一种高韧性高硬度的冷热兼具型模具钢及其制备方法技术

本发明专利技术提供的高韧性高硬度的冷热兼具型模具钢，按质量百分比计，包括：C 0.75～0.85％，Si 0.8～1.2％，Mn 0.3～0.7％，Cr 5.0～6.0％，Mo 2.2～2.6％，V 0.4～0.7％，P<0.025％，S<0.003％和余量的Fe。本发明专利技术将C含量设定在热作与冷作模具钢的成分之间，能够提高材料淬透性和淬硬性同时还可以形成合金碳化物，改善耐磨性；降低Si含量，以提高材料的韧性；降低V含量，提高Mo含量能够减少含V共晶碳化物的生成，降低对韧性的影响，并保证材料具有较好的抗回火软化性。实施例的结果显示，模具钢的硬度为56～64HRC，冲击韧性为80～140J。

【技术实现步骤摘要】
一种高韧性高硬度的冷热兼具型模具钢及其制备方法
本专利技术涉及模具钢制造
，尤其涉及一种高韧性高硬度的冷热兼具型模具钢及其制备方法。
技术介绍
模具钢是用来制造冷冲模、热锻模、压铸模等模具的钢种，分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢三类，用于锻造、冲压、挤压、压铸等。由于各种模具用途不同，工作条件复杂，因此需要模具钢具有高硬度和高韧性以满足不同工作条件的使用。目前，通常采用调整模具钢的组分含量来提高模具钢的硬度和韧性，例如专利CN104561802A中记载了一种高硬度高韧性冷作模具钢，其化学成分重量百分比为：C：1.025～1.055％，Si：0.85～0.90％，Mn：0.20～0.40％，P<0.02％，S<0.02％，Cr：8.30～8.50％，Mo：1.95～2.05％，V：0.20～0.40％，其余为Fe和不可避免杂质；且上述元素同时需满足如下关系：C＝0.1(Cr+Mo)。此工艺虽然得到了高韧性高硬度的模具钢，但是钢的冲击功仅能够达到76J，模具钢的硬度越高，其冲击韧性越差，随着模具钢的工作条件越来越复杂，对模具钢的性能要求也越来越高，上述模具钢的冲击韧性难以满足要求。因此，有必要在保证模具钢具有高硬度的基础上对模具钢的韧性进行进一步的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高韧性高硬度的冷热兼具型模具钢及其制备方法，本专利技术提供的模具钢具有高硬度和高韧性的特点。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种高韧性高硬度的冷热兼具型模具钢，按质量百分比计，包括：C0.75～0.85％，Si0.8～1.2％，Mn0.3～0.7％，Cr5.0～6.0％，Mo2.2～2.6％，V0.4～0.7％，P<0.025％，S<0.003％和余量的Fe。优选地，按质量百分比计，包括：C0.78～0.82％，Si0.9～1.1％，Mn0.4～0.6％，Cr5.3～5.7％，Mo2.3～2.5％，V0.5～0.6％，P<0.020％，S<0.002％和余量的Fe。优选地，按质量百分比计，包括：C0.80％，Si1.0％，Mn0.5％，Cr5.5％，Mo2.4％，V0.55％，P<0.015％，S<0.001％和余量的Fe。本专利技术提供了上述技术方案所述冷热兼具型模具钢的制备方法，包括以下步骤：(1)将合金原料混合后冶炼，得到钢锭；(2)将所述步骤(1)得到的钢锭进行锻造，得到锻态合金；(3)将所述步骤(2)得到的锻态合金进行热处理，得到冷热兼具型模具钢。优选地，所述步骤(1)中的冶炼依次包括电炉熔炼、LF炉精炼、VD脱气、浇注和电渣重熔。优选地，所述步骤(2)中的锻造依次包括锻造开坯和锻造成型。优选地，所述锻造开坯的加热温度为1150～1250℃；所述锻造开坯的开锻温度为1150～1230℃，终锻温度＞820℃。优选地，所述锻造成型的始锻温度为1150～1200℃。优选地，所述锻造成型为自由锻成型。优选地，所述步骤(3)中的热处理包括依次进行的细晶热处理和球化退火。本专利技术提供了一种高韧性高硬度的冷热兼具型模具钢，按质量百分比计，包括：C0.75～0.85％，Si0.8～1.2％，Mn0.3～0.7％，Cr5.0～6.0％，Mo2.2～2.6％，V0.4～0.7％，P<0.025％，S<0.003％和余量的Fe。本专利技术将C含量设定在热作与冷作模具钢的成分之间，能够提高材料淬透性和淬硬性同时还可以形成合金碳化物，改善耐磨性；降低Si含量，以提高材料的韧性；将Cr含量保持与热作模具钢H13中Cr含量相同，同时降低V含量，提高Mo含量能够减少含V共晶碳化物的生成，降低对韧性的影响，并保证材料具有较好的抗回火软化性。实施例的结果显示，本专利技术提供的冷热兼具型模具钢的硬度为56～64HRC，其耐磨性与H13钢(C0.36-0.40％)相比明显提高，冲击韧性为80～140J，与冷作型模具钢D2(C1.45％-1.7％)相比，韧性优良，具有更优越的耐磨性能和抗断裂性能。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的冷热兼具型模具钢在100倍光学显微镜下的微观组织图；图2为本专利技术实施例1制备的冷热兼具型模具钢在500倍光学显微镜下的微观组织图。具体实施方式本专利技术提供了一种高韧性高硬度的冷热兼具型模具钢，按质量百分比计，包括：C0.75～0.85％，Si0.8～1.2％，Mn0.3～0.7％，Cr5.0～6.0％，Mo2.2～2.6％，V0.4～0.7％，P<0.025％，S<0.003％和余量的Fe。按质量百分比计，本专利技术提供的冷热兼具型模具钢包括C0.75～0.85％，优选为0.78～0.83％，更优选为0.80％。在本专利技术中，所述C含量在上述范围内时能够提高材料淬透性和淬硬性，还可以形成合金碳化物，改善耐磨性，超过上述含量范围会导致材料韧性降低，在热处理时易开裂。按质量百分比计，本专利技术提供的冷热兼具型模具钢包括Si0.8～1.2％，优选为0.9～1.1％，更优选为1.0％。在本专利技术中，所述Si含量在上述范围内时能够溶入基体起固溶强化作用，同时控制C原子在钢中的迁入和析出，使得钢的强度和回火稳定性增加，超过上述含量范围会导致偏析现象，材料脆性增加。按质量百分比计，本专利技术提供的冷热兼具型模具钢包括Mn0.3～0.7％，优选为0.4～0.6％，更优选为0.5％。在本专利技术中，所述Mn为奥氏体稳定元素，含量在上述范围内时能够提高钢的淬透性，超过上述含量范围会导致淬火组织中残留奥氏体过多，增加材料晶粒长大的倾向，降低耐磨性，并且增加材料开裂风险。按质量百分比计，本专利技术提供的冷热兼具型模具钢包括Cr5.0～6.0％，优选为5.3～5.7％，更优选为5.5％。在本专利技术中，所述Cr含量在上述范围内时能够提高合金淬透性，与碳元素结合后形成碳化物可提高耐磨性；超过上述含量范围会导致共晶碳化物增加，脆性增加。按质量百分比计，本专利技术提供的冷热兼具型模具钢包括Mo2.2～2.6％，优选为2.3～2.5％，更优选为2.4％。在本专利技术中，所述Mo含量在上述范围内时能够提高钢的抗回火稳定性，且与碳结合形成细小的碳化物，提高耐磨性；超过上述含量范围会导致材料韧性降低，成本增加。按质量百分比计，本专利技术提供的冷热兼具型模具钢包括V0.4～0.7％，优选为0.5～0.6％，更优选为0.55％。在本专利技术中，所述V含量在上述范围内时能够形成碳化钒，可钉扎晶界、细化晶粒，且碳化钒性质稳定，起到显著的沉淀强化作用；超过上述含量范围会导致共晶碳化钒生成，其硬度高，容易导致锻造或使用时开裂现象的发生。按质量百分比计，本专利技术提供的冷热兼具型模具钢包括P<0.025％，优选为P<0.020％，更优选为P<0.015％。在本专利技术中，所述P为有害元素，会增加钢的脆性，使焊接性能变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高韧性高硬度的冷热兼具型模具钢，按质量百分比计，包括：C 0.75～0.85％，Si 0.8～1.2％，Mn 0.3～0.7％，Cr 5.0～6.0％，Mo 2.2～2.6％，V 0.4～0.7％，P<0.025％，S<0.003％和余量的Fe。/n

【技术特征摘要】
1.一种高韧性高硬度的冷热兼具型模具钢，按质量百分比计，包括：C0.75～0.85％，Si0.8～1.2％，Mn0.3～0.7％，Cr5.0～6.0％，Mo2.2～2.6％，V0.4～0.7％，P<0.025％，S<0.003％和余量的Fe。


2.根据权利要求1所述的冷热兼具型模具钢，其特征在于，按质量百分比计，包括：C0.78～0.82％，Si0.9～1.1％，Mn0.4～0.6％，Cr5.3～5.7％，Mo2.3～2.5％，V0.5～0.6％，P<0.020％，S<0.002％和余量的Fe。


3.根据权利要求1所述的冷热兼具型模具钢，其特征在于，按质量百分比计，包括：C0.80％，Si1.0％，Mn0.5％，Cr5.5％，Mo2.4％，V0.55％，P<0.015％，S<0.001％和余量的Fe。


4.权利要求1～3任意一项所述冷热兼具型模具钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)将合金原料混合后冶炼，得到钢锭；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，张明明，于新强，张建峰，王继东，
申请(专利权)人：天津钢研海德科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12