[發明專利]熱作模具鋼材料及其制作工藝

無效

• 申請號: 201110133793.0
• 申請日: 2011-05-23
• 公開（公告）號: CN102220544A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 尚宗文;程渡明;劉延亮;鞏蕾蕾;崔澤岳
• 申請（專利權）人: 尚宗文
• 主分類號: C22C38/24
• 分類號: C22C38/24
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 耿霞

技術領域

本發明屬于金屬材料及加工技術領域，特別是模具制造及使用范圍，涉及一種熱作模具鋼及其制作工藝。

背景技術

模具，是工業生產的基礎工藝裝備，在電子、汽車、電機、電器、儀表、家電和通訊等產品中，60～80％的零部件都依靠模具成型，因此模具被稱為“百業之母”。隨著模具市場逐年的發展擴大，生產模具的材料-模具鋼的用量也在顯著增加，其中熱作模具鋼的消耗量約占模具鋼產品的30％以上。隨著模具工業的迅速發展，對熱作模具的使用壽命、加工精度提出了更高要求。熱作模具鋼性能的好壞和使用壽命的長短，將直接影響加工產品的質量和生產的經濟效益。所以世界各國都在不斷的研究和開發新型熱作模具材料，鑒于我國的常用熱作模具如而5CrNiMo，5CrMnMo耐熱性差，3Cr2W8V(H21)鋼存在碳化物偏析嚴重，塑性、韌性、導熱性、抗冷熱疲勞性能和抗溶蝕性能較差等問題，現用的H13鋼(4Cr5MoSiV1)新型熱作模具鋼，模具前期使用時開裂性傾向大，模具修復率低，而進口材料存在造價偏高等問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種熱作模具鋼材料及其制作工藝，使制備的熱作模具鋼材料，具有熱穩定性好，抗熱疲勞性能高、耐磨損、淬透性好、變形小；工藝過程簡單，操作易控制。

本發明熱作模具鋼材料，其特征在于熱作模具鋼材料化學成分的重量百分組成為：C0.38～0.42、Mn?0.35～0.45、Si?0.55～0.65、Cr?5.0～5.5、Mo?0.2～0.25、V?1.0～1.5、S≤0.025、P≤0.025，余量為Fe。

優選的熱作模具鋼材料化學成分的重量百分組成為：C?0.40、Mn?0.38、Si?0.60、Cr?5.2、Mo?0.22、V?1.2、S≤0.025和P≤0.025，余量為Fe。

上述各微量元素量的誤差為±0.05％。

上述熱作模具鋼材料的制作工藝，包括如下步驟：

(1)冶煉工藝：煉鋼原料選擇碳含量在0.44wt.％以下的廢鋼，如優質廢鋼T3、T4作為爐料，鋼水冶煉過程中，當鋼液在電爐中熔化1/3時，放入鉻、鉬合金熔化，在鋼水出爐10～15分鐘前，投入錳、硅、釩合金，然后投入脫氧劑，凈化鋼水的純凈度，取樣化學分析；

(2)鋼水鑄造成鋼錠：鋼錠模在200℃～300℃時預熱，注入鋼水，保溫45～80分鐘，脫模后保溫緩冷，48小時后出爐，鋼錠進行退火處理：加熱850℃～880℃，保溫4～5個小時，隨爐冷卻，冷卻速度≤30℃/小時，至500～550℃，出爐空冷，清理表面缺陷；

(3)鍛造或軋制成型材：隧道窯爐加熱，加熱至1100℃～1150℃并透燒完全始鍛，850℃終鍛，鍛造比3～4∶1，碳化物4～5級；

(4)型材球化退火工藝：電爐加熱至850℃，升溫速度60～80℃/小時，保溫8個小時，隨爐冷卻至730～750℃，再保溫4～6個小時，隨爐冷卻至500～550℃，出爐空冷，表面精整。

冶煉工藝中步驟(1)所述的脫氧劑為硅鈣合金。

本發明所用的合金原料，其元素的含量為：鉻合金的鉻為65wt.％，鉬合金的鉬為60wt.％，錳鐵合金的錳為65wt.％，釩合金的釩為70wt.％，硅合金的硅為75wt.％，脫氧劑為硅鈣合金，含硅70wt.％和鈣26wt.％。

各元素的作用機理：

(1)硅在鋼中的作用：提高鋼中固溶體的強度和冷加工硬化程度，使鋼的韌性和塑性降低。硅能顯著地提高鋼的彈性極限、屈服極限和屈強比。硅的質量分數為15％～20％的高硅鑄鐵，是很好的耐酸材料。含有硅的鋼在氧化氣氛中加熱時，表面也將形成一層SiO₂薄膜，從而提高鋼在高溫時的抗氧化性。一般合金鋼中的Si含量不會高于3.5％，在Si含量為4.8～6.5％時，鋼具有很高的脆性。因此本發明中Si的含量取為0.55～0.65％，既發揮了Si的作用，又避免鋼易變脆。

(2)錳在鋼中的作用：錳提高鋼的淬透性。錳對提高低碳和中碳珠光體鋼的強度有顯著的作用，錳對鋼的高溫瞬時強度有所提高。含錳較高時，有較明顯的回火脆性現象。錳有促進晶粒長大的作用，因此錳鋼對過熱較敏感，在熱處理工藝上必須注意。這種缺點可用加入細化晶粒元素如鉬、釩、鈦等來克服：當錳的質量分數超過1％時，會使鋼的焊接性能變壞，錳會使鋼的耐銹蝕性能降低，本發明Mn的含量選擇0.35～0.45％減小了鋼的過熱敏感性(粗晶回火脆性)，避免形成帶狀纖維組織。