CN113718170A - 一种冷作模具钢材料其制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冷作模具钢材料其制作工艺，具体涉及高合金钢制备领域，其中各组分的质量百分比为：C 0.7‑0.8％、Cr 6.5‑7.0％、Ni 1.8‑2.2％、Si 0.7‑1.2％、Mn 0.1‑0.5％、Mo 2.0‑2.5％、V 1.7‑2.2％、W 0.9‑1.3％，其余量为Fe。本发明制得的冷作模具钢材料，经淬火工艺后，使其具有良好的韧性，相对传统模具钢而言具有更好的综合性能，在冷作模具钢回火时产生二次硬化现象，弥散析出细小的质点,使钢的耐磨性得以提高，通过硬化淬火和韧性回淬的步骤，使得制备的冷作模具钢析出的质点会阻止晶粒的长大，使钢具有较好的韧性，各项冷作模具钢性能均衡，且能达到相当的使用条件，从而满足使用者对冷作模具钢的性能需求。
Description
技术领域
本发明涉及高合金钢制备技术领域，更具体地说，本发明涉及一种冷作模具钢材料其制作工艺。
背景技术
冷作模具钢在工作时，由于被加工材料的变形抗力比较大，模具的工作部分承受很大的压力、弯曲力、冲击力及摩擦力。因此，冷作模具的正常报废原因一般是磨损，也有因断裂、崩力和变形超差而提前失效的。
冷作模具钢与刃具钢相比，有许多共同点。要求模具有高的硬度和耐磨性、高的抗弯强度和足够的韧性，以保证冲压过程的顺利进行、其不同之处在于模具形状及加工艺复杂。而且摩擦面积大、磨损可能性大、所以修磨起来困难。因此要求具有更高的耐磨化模具工作时承受冲压力大。又由于形状复杂易于产生应力集中，所以要求具有较高的韧性；模具尺寸大、形状复杂。所以要求较高的淬透性、较小的变形及开裂倾向性。总之，冷作模具钢在淬透性、耐磨性与韧性等方面的要求要较刃具钢高一些。而在红硬性方面却要求较低或基本上没要求(因为是冷态成形)，所以也相应形成了一些适于做冷作模具用的钢种，例如，发展了高耐磨、微变形冷作模具用钢及高韧性冷作模具用钢等。
现有技术中的冷作模具钢材多种多样，按照性能不同分为折叠Cr12、Cr12Mo1V1、Cr12MoV、Cr5Mo1V、9Mn2V和CrWMn多种，但因其制备步骤中的原材料的不同及制备方法的差别，从而根据使用的用途专项得到高硬度/高热硬性/高韧性中的任意一种性能的冷作模具钢材，但随着社会技术的不断发展，对材料的性能要求也在不断提升，如何进一步的提高冷作模具钢材制备工艺，从而制得高性能的冷作模具钢材以满足使用需求。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种冷作模具钢材料其制作工艺，本发明所要解决的技术问题是：如何进一步提升冷作模具钢材的性能。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种冷作模具钢材料，其中各组分的质量百分比为：C 0.7-0.8％、Cr 6.5-7.0％、Ni 1.8-2.2％、Si 0.7-1.2％、Mn 0.1-0.5％、Mo 2.0-2.5％、V 1.7-2.2％、W 0.9-1.3％，其余量为Fe。
在一个优选地实施方式中，其中各组分的质量百分比为：C 0.7％、Cr 6.5％、Ni1.8％、Si 0.7％、Mn 0.1％、Mo 2.0％、V 1.7％、W 0.9％，其余量为Fe。
在一个优选地实施方式中，其中各组分的质量百分比为：C 0.75％、Cr 6.7％、Ni2.0％、Si 0.9％、Mn 0.3％、Mo 2.25％、V 1.95％、W 1.1％，其余量为Fe。
在一个优选地实施方式中，其中各组分的质量百分比为：C 0.8％、Cr 7.0％、Ni2.2％、Si 1.2％、Mn 0.5％、Mo 2.5％、V 2.2％、W 1.3％，其余量为Fe。
本发明还包括一种冷作模具钢材料的制作工艺，具体制作步骤如下：
S1、冶炼:按冷作模具钢所含组分的质量百分比将原料放入感应炉内加热熔化，以1600℃-1700℃的温度下进行真空熔炼，并保温一段时间，使熔液的温度和成分达到均匀；
S2、浇铸锻造：将步骤S1中得到的合金浇铸，自然冷却形成钢锭，前对成型的钢锭进行锻造；
S3、球化退火：将步骤S2中锻造后的钢锭加热到800-850℃，并在该温度下保温1.5-1.8h，随后将该加热钢锭冷却至到680-720℃再进行5-5.5h的保温，之后匀速冷却到600℃出炉自然冷却至室温；
S4、硬化淬火：将步骤S3中退火后的钢锭胚料加热至1080-1120℃进行淬火处理，待其冷却至500-520℃进行保温回火处理，单次回火时长为1h，回火次数设置为4次；高温下淬火，再多次高温回火，使残余奥氏体转变为马氏体，达到二次硬化，这样能获得高硬度和高热硬性，但韧性降低，尺寸会涨大；
S5、韧性回淬：将步骤S4中淬火后的钢锭再次加热至450-500℃进行保温处理，随后使用液氮对其进行回淬处理，如此反复进行回淬4-5次，得到模具钢锭，采用液氮的低温对硬化淬火后的钢锭进行急速降温处理，使尺寸膨胀的钢锭体积回缩，在保证高硬度和高热硬性的前提下进一步提升钢锭的韧性。
在一个优选地实施方式中，所述步骤S1中冶炼时长设置为1.5-2h，且期间保温时段温度与熔炼时段温度保持相同。
在一个优选地实施方式中，所述步骤S3中退火中匀速冷却速度设置为30-50℃/h，且球化退火步骤中两轮保温时长分别优选为1.6h和5.3h。
在一个优选地实施方式中，所述步骤步骤S5中韧性回淬在炉外进行，且以500W以上的通风扇配合通风处理。
本发明的技术效果和优点：
本发明通过原料配比及制备工艺的改善制得的冷作模具钢材料，经淬火工艺后，较多的马氏体和适量的碳化物使其具有较高的强度和耐磨性，并且过剩碳化物的含量也得以减少，使其具有良好的韧性，相对传统模具钢而言具有更好的综合性能，在冷作模具钢回火时产生二次硬化现象，弥散析出细小的质点,使钢的耐磨性得以提高，通过硬化淬火和韧性回淬的步骤，使得制备的冷作模具钢析出的质点会阻止晶粒的长大，使钢具有较好的韧性，各项冷作模具钢性能均衡，且能达到相当的使用条件，从而满足使用者对冷作模具钢的性能需求。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明提供了一种冷作模具钢材料，其中各组分的质量百分比为：C 0.7-0.8％、Cr 6.5-7.0％、Ni 1.8-2.2％、Si 0.7-1.2％、Mn 0.1-0.5％、Mo 2.0-2.5％、V 1.7-2.2％、W 0.9-1.3％，其余量为Fe；
而具体到本实施例中，其中各组分的质量百分比为：C 0.7％、Cr 6.5％、Ni1.8％、Si 0.7％、Mn 0.1％、Mo 2.0％、V 1.7％、W 0.9％，其余量为Fe。
本发明还包括一种冷作模具钢材料的制作工艺，具体制作步骤如下：
S1、冶炼:按冷作模具钢所含组分的质量百分比将原料放入感应炉内加热熔化，以1650℃的温度下进行真空熔炼，并保温1.8h，使熔液的温度和成分达到均匀；
S2、浇铸锻造：将步骤S1中得到的合金浇铸，自然冷却形成钢锭，前对成型的钢锭进行锻造；
S3、球化退火：将步骤S2中锻造后的钢锭加热到830℃，并在该温度下保温1.6h，随后将该加热钢锭冷却至到700℃再进行5.3h的保温，之后匀速冷却到600℃出炉自然冷却至室温；
S4、硬化淬火：将步骤S3中退火后的钢锭胚料加热至1080-1120℃进行淬火处理，待其冷却至500-520℃进行保温回火处理，单次回火时长为1h，回火次数设置为4次，韧性回淬在炉外进行，且以500W以上的通风扇配合通风处理；高温下淬火，再多次高温回火，使残余奥氏体转变为马氏体，达到二次硬化，这样能获得高硬度和高热硬性，但韧性降低，尺寸会涨大；
S5、韧性回淬：将步骤S4中淬火后的钢锭再次加热至450-500℃进行保温处理，随后使用液氮对其进行回淬处理，如此反复进行回淬4-5次，得到模具钢锭，采用液氮的低温对硬化淬火后的钢锭进行急速降温处理，使尺寸膨胀的钢锭体积回缩，在保证高硬度和高热硬性的前提下进一步提升钢锭的韧性。
实施例2：
本发明提供了一种冷作模具钢材料，其中各组分的质量百分比为：C 0.7-0.8％、Cr 6.5-7.0％、Ni 1.8-2.2％、Si 0.7-1.2％、Mn 0.1-0.5％、Mo 2.0-2.5％、V 1.7-2.2％、W 0.9-1.3％，其余量为Fe；
而具体到本实施例中，其中各组分的质量百分比为：C 0.75％、Cr 6.7％、Ni2.0％、Si 0.9％、Mn 0.3％、Mo 2.25％、V 1.95％、W 1.1％，其余量为Fe。
本发明还包括一种冷作模具钢材料的制作工艺，具体制作步骤如下：
S1、冶炼:按冷作模具钢所含组分的质量百分比将原料放入感应炉内加热熔化，以1650℃的温度下进行真空熔炼，并保温1.8h，使熔液的温度和成分达到均匀；
S2、浇铸锻造：将步骤S1中得到的合金浇铸，自然冷却形成钢锭，前对成型的钢锭进行锻造；
S3、球化退火：将步骤S2中锻造后的钢锭加热到830℃，并在该温度下保温1.6h，随后将该加热钢锭冷却至到700℃再进行5.3h的保温，之后匀速冷却到600℃出炉自然冷却至室温；
S4、硬化淬火：将步骤S3中退火后的钢锭胚料加热至1080-1120℃进行淬火处理，待其冷却至500-520℃进行保温回火处理，单次回火时长为1h，回火次数设置为4次，韧性回淬在炉外进行，且以500W以上的通风扇配合通风处理；高温下淬火，再多次高温回火，使残余奥氏体转变为马氏体，达到二次硬化，这样能获得高硬度和高热硬性，但韧性降低，尺寸会涨大；
S5、韧性回淬：将步骤S4中淬火后的钢锭再次加热至450-500℃进行保温处理，随后使用液氮对其进行回淬处理，如此反复进行回淬4-5次，得到模具钢锭，采用液氮的低温对硬化淬火后的钢锭进行急速降温处理，使尺寸膨胀的钢锭体积回缩，在保证高硬度和高热硬性的前提下进一步提升钢锭的韧性。
实施例3：
本发明提供了一种冷作模具钢材料，其中各组分的质量百分比为：C 0.7-0.8％、Cr 6.5-7.0％、Ni 1.8-2.2％、Si 0.7-1.2％、Mn 0.1-0.5％、Mo 2.0-2.5％、V 1.7-2.2％、W 0.9-1.3％，其余量为Fe；
而具体到本实施例中，其中各组分的质量百分比为：C 0.75％、Cr 6.7％、Ni2.0％、Si 0.9％、Mn 0.3％、Mo 2.25％、V 1.95％、W 1.1％，其余量为Fe。
本发明还包括一种冷作模具钢材料的制作工艺，具体制作步骤如下：
S1、冶炼:按冷作模具钢所含组分的质量百分比将原料放入感应炉内加热熔化，以1650℃的温度下进行真空熔炼，并保温1.8h，使熔液的温度和成分达到均匀；
S2、浇铸锻造：将步骤S1中得到的合金浇铸，自然冷却形成钢锭，前对成型的钢锭进行锻造；
S3、球化退火：将步骤S2中锻造后的钢锭加热到830℃，并在该温度下保温1.6h，随后将该加热钢锭冷却至到700℃再进行5.3h的保温，之后匀速冷却到600℃出炉自然冷却至室温；
S4、硬化淬火：将步骤S3中退火后的钢锭胚料加热至1080-1120℃进行淬火处理，待其冷却至500-520℃进行保温回火处理，单次回火时长为1h，回火次数设置为4次，韧性回淬在炉外进行，且以500W以上的通风扇配合通风处理；高温下淬火，再多次高温回火，使残余奥氏体转变为马氏体，达到二次硬化，这样能获得高硬度和高热硬性:。
实施例4：
本发明提供了一种冷作模具钢材料，其中各组分的质量百分比为：C0.7-0.8％、Cr6.5-7.0％、Ni 1.8-2.2％、Si 0.7-1.2％、Mn 0.1-0.5％、Mo 2.0-2.5％、V 1.7-2.2％、W0.9-1.3％，其余量为Fe；
而具体到本实施例中，其中各组分的质量百分比为：C 0.75％、Cr 6.7％、Ni2.0％、Si 0.9％、Mn 0.3％、Mo 2.25％、V 1.95％、W 1.1％，其余量为Fe。
本发明还包括一种冷作模具钢材料的制作工艺，具体制作步骤如下：
S1、冶炼:按冷作模具钢所含组分的质量百分比将原料放入感应炉内加热熔化，以1650℃的温度下进行真空熔炼，并保温1.8h，使熔液的温度和成分达到均匀；
S2、浇铸锻造：将步骤S1中得到的合金浇铸，自然冷却形成钢锭，前对成型的钢锭进行锻造；
S3、球化退火：将步骤S2中锻造后的钢锭加热到830℃，并在该温度下保温1.6h，随后将该加热钢锭冷却至到700℃再进行5.3h的保温，之后匀速冷却到600℃出炉自然冷却至室温；
S4、韧性回淬：将步骤S4中淬火后的钢锭再次加热至450-500℃进行保温处理，随后使用液氮对其进行回淬处理，如此反复进行回淬4-5次，得到模具钢锭，采用液氮的低温对硬化淬火后的钢锭进行急速降温处理，使尺寸膨胀的钢锭体积回缩，在保证高硬度和高热硬性的前提下进一步提升钢锭的韧性。
实施例5：
本发明提供了一种冷作模具钢材料，其中各组分的质量百分比为：C 0.7-0.8％、Cr 6.5-7.0％、Ni 1.8-2.2％、Si 0.7-1.2％、Mn 0.1-0.5％、Mo 2.0-2.5％、V 1.7-2.2％、W 0.9-1.3％，其余量为Fe；
而具体到本实施例中，其中各组分的质量百分比为：C 0.8％、Cr 7.0％、Ni2.2％、Si 1.2％、Mn 0.5％、Mo 2.5％、V 2.2％、W 1.3％，其余量为Fe。
本发明还包括一种冷作模具钢材料的制作工艺，具体制作步骤如下：
S1、冶炼:按冷作模具钢所含组分的质量百分比将原料放入感应炉内加热熔化，以1650℃的温度下进行真空熔炼，并保温1.8h，使熔液的温度和成分达到均匀；
S2、浇铸锻造：将步骤S1中得到的合金浇铸，自然冷却形成钢锭，前对成型的钢锭进行锻造；
S3、球化退火：将步骤S2中锻造后的钢锭加热到830℃，并在该温度下保温1.6h，随后将该加热钢锭冷却至到700℃再进行5.3h的保温，之后匀速冷却到600℃出炉自然冷却至室温；
S4、硬化淬火：将步骤S3中退火后的钢锭胚料加热至1080-1120℃进行淬火处理，待其冷却至500-520℃进行保温回火处理，单次回火时长为1h，回火次数设置为4次，韧性回淬在炉外进行，且以500W以上的通风扇配合通风处理；高温下淬火，再多次高温回火，使残余奥氏体转变为马氏体，达到二次硬化，这样能获得高硬度和高热硬性，但韧性降低，尺寸会涨大；
S5、韧性回淬：将步骤S4中淬火后的钢锭再次加热至450-500℃进行保温处理，随后使用液氮对其进行回淬处理，如此反复进行回淬4-5次，得到模具钢锭，采用液氮的低温对硬化淬火后的钢锭进行急速降温处理，使尺寸膨胀的钢锭体积回缩，在保证高硬度和高热硬性的前提下进一步提升钢锭的韧性。
实施例6：
分别取上述实施例1-5所制得的冷作模具钢材料进行切销加工实验及性能测定，分五组对制得的冷作模具钢材料进行性能测定，得到以下数据：
由上表可知，实施例2中原料配合比例适中，采用该原料配比及制备工艺制得的冷作模具钢材料抗弯强度在5400M Pa以上、抗压强度在2900M Pa以上、冲击韧性在110M Pa以上，硬度达到63HRC，各项冷作模具钢性能均衡，且能达到相当的使用条件，从而满足使用者对冷作模具钢的性能需求。
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种冷作模具钢材料，其特征在于：其中各组分的质量百分比为：C 0.7-0.8％、Cr6.5-7.0％、Ni 1.8-2.2％、Si 0.7-1.2％、Mn 0.1-0.5％、Mo 2.0-2.5％、V 1.7-2.2％、W0.9-1.3％，其余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种冷作模具钢材料，其特征在于：其中各组分的质量百分比为：C 0.7％、Cr 6.5％、Ni 1.8％、Si 0.7％、Mn 0.1％、Mo 2.0％、V 1.7％、W 0.9％，其余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的一种冷作模具钢材料，其特征在于：其中各组分的质量百分比为：C 0.75％、Cr 6.7％、Ni 2.0％、Si 0.9％、Mn 0.3％、Mo 2.25％、V 1.95％、W 1.1％，其余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的一种冷作模具钢材料，其特征在于：其中各组分的质量百分比为：C 0.8％、Cr 7.0％、Ni 2.2％、Si 1.2％、Mn 0.5％、Mo 2.5％、V 2.2％、W 1.3％，其余量为Fe。
5.一种用于权利要求1-4任意一项所述的冷作模具钢材料的制作工艺，其特征在于，具体制作步骤如下：
S1、冶炼:按冷作模具钢所含组分的质量百分比将原料放入感应炉内加热熔化，以1600℃-1700℃的温度下进行真空熔炼，并保温一段时间；
S2、浇铸锻造：将步骤S1中得到的合金浇铸，自然冷却形成钢锭，前对成型的钢锭进行锻造；
S3、球化退火：将步骤S2中锻造后的钢锭加热到800-850℃，并在该温度下保温1.5-1.8h，随后将该加热钢锭冷却至到680-720℃再进行5-5.5h的保温，之后匀速冷却到600℃出炉自然冷却至室温；
S4、硬化淬火：将步骤S3中退火后的钢锭胚料加热至1080-1120℃进行淬火处理，待其冷却至500-520℃进行保温回火处理，单次回火时长为1h，回火次数设置为4次；
S5、韧性回淬：将步骤S4中淬火后的钢锭再次加热至450-500℃进行保温处理，随后使用液氮对其进行回淬处理，如此反复进行回淬4-5次，得到模具钢锭。
6.根据权利要求5所述的一种冷作模具钢材料的制作工艺，其特征在于：所述步骤S1中冶炼时长设置为1.5-2h，且期间保温时段温度与熔炼时段温度保持相同。
7.根据权利要求5所述的一种冷作模具钢材料的制作工艺，其特征在于：所述步骤S3中退火中匀速冷却速度设置为30-50℃/h，且球化退火步骤中两轮保温时长分别优选为1.6h和5.3h。
8.根据权利要求5所述的一种冷作模具钢材料的制作工艺，其特征在于：所述步骤步骤S5中韧性回淬在炉外进行，且以500W以上的通风扇配合通风处理。
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