[發明專利]一種高硬度高韌性冷作模具鋼及其制備方法

在審

• 申請號: 201510033918.0
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN104561802A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 續維;趙亮
• 申請（專利權）人: 寶鋼特鋼有限公司
• 主分類號: C22C38/24
• 分類號: C22C38/24;C22C33/04;C21D8/00
• 代理公司: 上海開祺知識產權代理有限公司 31114
• 代理人: 竺明;崔兆慧

技術領域

本發明涉及模具鋼及其制備方法，尤其涉及一種高硬度高韌性冷作模具鋼及其制備方法，該冷作模具鋼的沖擊功≥76J，硬度≥63HRC。

背景技術

冷作模具鋼主要用于制造在冷狀態(室溫)條件下進行壓制成形的模具，如冷拉伸模具、冷鐓模具、冷擠壓模具、壓印模具、輥壓模具等。冷作模具的工作條件和刃具有些相似，但因被加工材料在冷態下變形，故變形抗力很大。與刃具鋼相比，冷作模具鋼應當要求更高的淬透性、耐磨性和韌性，而紅硬性的要求可低些，一般情況下，冷作模具工作時溫度升高不會超過200～300℃。

目前，國內模具材料市場上應用最為廣泛的冷作模具鋼材料是高碳高鉻冷作模具鋼Cr12MoV(其化學成分質量百分數為：C：1.45～1.70％，Si≤0.40％，Mn≤0.40％，Cr：11.0～12.5％，Mo：0.4～0.6，Ni≤0.10，Cu≤0.10，P≤0.030％，S≤0.030％)。該材料作為主選通用型的冷作模具鋼材料，具有較高的淬透性、淬硬性、耐磨性，高溫抗氧化性能好，可以作為通用型冷作模具鋼材料，用于制造各種用途的冷作模具，例如形狀復雜的沖孔凹模、冷擠壓模、滾螺紋輪、冷剪切刀和精密量具等。但是，這種Cr12MoV通用型冷作模具鋼材料中的合金元素組成中含有較高的碳和鉻元素，過多的碳和鉻元素會使材料顯微組織中存在網狀的萊氏體碳化物，造成材料的韌性不高，模具在使用中易崩刃、斷裂或塌陷。

冷作模具主要用于金屬或非金屬材料的冷成型，包括冷沖壓、冷擠壓和冷鐓等。這類模具工作載荷大、尺寸精度、表面質量要求高。通常選用的冷作模具鋼要求有足夠的強度、韌度、硬度和耐磨性。冷作模具鋼的關鍵技術指標是沖擊功、硬度，Cr12MoV鋼沖擊功為39J，硬度為60HRC。Cr12MoV鋼由于組織中含有不均勻的萊氏體碳化物，雖然經過淬火、回火之后有較高的硬度和耐磨性能，但是韌性較低，在實際使用中容易發生崩裂和塌陷。

上述Cr12MoV鋼采用電弧爐熔煉，澆鑄成鋼錠鍛造開坯，具體步驟依次為煉鋼、鍛造、熱處理，最后形成產品。其鍛造的加熱溫度為1110～1130℃，終鍛溫度為≥900℃，冷卻方式采用高溫退火、坑冷或者砂冷。由于Cr12MoV鋼形成大量粗大的呈連續網狀分布的共晶碳化物，嚴重割裂基體，還可作為模具鋼斷裂時的裂紋源和裂紋擴展途徑，從而使得模具鋼的晶界嚴重脆化，韌性很低。并且在鍛造時，由于受到鍛造比的限制，對于大尺寸鑄坯，其心部的共晶碳化物很難打碎，所以在鍛造后的模具鋼組織中經常存在帶狀碳化物偏析，使模具鋼的性能出現各向異性。而且由于網狀共晶碳化物的存在，在鍛造過程中容易出現開裂和過燒等引起的廢品。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高硬度高韌性冷作模具鋼及其制備方法，該冷作模具鋼的沖擊功≥76J，硬度≥63HRC，具有較好的高硬度和高韌性的配合，以替代傳統的冷作模具鋼材料，適用于制造精密復雜模具。

為達到上述目的，本發明的技術方案是：

一種高硬度高韌性冷作模具鋼，其化學成分重量百分比為：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％，其余為Fe和不可避免雜質；且上述元素同時需滿足如下關系：C＝0.1(Cr+Mo)。

進一步，本發明所述高硬度高韌性冷作模具鋼的沖擊功≥76J，硬度≥63HRC。

所述高硬度高韌性冷作模具鋼的顯微組織是索氏體+細小碳化物(合金碳化物呈現細小彌散的狀態、均勻地分布在索氏體的基體上)。

本發明主要元素的作用及其限定說明如下：

C：C是形成釩碳化物、鉬碳化物和鉻碳化物等各種碳化物的不可缺少的基本元素，也是影響鋼的成分偏析和鋼的組織均勻性的重要元素，溶解在馬氏體中能夠保證馬氏體擁有良好的強度和淬透性。鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖擊性降低。此外，C能增加鋼的冷脆性和時效敏感性；較低的C含量可以防止鋼在凝固的過程中產生偏析組織從而造成鋼的抗彎強度和沖擊韌性下降。

本發明中，如果C含量＞1.055％，將導致過多的碳化物形成和組織偏析產生，影響鋼的網狀性能指標，特別是造成鋼的抗彎強度和沖擊韌性降低；但是C含量＜1.025％也將要造成碳元素C和其他合金元素結合形成碳化物的當量發生偏差，不能有效地形成穩定的、細小的碳化物和碳化物的復合作用，影響鋼的強度和鋼的淬硬性。因此，C的含量控制在1.025-1.055之間。