一種高壽命熱作模具鋼的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種高壽命熱作模具鋼，包括以下重量百分比計的原料：C：0.35-0.40；Si：0.10-0.40；Mn：0.30-0.50；Cr：5.00-5.50；V：0.50-0.70；Mo：1.90-2.30；Co：0.20-0.40；S≤0.005；P≤0.015；余量為Fe和不可避免的雜質。本發明模具鋼的制備方法采用真空感應爐+電渣重熔+多向鍛造+特殊退火處理獲得。本發明技術方案具有以下有益效果：1)本發明的模具鋼具有優異的韌性、熱導性、延展性、耐熱沖擊、抗熱疲勞性能和低線膨脹系數，適用于耐熱侵蝕、高精密要求的大型熱壓鑄模具的制造；2)具有可觀的性價比，模具成本可降低30％以上；可替代高價格的進口熱作模具鋼；如一勝百的DIEVAR；大同的DH31-ESR；日立的DAC55等。
【專利說明】一種高壽命熱作模具鋼

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種模具鋼，具體為一種高壽命熱作模具鋼。

【背景技術】
[0002]模具鋼是用來制造冷沖模、熱鍛模、壓鑄模等模具的鋼種。模具是機械制造、無線電儀表、電機、電器、汽車等工業部門中制造零件的主要加工工具。模具的質量直接影響著壓力加工工藝的質量、產品的精度產量和生產成本、而模具的質量與使用壽命除了靠合理的結構設計和加工精度外，主要受模具材料的成分設計和熱處理的影響。
[0003]模具鋼大致可分為:冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼三類，用于鍛造、沖壓、切型、壓鑄等。由于各種模具用途不同，工作條件復雜，因此對模具用鋼，按其所制造模具的工作條件，應具有高的硬度、強度、耐磨性，足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。由于這類用途不同，工作條件復雜，因此對模具用鋼的性能要求也不同。
[0004]熱作模具鋼對硬度要求適當，側重于紅硬性，韌性，導熱性，耐磨性。因此合金元素的合理配比，以增加模具材料的淬透性，提高耐磨性、韌性、紅硬性為主。
[0005]現有的熱作模具鋼，國內的產品以H13為主，其韌性和延性、等向性、耐熱沖擊和抗熱疲勞性能不足，北美，歐洲，日本的高性能熱作模具鋼價格太貴。


【發明內容】

[0006]本發明的目的是為了提供一種高壽命熱作模具鋼，以解決現有技術的上述問題。
[0007]為實現上述目的，本發明通過以下技術方案來實現。
[0008]一種高壽命熱作模具鋼，包括以下重量百分比計的原料:
[0009]C:0.35-0.40 ；S1:0.10-0.40 ；Mn:0.30-0.50 ；Cr:5.00-5.50 ；V:0.50-0.70 ；Mo:
1.90-2.30 ；Co:0.20-0.40 ；S ( 0.005 ；P ( 0.015 ;余量為 Fe 和不可避免的雜質。
[0010]更為優選地，所述的碳(C)的含量為0.36-0.38%。
[0011]所述的硅(Si)的含量為0.15-0.30%。
[0012]所述的錳(Mn)的含量為0.30%。
[0013]所述的磷⑵的含量小于等于0.010%。
[0014]所述的鉻(Cr)的含量為5.0-5.30%。
[0015]所述的鑰(Mo)的含量為2.0% -2.1%。
[0016]所述的釩(V)的含量為0.50-0.60%。
[0017]所述的鈷(Co)的含量為0.25-0.30%。
[0018]本發明的成分設計基于以下原理:
[0019]C是提高鋼的硬度和強度最為有效的元素，固溶強化作用顯著，是保證模具鋼硬度必不可少的元素。C是形成鉻碳化物等各種碳化物的不可缺少的基本元素，C含量過高會造成鋼中碳化物數量的增多及偏聚，降低韌性及耐腐蝕性能。C含量過低不能滿足模具鋼的高硬度要求。本發明中控制C:0.35-0.40%。優選為C:0.36-0.38%。
[0020]鋼中含有少量的Si有較好的還原和脫氧作用，但Si含量過高則降低鋼的焊接和切削加工性能。本發明中控制Si含量為< 0.35%，適當的提高了沖擊韌性，優選為Si:0.15% -0.30%。
[0021]Mn元素有較好的脫氧和去S作用，雖然高含量可增加耐磨性，但MnS會降低抗腐蝕和焊接性能。優選為Mn:0.30%。
[0022]P元素在鋼中易在晶界處偏聚，導致鋼的冷脆性增加，故鋼中的P含量應盡可能低。本發明中控制PS 0.010%。
[0023]S元素在鋼中以硫化物的形式存在，易產生熱脆，降低鋼的橫向延展及韌性性能，故鋼中的P含量應盡可能低。本發明中控制S < 0.005%。
[0024]Cr是具有鈍化傾向的元素，Cr的重要作用是顯著提高鋼的耐腐蝕性能，但同時也降低鋼的塑性和韌性。所以，本鋼的Cr元素有利于淬透性的提高；Cr是縮小Y相區的元素，Cr含量過高將得到鐵素體組織，導致強度降低，耐腐蝕性能變差，因此Cr含量不宜過高。本發明中控制Cr含量為5.0-5.30%。
[0025]Mo元素能使本鋼的晶粒細化，提高了淬透性、熱強性和機械性能，在高溫時能保持足夠的強度和抗蠕變的能力。抑制高溫引起的熱脆現象。優選Mo:2.0 %-2.1 %。
[0026]V元素不僅是鋼的脫氧劑，在鋼中，V元素達0.5%以上可明顯細化組織晶粒，提高鋼的強度和韌性，并與C形成的碳化物在高溫下可提高鋼的腐蝕能力(H腐蝕)優選V:0.50-0.60%。
[0027]Co作為稀土、作為微合金化的元素有意識的按適當量添加在本鋼內。Co可以細化晶粒、改善晶界、改變碳化物特征(形狀、大小、分布、數量和結構)、凈化鋼液。但Co元素屬于貴金屬，考慮本鋼整體適應性，優選為Co:0.25-0.30%。
[0028]綜合以上化學成分的精確合理配比，以達到本發明宗旨也就是最突出的優點在顯著提高本鋼的耐熱性、韌性、抗熱疲勞性能的同時也合理地提高了本鋼的耐磨、耐熱沖擊、熱導性、延展性和低線膨脹系數。
[0029]更為優選地，
[0030]一種高壽命熱作模具鋼，由以下重量百分比計的原料組成:
[0031]C:0.38 ；Si:0.3 ；Mn:0.3 ；Cr:5.2 ；V:0.560 ；Mo:2.0 ；Co:0.3 ；S ^ 0.003 ；
P ^ 0.009 ;余量為Fe和不可避免的雜質。
[0032]上述熱作模具鋼的制造方法，其步驟如下:
[0033]I)在真空感應爐熔煉澆注成電極棒；
[0034]2)再電渣重熔成電渣錠；
[0035]3)鋼錠加熱鍛造成鍛坯；
[0036]4)鍛坯退火處理得到模具鋼；
[0037]其中，步驟2)鋼錠鍛造前，鋼錠加熱到1230~1250°C溫度，保溫15-17小時；步驟4)鍛坯退火處理中，退火溫度為870-890°C，保溫6-8小時。
[0038]所述的鍛坯退火之后爐冷至250°C然后出爐空冷至室溫。
[0039]本發明模具鋼的制備方法采用真空感應爐+電渣重熔+多向鍛造+特殊退火處理獲得。
[0040]本發明技術方案制備的熱作模具鋼，具有以下有益效果:
[0041]I)本發明的模具鋼具有優異的韌性、熱導性、延展性、耐熱沖擊、抗熱疲勞性能和低線膨脹系數，適用于耐熱侵蝕、高精密要求的大型熱壓鑄模具的制造；
[0042]2)具有可觀的性價比，模具成本可降低30%以上；可替代高價格的進口熱作模具鋼；如一勝百的DIEVAR ;大同的DH31-ESR ;日立的DAC55等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]圖1為沖擊韌性比較圖；
[0044]圖2為過冷奧氏體連續冷卻轉變曲線圖；(CCT曲線)
[0045]圖3為自約束熱疲勞龜裂性能電鏡對比圖；
[0046]圖4為本發明產品與H13鋼1020°C淬火不同溫度回火硬度對比圖。

【具體實施方式】
[0047]下面結合附圖與具體實施例進一步闡述本發明的技術特點。
[0048]本發明的實施例1至實施例6的制作方法如下:1)在真空感應爐熔煉澆注成電極棒；2)再電渣重熔成電渣錠；3)鋼錠加熱鍛造成鍛坯；4)鍛坯退火處理得到模具鋼；其中，步驟2)鋼錠鍛造前，鋼錠加熱到1230~1250°C溫度，保溫15-17小時；步驟4)鍛坯退火處理中，退火溫度為870-890°C，保溫6-8小時。所述的鍛坯退火之后爐冷至250°C然后出爐空冷至室溫。
[0049]實施例1 (模塊規格:190*750*L)
[0050]C:0.37 ；Si:0.26 ；Mn:0.39 ；Cr:5.31 ；V:0.6 ；Mo:2.18 ；Co:0.28 ；S:0.002 ；P:0.008，余量為Fe和雜質。其中，鋼錠加熱溫度為1230°C，保溫17小時；退火溫度為870°C，保溫8小時。
[0051]實施例2 (模塊規格:210*750*L)
[0052]C:0.35 ；Si:0.26 ；Mn:0.39 ；Cr:5.25 ；V:0.59 ；Mo:2.11 ；Co:0.27 ；S:0.002 ；
P:0.008 ;余量為Fe和不可避免的雜質。其中，鋼錠加熱溫度為1250°C，保溫17小時；退火溫度為890°C，保溫8小時。
[0053]實施例3 (模塊規格:230*750*L)
[0054]C:0.36 ；Si:0.26 ；Mn:0.39 ；Cr:5.29 ；V:0.59 ；Mo:2.14 ；Co:0.26 ；S:0.002 ；
P:0.008 ;余量為Fe和不可避免的雜質。其中，鋼錠加熱溫度為1240°C，保溫16小時；退火溫度為880°C，保溫7小時。
[0055]實施例4 (模塊規格:265*750*L)
[0056]C:0.35 ；Si:0.26 ；Mn:0.39 ；Cr:5.28 ；V:0.59 ；Mo:2.12 ；Co:0.28 ；S:0.002 ；
P:0.008 ;余量為Fe和不可避免的雜質。其中，鋼錠加熱溫度為1250°C，保溫17小時；退火溫度為890°C，保溫8小時。
[0057]實施例5 (模塊規格:355*750*L)
[0058]C:0.37 ；Si:0.22 ；Mn:0.35 ；Cr:5.19 ；V:0.57 ；Mo:2.11 ；Co:0.29 ；S:0.002 ；
P:0.008 ;余量為Fe和不可避免的雜質。其中，鋼錠加熱溫度為1240°C，保溫16小時；退火溫度為880°C，保溫8小時。
[0059]實施例6 (模塊規格::355*750*L)
[0060]C:0.38 ；Si:0.3 ；Mn:0.3 ；Cr:5.2 ；V:0.560 ；Mo:2.0 ；Co:0.3 ；S ^ 0.003 ；
P≤0.009 ;余量為Fe和不可避免的雜質。其中，鋼錠加熱溫度為1250°C，保溫16小時；退火溫度為880°C，保溫7小時。
[0061 ] 實施例1-實施例6制備得到的產品(標記為GMH20)。
[0062]如圖1所示的沖擊韌性比較圖；從圖中可以看出:7X10mm無缺口沖擊韌性對比(按NADCA標準，46HRC) ；GMH20的沖擊韌性數值最高，其韌性最好。
[0063]如圖2所示的過冷奧氏體連續冷卻轉變曲線圖；(CCT曲線)從圖中可以看出:1020°C條件下的GMH20鋼與H13鋼的連續冷卻轉變CCT曲線，GMH20鋼具有更高的淬透性，相同淬火冷卻條件下不易出現珠光體和貝氏體，與H13鋼相比，更適合制作大中型熱作模具。
[0064]如圖3所示的自約束熱疲勞龜裂性能對比圖；從圖中可以看出:Uddeholm型自約束熱疲勞龜裂性能對比，46HRC (洛氏硬度)，3000CYCLES條件下；GMH20鋼比H13鋼有更高的抗熱疲勞龜裂。
[0065]如圖4所示的1020°C淬火不同溫度回火硬度對比圖，GMH20鋼與H13鋼1020°C淬火不同溫度回火硬度對比。淬火溫度1010~1050°C，回火溫度560~620°C，使用硬度46-50HRC。從圖中可以看出:與H13相比，相同淬回火工藝條件下，GMH20鋼較H13鋼高
0.5 ~IHRC。
【權利要求】
1.一種高壽命熱作模具鋼，其特征在于:包括以下重量百分比計的原料:
C:0.35-0.40 ；Si:0.10-0.40 ；Mn:0.30-0.50 ；Cr:5.00-5.50 ；V:0.50-0.70 ；Mo:1.90-2.30 ；Co:0.20-0.40 ；S ( 0.005 ；P ( 0.015 ;余量為 Fe 和不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的一種高壽命熱作模具鋼，其特征在于:所述的碳的含量為0.36-0.38%。
3.根據權利要求1所述的一種高壽命熱作模具鋼，其特征在于:所述的硅的含量為0.15-0.30%。
4.根據權利要求1所述的一種高壽命熱作模具鋼，其特征在于:所述的錳的含量為0.30%。
5.根據權利要求1所述的一種高壽命熱作模具鋼，其特征在于:所述的鉻的含量為5.0-5.30%。
6.根據權利要求1所述的一種高壽命熱作模具鋼，其特征在于:所述的鑰的含量為2.0% -2.1%。
7.根據權利要求1所述的一種高壽命熱作模具鋼，其特征在于:所述的釩的含量為0.50-0.60%。
8.根據權利要求1所述的一種高壽命熱作模具鋼，其特征在于:所述的鈷的含量為0.25-0.30%。
9.根據權利要求1-8任意之一所述的一種高壽命熱作模具鋼，其特征在于:由以下重量百分比計的原料組成:
C:0.38 ；Si:0.3 ；Mn:0.3 ；Cr:5.2 ；V:0.560 ；Mo:2.0 ；Co:0.3 ；S ^ 0.003 ；P ( 0.009 ；余量為Fe和不可避免的雜質。
10.權利1-8任意之一所述熱作模具鋼的制造方法，其特征在于:其步驟如下: 1)在真空感應爐熔煉澆注成電極棒； 2)再電渣重熔成電渣錠； 3)鋼錠加熱鍛造成鍛坯； 4)鍛坯退火處理得到模具鋼； 其中，步驟2)鋼錠鍛造前，鋼錠加熱到1230~1250°C溫度，保溫15-17小時；步驟4)鍛坯退火處理中，退火溫度為870-890°C，保溫6-8小時；所述的鍛坯退火之后爐冷至250°C然后出爐空冷至室溫。
【文檔編號】C22C38/30GK104178694SQ201410397834
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月13日 優先權日:2014年8月13日
【發明者】朱平 申請人:上海愷虹實業有限公司