本高拋光預(yù)硬化的硼微合金化模具鋼的制備工藝。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種上述硼微合金化模具鋼的制備工藝，其創(chuàng)新點(diǎn)在于:所述制備工藝包括如下步驟:
(1)冶煉:按硼微合金化模具鋼的化學(xué)成分及重量百分比進(jìn)行配料、電弧爐冶煉和精煉，然后進(jìn)行真空脫氣和澆鑄，再脫模熱送鍛造加熱爐；
(2)高溫?cái)U(kuò)散熱處理:采用多級升溫方式升溫加熱爐，分別在6000C、8000C和1100 °C等溫;最后再升溫至1180?1250°C，到溫均溫后保溫時(shí)間為10?20h;
(3)鍛造熱加工:將經(jīng)過高溫?cái)U(kuò)散熱處理的鋼錠降溫至900?1200°C，并在此溫度范圍內(nèi)進(jìn)行多向鍛造加工，采用兩鐓兩拔鍛造方式，鍛造壓縮比多3，總鍛比多5，終鍛溫度多850°C；
(4)鍛后熱處理:鋼錠鍛造熱加工后進(jìn)行空冷至300°C以下，然后送入退火爐回火處理，加熱溫度550?650°C，保溫30?40小時(shí)，再將退火爐冷卻至150°C以下，然后將鋼錠出退火爐；
(5)鋸切:探傷并鋸切兩頭，切除鍛件兩端缺陷，并檢查鍛件表面質(zhì)量，清除表面缺陷，為后道調(diào)質(zhì)熱處理做準(zhǔn)備；
(6)調(diào)質(zhì)熱處理:鋸切后的鋼錠，繼續(xù)送入加熱爐加熱至850?900°C，保溫15?30小時(shí)，然后出爐冷卻至表面溫度200°C以下，再送入回火爐回火，加熱至500?6000C，保溫20-40小時(shí)，最后，待回火爐冷卻至200°C以下，將回火后的鋼錠出回火爐空冷。
[0009]進(jìn)一步地，所述步驟(4)中的冷卻方式為空冷或風(fēng)冷。
[0010]進(jìn)一步地，所述步驟(6)中的冷卻方式為水冷或霧冷或風(fēng)冷。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
(1)本發(fā)明硼微合金化模具鋼是利用硼微合金化的特點(diǎn)，在鋼中添加適量的硼，提高鋼的淬透性，并且與歐標(biāo)1.2738鋼相比較，沒有白點(diǎn)敏感性的問題，這大大減低了本發(fā)明鋼種的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，且本發(fā)明鋼種由于較低的碳含量而提高了鋼的硬度均勻性;適量的Mo和Cr元素，確保鋼具有較高的淬硬性;微合金硼的加入，在于奧氏體轉(zhuǎn)化過程中，吸附在晶界上，填充了缺陷，降低了晶界能位，使新相成核困難，奧氏體穩(wěn)定性增加，從而提高了淬透性，使預(yù)硬化的鋼具有較高的硬度均勻性，從而得到較好的拋光性能；
結(jié)合以上特點(diǎn)，與NAK80鋼或1.2343鋼相比，本發(fā)明鋼種具有較高的拋光性能和較低的合金成本，這為我國制造業(yè)尤其是汽車制造業(yè)和家電及電子通信制造業(yè)帶來巨大的貢獻(xiàn)，并且提高我國模具鋼制造水平和市場競爭力；
(2)本發(fā)明硼微合金化模具鋼的制備工藝，與現(xiàn)有模具鋼制備工藝相比，增加了鋸切和調(diào)質(zhì)熱處理工序，進(jìn)而可獲得硬度32?38HRC的回火馬氏體組織，從而使制得的模具鋼具有低成本、高的淬透性、高硬度、高拋光性能和皮紋蝕刻性能。
【附圖說明】
[0011]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0012]圖1為本發(fā)明硼微合金化模具鋼CCT曲線。
[0013 ]圖2為本發(fā)明硼微合金化模具鋼回火特性曲線。
[0014]圖3為本發(fā)明硼微合金化模具鋼的金相組織。
[0015]圖4為本發(fā)明硼微合金化模具鋼皮紋蝕刻案例。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面的實(shí)施例可以使本專業(yè)的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。
[0017]本發(fā)明的硼微合金化模具鋼其成分設(shè)計(jì)的理論依據(jù)如下所述:本發(fā)明硼微合金化模具鋼是利用硼微合金化的特點(diǎn)，在鋼中添加適量的硼，提高鋼的淬透性，并且與歐標(biāo)
1.2738鋼相比較，沒有白點(diǎn)敏感性的問題，這大大減低了本發(fā)明鋼種的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，且本發(fā)明鋼種由于較低的碳含量而提高了鋼的硬度均勻性;適量的Mo和Cr元素，確保鋼具有較高的淬硬性;微合金硼的加入，在于奧氏體轉(zhuǎn)化過程中，吸附在晶界上，填充了缺陷，降低了晶界能位，使新相成核困難，奧氏體穩(wěn)定性增加，從而提高了淬透性，使預(yù)硬化的鋼具有較高的硬度均勻性，從而得到較好的拋光性能。
[0018]實(shí)施例1
本實(shí)例中，采用硼微合金化模具鋼的合金組成成分及其重量百分比如下:
C:0.10%，Si:0.10%,Mn:I.20%，Cr:1.10%,Ni:0.10%,Mo:0.20%，V:0.08%，P:0.015%，S:
0.002%，B:0.005%，F(xiàn)e 為余量。
[0019]本實(shí)施例中，硼微合金化模具鋼的制備工藝具體步驟如下:
(1)電爐冶煉:按上述的合金元素配比在電弧爐中進(jìn)行冶煉，然后爐外精煉和真空脫氣，澆鑄成鋼錠后熱送鍛造加熱爐；
(2)高溫?cái)U(kuò)散熱處理:加熱溫度為1180?1250°C，到溫均溫后保溫時(shí)間為10?20h;
(3)鍛造熱加工:將經(jīng)過高溫?cái)U(kuò)散熱處理的鋼錠降溫至900?1200°C溫度范圍內(nèi)進(jìn)行多向鍛造加工，采用兩鐓兩拔鍛造方式，鍛造壓縮比多3，總鍛比多5，終鍛溫度多850°C ;
(4)鍛后熱處理:鍛后空冷或風(fēng)冷，然后裝退火爐回火處理，加熱溫度550?650°C，保溫30?40小時(shí)，爐冷至150°C以下出爐；
(5)鋸切:探傷并鋸切兩頭，切除鍛件兩端缺陷，并檢查鍛件表面質(zhì)量，清除表面缺陷，為后道調(diào)質(zhì)熱處理做準(zhǔn)備；
(6)調(diào)質(zhì)熱處理:加熱至850?900°C保溫15?30小時(shí)，出爐水冷或霧冷或風(fēng)冷至表面溫度200°C以下，裝回火爐回火，加熱至500?600°C，保溫20-40小時(shí)，爐冷至200°C以下，出爐空冷。
[0020]實(shí)施例2
本實(shí)例中，采用硼微合金化模具鋼的合金組成成分及其重量百分比如下:
C:0.20%，Si:0.20%,Mn:I.60%，Cr:1.50%,Ni:0.30%,Mo:0.35%，V:0.10%，P:0.010%，S:
0.005%，B:0.01%，F(xiàn)e 為余量。
[0021 ]本實(shí)施例中，硼微合金化模具鋼的制備工藝具體步驟如下:
(1)電爐冶煉:按上述的合金元素配比在電弧爐中進(jìn)行冶煉，然后爐外精煉和真空脫氣，澆鑄成鋼錠后熱送鍛造加熱爐；
(2)高溫?cái)U(kuò)散熱處理:加熱溫度為1180?1250°C，到溫均溫后保溫時(shí)間為10?20h;
(3)鍛造熱加工:將經(jīng)過高溫?cái)U(kuò)散熱處理的鋼錠降溫至900?1200°C溫度范圍內(nèi)進(jìn)行多向鍛造加工，采用兩鐓兩拔鍛造方式，鍛造壓縮比多3，總鍛比多5，終鍛溫度多850°C ;
(4)鍛后熱處理:鍛后空冷或風(fēng)冷，然后裝退火爐回火處理，加熱溫度550?650°C，保溫30?40小時(shí)，爐冷至150°C以下出爐；
(5)鋸切:探傷并鋸切兩頭，切除鍛件兩端缺陷，并檢查鍛件表面質(zhì)量，清除表面缺陷，為后道調(diào)質(zhì)熱處理做準(zhǔn)備；
(6)調(diào)質(zhì)熱處理:加熱至850?900°C保溫15?30小時(shí)，出爐水冷或霧冷或風(fēng)冷至表面溫度200°C以下，裝回火爐回火，加熱至500?600°C，保溫20-40小時(shí)，爐冷至200°C以下，出爐空冷。
[0022]實(shí)施例3
本實(shí)例中，采用硼微合金化模具鋼的合金組成成分及其重量百分比如下:
C:0.15%，Si:0.15%,Mn:I.40%，Cr:1.20%,Ni:0.20%,Mo:0.30%，V:0.09%，P:0.012%，S:0.003%，B: 0.006%，F(xiàn)e 為余量。
[0023]本實(shí)施例中，硼微合金化模具鋼的制備工藝具體步驟如下: (1)電爐冶煉:按上述的合金元素配比在電弧爐中進(jìn)行冶煉，然后爐外精煉和真空脫氣，澆鑄成鋼錠后熱送鍛造加熱爐；
(2)高溫?cái)U(kuò)散熱處理:加熱溫度為1180?1250°C，到溫均溫后保溫時(shí)間為10?20h;
(3)鍛造熱加工:將經(jīng)過高溫?cái)U(kuò)散熱處理的鋼錠降溫至900?1200°C溫度范圍內(nèi)進(jìn)行多向鍛造加工，采用兩鐓兩拔鍛造方式，鍛造壓縮比多3，總鍛比多5，終鍛溫度多850°C ;
(4)鍛后熱處理:鍛后空冷或風(fēng)冷，然后裝退火爐回火處理，加熱溫度550?650°C，保溫30?40小時(shí)，爐冷至150°C以下出爐；
(5)鋸切:探傷并鋸切兩頭，切除鍛件兩端缺陷，并檢查鍛件表面質(zhì)量，清除表面缺陷，為后道調(diào)質(zhì)熱處理做準(zhǔn)備；
(6)調(diào)質(zhì)熱處理:加熱至850?900°C保溫15?30小時(shí)，出爐水冷或霧冷或風(fēng)冷至表面溫度200°C以下，裝回火爐回火，加熱至500?600°C，保溫20-40小時(shí)，爐冷至200°C以下，出爐空冷。
[0024]本發(fā)明硼微合金化模具鋼經(jīng)過上述冶煉及鍛造熱加工和熱處理后，最終成品規(guī)格為(長*寬*厚)2500mm*1300mm*1050mm模塊，取樣進(jìn)行性能測試:
相變特性:相變點(diǎn):Ac 1、Ac3和Ms點(diǎn)測試結(jié)果分別為736 °C、809 °C和340 °C ;其0^曲線如圖1所示；
回火特性:在880°C淬火后的回火硬度隨回火溫度變化的特性曲線如圖2所示；
顯微組織:本發(fā)明模具鋼的顯微組織如圖3所示；
皮紋蝕刻性能:本發(fā)明模具鋼的皮紋蝕刻案例如圖4所示。
[0025]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征以及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種硼微合金化模具鋼，其特征在于:所述模具鋼的化學(xué)成分中各主要合金元素的質(zhì)量百分比為:C ^0.20%,Si ^0.20%,Mn 1.20—1.60%,Cr I.10?I.50%，Ni ^0.30%,Mo0.20?0.35%，V <0.10%，P<0.015%，S<0.005%，B 0.005?0.01%，F(xiàn)e余量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼微合金化模具鋼，其特征在于:所述模具鋼的化學(xué)成分中各主要合金元素的最佳質(zhì)量百分比為:C為0.15%，Si為0.15%,Mn為1.40%，Cr為1.20%, Ni為0.30%，Μο為 0.30%，V為 0.09%，P<0.012%，S<0.003%，B 為.006%，F(xiàn)e余量。3.—種上述權(quán)利要求1所述硼微合金化模具鋼的制備工藝，其特征在于:所述制備工藝包括如下步驟: (1)冶煉:按硼微合金化模具鋼的化學(xué)成分及重量百分比進(jìn)行配料、電弧爐冶煉和精煉，然后進(jìn)行真空脫氣和澆鑄，再脫模熱送鍛造加熱爐； (2)高溫?cái)U(kuò)散熱處理:采用多級升溫方式升溫加熱爐，分別在6000C、800°C和1100°C等溫;最后再升溫至1180?1250°C，到溫均溫后保溫時(shí)間為10?20h; (3)鍛造熱加工:將經(jīng)過高溫?cái)U(kuò)散熱處理的鋼錠降溫至900?1200°C，并在此溫度范圍內(nèi)進(jìn)行多向鍛造加工，采用兩鐓兩拔鍛造方式，鍛造壓縮比多3，總鍛比多5，終鍛溫度多850°C； (4)鍛后熱處理:鋼錠鍛造熱加工后進(jìn)行空冷至300°C以下，然后送入退火爐回火處理，加熱溫度550?650°C，保溫30?40小時(shí)，再將退火爐冷卻至150°C以下，然后將鋼錠出退火爐； (5)鋸切:探傷并鋸切兩頭，切除鍛件兩端缺陷，并檢查鍛件表面質(zhì)量，清除表面缺陷，為后道調(diào)質(zhì)熱處理做準(zhǔn)備； (6)調(diào)質(zhì)熱處理:鋸切后的鋼錠，繼續(xù)送入加熱爐加熱至850?900°C，保溫15?30小時(shí)，然后出爐冷卻至表面溫度200°C以下，再送入回火爐回火，加熱至500?6000C，保溫20-40小時(shí)，最后，待回火爐冷卻至200°C以下，將回火后的鋼錠出回火爐空冷。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硼微合金化模具鋼的制備工藝，其特征在 于:所述步驟(4)中的冷卻方式為空冷或風(fēng)冷。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硼微合金化模具鋼的制備工藝，其特征在 于:所述步驟(6)中的冷卻方式為水冷或霧冷或風(fēng)冷。
【文檔編號】C22C38/02GK106086691SQ201610315701
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】周青春, 徐衛(wèi)明, 顧金才, 葛建輝, 錢強(qiáng), 趙博偉, 丁勇, 王小飛, 宋小亮
【申請人】如皋市宏茂重型鍛壓有限公司