一种高强韧无莱氏体冷作模具钢及其制备方法技术

技术编号：43757883 阅读：6 留言：0更新日期：2024-12-24 16:02

一种高强韧无莱氏体冷作模具钢及其制备方法，其成分重量百分比为：C：0.45～0.65％，Si：≤0.20％，Mn：0.35～0.55％，Cr：3.50～5.00％，Mo：1.00～2.00％，V：0.20～0.50％，Ni：0.20～1.00％，P≤0.008％，S≤0.003％，O≤0.0008％，H≤0.0002％，N≤0.003％，余量包含Fe及不可避免杂质。本发明专利技术所述冷作模具钢的具有较好的强度和冲击韧性的配合，其冲击韧性为201～355J/cm<supgt;2</supgt;，硬度为57～59HRC，抗拉强度为2105～2422MPa，共晶碳化物不均匀度≤1级，且Cr、Mo、V合金含量较低，成本较低，适用于制造冷冲压、冷挤压、冷镦等模具。

全部详细技术资料下载

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及冷作模具钢，尤其是涉及一种高强韧无莱氏体冷作模具钢及其制备方法。

技术介绍

1、冷作模具钢主要用于使金属在冷状态下变形的冷作模具。如：冷冲裁模、冷冲压模、冷拉深模、压印模、冷挤压模、螺纹压制模、粉末压制模、冷镦模、冷挤压模、压弯模及拉丝模等。一般要求冷作模具钢具有高的硬度、强度和耐磨性，一定的韧性和热硬性。

2、目前我国常用的冷作模具钢仍是高碳高铬模具钢cr12mov、d2等。cr12mov、d2等为莱氏体钢，具有较高的c含量和cr含量。cr12mov、d2虽然有较高的硬度和耐磨性，但其碳化物偏析严重，易导致方向性变形和强韧性降低，易导致模具的早期失效，如果碳化物偏析过于严重易造成模具热处理后断裂。

3、为了解决上述问题，国内外研究者采取的办法有：

4、(1)降低c和cr的含量，可以减少共晶碳化物的含量和尺寸，比如dc53(日本大同)、sdc90(上海大学)、sdc99(上海大学)等，但dc53、sdc90和sdc99中仍存在较多大块碳化物；

5、(2)采用粉末冶金工艺生产高合金粉末工模具钢，粉末冶金工艺可以显著细化碳化物，在最新的粉末冶金工艺中还采用了纯净化技术，使粉末冶金材料的纯净度进一步提高，比如vanadis 4extra(以下简称v4e，一胜百)、vanadis 8superclean(一胜百)等。v4e和vanadis 8superclean性能十分优异，但价格十分昂贵，高达40万元/吨，是cr12mov的25～30倍；

6、(3)采用多次多向

7、中国专利申请号201610315651.9公开了一种冷作模具钢及其制造工艺，其化学成分重量百分比含量为：c 0.6～1％，si≤0.3％，mn≤0.4％，cr5～6％，mo 0.5～1％，v 0.5～1％，p≤0.03％，s≤0.03％，w 0.2～0.5％和余量fe。该专利适当减少钢中cr含量而增加强碳化物形成元素w，保证钢的淬透性的同时提高钢的强度和耐磨性，且具有较好的塑韧性。该专利采用电炉冶炼、电渣重熔、高温扩散热处理(1150～1200℃保温10～20h)、多向锻造热加工以及高淬高回热处理，获得硬度55～62hrc的回火马氏体组织，具有低成本、高的淬透性、高硬度、高强度和耐磨性能的冷作模具钢。但该专利未提及冷作模具钢的硬度、强度、冲击韧性等性能指标，无法判断其真实性能。

8、中国专利申请号202110702497.1公开了一种冷作模具钢材料其制作工艺，其化学成分重量百分比含量为：c 0.7～0.8％，si 0.7～1.2％，mn 0.1～0.5％，cr 6.5～7％，mo2～2.5％，ni 1.8～2.2％，v 1.7～2.2％，w 0.9～1.3％和余量的fe。该专利适当降低c和cr的含量，采用真空感应熔炼、锻造、球化退火、硬化淬火和韧性回淬制备工艺。该专利钢硬度(59.7～63.4hrc)较高，冲击韧性为(73～118j/cm2)，冲击韧性与cr12系冷作模具钢相比有很大的提升，但是对于对冲击性能要求很高的模具，其冲击韧性还有待提高。

9、中国专利申请号202010896482.9公开一种高韧性高硬度模具钢，其化学成分重量百分比含量为：c 0.7～0.85％，si 0.1～0.4％，mn 0.3～0.7％，cr4.85～5.3％，mo 2.25～2.55％，v 0.4～0.7％，p＜0.02％，s＜0.003％和余量fe。该专利将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；该专利采用电炉熔炼、lf炉精炼、vd脱气、电渣重熔、锻造、热处理等制备工艺。该专利钢硬度(58～64hrc)较高，冲击韧性为(50～140j/cm2)，冲击韧性与cr12系冷作模具钢相比有很大的提升，但是对于对冲击性能要求很高的模具，其冲击韧性还有待提高。

10、中国专利申请号202011030378.8公开了一种高韧性高硬度的冷热兼具型模具钢，其化学成分重量百分比含量为：c 0.75～0.85％，si 0.8～1.2％，mn 0.3～0.7％，cr 5～6％，mo 2.2～2.6％，v 0.4～0.7％，p＜0.025％，s＜0.003％和余量的fe。该专利技术将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。该专利采用电炉熔炼、电渣重熔、锻造、细晶热处理和球化退火等制备工艺。该专利钢硬度(56～64hrc)较高，冲击韧性为(80～140j/cm2)，冲击韧性与cr12系冷作模具钢相比有很大的提升，但是对于对冲击性能要求很高的模具，其冲击韧性还有待提高。

11、中国专利申请号200710061402.2公开了一种高韧高耐磨冷作模具钢，其化学成分重量百分比含量为：c 0.95～1.15％，si 0.2～1.2％，mn 0.2～0.5％，cr 6.5～8％，mo 1～2％，v 1.8～2.6％，w 0.5～1.5％，nb 0.1～1％，和余量的fe。该专利根据合金化原理，c＝0.033w+0.063mo+0.06cr+0.2v+0.13nb，进行碳含量控制，有效发挥合金元素的作用，使材料具有较高的综合性能。加入较多的nb可以部分替代v形成nbc碳化物，使碳化物更均匀，提高材料韧性。该专利采用中频炉冶炼和电渣重熔方法冶炼，快锻+精锻开坯以及轧制成材，后续进行退火和精整，以及高淬高回热处理。该专利钢硬度(60～65hrc)较高，冲击韧性为(70～140j/cm2)，冲击韧性与cr12系冷作模具钢相比有很大的提升，但是对于对冲击性能要求很高的模具，其冲击韧性还有待提高。

12、中国专利申请号200710171694.5公开了一种高强韧性冷作模具钢及其制作方法，其化学成分重量百分比含量为：c 0.9～1％，si 1％，cr 9～10％，mo 2％，v 0.8～1％，p＜0.02％，s＜0.02％和余量的fe。该专利适当的减少碳和铬的含量，增加钼和钒的含量，减少并细化共晶碳化物、细化晶粒，以改善韧性。该专利采用中频感应炉或电弧炉熔炼，电渣重熔进行二次精炼，锻造，球化退火以及低淬低回热处理。该专利钢硬度(61～63hrc)较高，冲击韧性为(61～85j/cm2)，冲击韧性与cr12系冷作模具钢相比有很大的提升，但是对于对冲击性能要求很高的模具，其冲击韧性还有待提高。

13、中国专利申请号201310165533.0公开了一种粉末冶金高韧性冷作模具钢及其制造方法，其化学成分重量百分比含量为：本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种高强韧无莱氏体冷作模具钢，其成分重量百分比为：C：0.45～0.65％，Si：≤0.20％，Mn：0.35～0.55％，Cr：3.50～5.00％，Mo：1.00～2.00％，V：0.20～0.50％，Ni：0.20～1.00％，P≤0.008％，S≤0.003％，O≤0.0008％，H≤0.0002％，N≤0.003％，余量包含Fe及其它不可避免杂质，且需满足：

2.如权利要求1所述的高强韧无莱氏体冷作模具钢，其特征在于，其余量为Fe及其它不可避免杂质。

3.如权利要求1或2所述的高强韧无莱氏体冷作模具钢，其特征在于，7≤[Cr]/5+2[Mo]+2[V]+2/[Ni]≤10。

4.如权利要求1或2或3所述的高强韧无莱氏体冷作模具钢，其特征在于，C：0.55～0.60％，或，Cr：4.50～5.00％，或，Mo：1.50～2.00％，或，V：0.30～0.45％，或，Ni：0.40～0.60％。

5.如权利要求1或2或3或4所述的高强韧无莱氏体冷作模具钢，其特征在于，所述冷作模具钢的退火态组织为珠光体+粒状碳化物，粒状碳化

6.如权利要求1或2或3或4或5所述的高强韧无莱氏体冷作模具钢，其特征在于，所述冷作模具钢的冲击韧性为201～355J/cm2，硬度为57～59HRC，抗拉强度为2105～2422MPa，共晶碳化物不均匀度≤1级。

7.如权利要求1～6中任何一项所述的高强韧无莱氏体冷作模具材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤：

8.如权利要求7所述的高强韧无莱氏体冷作模具钢的制备方法，其特征是，步骤5)回火后增加一次深冷处理，-110℃～-196℃深冷处理1～2h。

9.如权利要求7所述的高强韧无莱氏体冷作模具钢的制备方法，其特征是，其特征是，步骤1)中，退火工艺为将电极棒加热至830±10℃保温3～5h，随后以≤50℃/h的降温速度炉冷至300℃以下出炉空冷至室温。

10.如权利要求7所述的高强韧无莱氏体冷作模具钢的制备方法，其特征是，其特征是，步骤2)中，退火工艺为将自耗锭加热至830±10℃保温4～6h，随后以≤50℃/h的降温速度炉冷至300℃以下出炉空冷至室温。

...

【技术特征摘要】

1.一种高强韧无莱氏体冷作模具钢，其成分重量百分比为：c：0.45～0.65％，si：≤0.20％，mn：0.35～0.55％，cr：3.50～5.00％，mo：1.00～2.00％，v：0.20～0.50％，ni：0.20～1.00％，p≤0.008％，s≤0.003％，o≤0.0008％，h≤0.0002％，n≤0.003％，余量包含fe及其它不可避免杂质，且需满足：

2.如权利要求1所述的高强韧无莱氏体冷作模具钢，其特征在于，其余量为fe及其它不可避免杂质。

3.如权利要求1或2所述的高强韧无莱氏体冷作模具钢，其特征在于，7≤[cr]/5+2[mo]+2[v]+2/[ni]≤10。

4.如权利要求1或2或3所述的高强韧无莱氏体冷作模具钢，其特征在于，c：0.55～0.60％，或，cr：4.50～5.00％，或，mo：1.50～2.00％，或，v：0.30～0.45％，或，ni：0.40～0.60％。

5.如权利要求1或2或3或4所述的高强韧无莱氏体冷作模具钢，其特征在于，所述冷作模具钢的退火态组织为珠光体+粒状碳化物，粒状碳化物尺寸非常细小，直径小于1μm，且不存在常规cr12系冷作模具钢中常出现的莱氏体组...

【专利技术属性】
技术研发人员：周蕾，丁毅，张恒，张洪奎，张杉，
申请(专利权)人：宝武特种冶金有限公司，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人