专利名称：冷作模具钢材料及其制作工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于金属材料及加工技术领域，特别是模具制造及使用范围，涉及冷作模具 钢及其制造办法。
背景技术：
从20世纪中叶，自世界技术强国应用高合金钢制造模具以来，模具钢的制造技术在 不断的发展，高合金钢的优良性能得到社会的认知，但使用和制造过程中存在的问题亦 备受人们的困绕，比如崩脆现象、冷加工难度大、热处理开裂倾向严重、锻造区间较小 且难度大、碳化物易聚集成块状、软点问题严重等。在模具制造和使用过程中降低制造 难度、提高工效、降低生产使用成本，延长模具使用寿命都是人们所希望的结果，而影 响其加工和寿命的因素很多，其中钢材的化学成分及熔炼、锻造、热处理使用条件都是
重要的因素。模具的最终失效一般表现为崩脆、开裂、磨损严重。
以前，人们常把Crl2、 Crl2MoV作为冷作模具钢首选，尤其是Crl2属高碳高合金， 虽经热处理后有较高的强度和硬度，但其崩裂现象较为严重，是模具失效的主要原因。 另外Crl2的锻造工艺区间较窄，碳化物不易打碎或成块状分布，容易造成应力集中，至 使模具非人为因素破坏，从而形成了 Crl2原价格不算高，但制造和使用成本都不低的定 式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种冷作模具钢材料及其制作工艺，使制备的冷 作模具钢材料，具有良好的淬透性，回火稳定性，较高的耐磨性及良好的加工性，能提 高工效，降低生产使用成本，减少或避免模具崩脆开裂，延长模具使用寿命。
本发明冷作模具钢材料，其特征在于包括如下微量元素，以重量百分数计C
0. 95~1. 05 、Mn 0. 35~0. 45 、Si 0. 55~0. 65 、Cr 7. 55~8, 5、 Mo 0. 45~0. 55、 V 0. 35~0. 45、 S《0.025和P《0.025。
优选的微量元素的重量百分数组成为Cl.O、 Mn0.4、Si0.6、 Cr8.0、Mo0.5、 V0.4、 S《0.025和P《0.025。上述各微量元素的量是在该优选含量的基础上所允许的公差范围(± 0. 05 )，铬含量最高可至8. 5%。
上述冷作模具钢材料的制作工艺，包括如下步骤
(1) 冶炼工艺:炼钢原料选择含碳质量含量在0.4%以下的废钢，如优质废钢T3、 T4 作为炉料，钢水冶炼过程中，当钢液在电炉中熔化l/3时，放入铬、钼合金熔化，在钢水 出炉10-15分钟前，投入锰、硅、钒合金，然后投入脱氧剂，净化钢水的纯净度，取样化 学分析；
(2) 钢水铸造成型钢锭按照常规工艺，钢锭模预热200'C-30(TC，注入钢水，保温 40分钟以上脱模保温缓冷，48小时后出炉，钢锭进行退火处理加热85(TC-88(TC，保温 4-5个小时，随炉冷却，冷却速度《30'C/小时，至500 550'C,出炉空冷；
(3) 锻造或轧制隧道窑炉加热，预热15-20小时，加热至1100'C-115(TC并透烧完 全始锻，850'C终锻，锻造比3~4: 1，碳化物4-5级；
(4) 型材退火工艺电炉加热至850'C，升温速度60-80'C/小时，保温8个小时， 随炉冷却至730 750'C,再保温4-6个小时，随炉冷却至500 550°C，出炉空冷，表 面精整。
本发明所用的微量元素的合金，合金的重量百分比最好分别为铬合金的铬为65%， 钼合金的钼为60%，锰合金的锰为65%,钒合金的钒为70%，硅合金的硅为75%。脱氧剂 为硅70%钙26%合金(重量百分数)。
本发明的优点
工艺过程简单，操作易控制，采用合金化和变质处理，模具钢有良好的淬透性，抗 回火稳定性，较高的耐磨性及良好的加工性，能提高工效，降低生产使用成本，减少或 避免模具崩脆开裂，使用寿命长，性价比高，适用广泛。
图l为本发明冷作模具钢与Cr12、 Crl2MoV、 SKD11钢材料的性能比较曲线图； 图2为本发明冷作模具钢、Crl2、 Crl2MoV硬度与淬火温度关系曲线图； 图3为本发明冷作模具钢与Cr12、 Crl2MoV、 D2材料的使用寿命比较图； 图4为Crl2淬火后金相图； 图5为Crl2MoV淬火后金相图； 图6为本发明冷作模具钢淬火后金相图。
具体实施例方式
以重量百分数计，模具钢材料组成为C 1.0%、 Mn 0.4% 、 Si 0.6%、 Cr 8.0%、
Mo 0.5%、 V 0.4%、 S 0.025%、 P0. 025%、余量为Fe。
① 冶炼工艺:选取含碳为0. 4的优质废钢1000kg作原料进行冶炼。钢水冶炼过程中， 在中频炉钢液熔化l/3时，炉温1350-145(TC，考虑烧损率，首先放含铬65%的铬合金120 kg，，含钼为6(^的钼合金10.5kg，充分溶化，1550'C恒温、镇静，在钢水出炉前10分钟 投入含硅75%的硅合金8. 5kg，含锰70%合金锰铁合金6. 5Kg,含钒75%钒合金7&，然后再投 入2kg硅钙合金脱氧剂(Ca269i Si7(^)净化钢水。实际化验成分C 1. 02%、 Mn 0. 42% 、 Si 0.65%、 Cr 7. 95%、 Mo 0. 52%、 V 0.44%、 S 0. 028%、 PO. 02%。
② 钢水铸造成型钢锭钢锭模预热200。C-300'C，先慢后快再慢的注速注入钢水，300 'C-50(TC保温40分钟一90分钟后脱模，钢锭要保温缓冷(入生石灰或大粒砂坑)，48小时 后出坑；钢锭进行退火处理加热850'C (升温速度60-80度/小时)，保温4-5个小时， 随炉冷却，冷却速度〈3(TC/小时，至500 550'C，出炉空冷，去除钢锭表面缺陷；
(3)锻造工艺隧道窑炉加热，预热15-20小时，升温60-80'C/小时，加热至1100'C 并透烧完全，始锻，850'C终锻，锻造比4: 1，碳化物4-5级。
(4)型材退火工艺电炉加热至850'C,升温速度60-80'C/小时，保温8个小时， 随炉冷却至730 750°C，再保温6个小时，随炉冷却至500 550'C，出炉空冷，表面 精整。
(5)以上得到的冷作模具钢材料制作的模具工件热处理工艺1030-105(TC油(气) 淬火，190-200'C回火3次，HRC为60-62。工件毛坯锻造时，六面锻造，锻造比不小于3: 1，碳化物3-4级。
(6)用以上方法制得的工件试样机械性能冲击韧性30-35Nm/c m'，纵向断裂强度 4300N/m m',横向断裂强度3500N/m m',抗压强度5000 MPa ，抗弯强度3800Mpa。
图1~3为本发明冷作模具钢(牌号为ZTLll)与公知的几种模具钢材料的性能比较。 图4~6为Crl2、 Crl2MoV、本发明模具钢(ZTL11)淬火后金相图比较。 图4为Crl2回火马氏体,残余奥氏体和块状及碳化物颗粒。
图5为Crl2MoV回火马氏体和少量残余奥氏体体，白色大块状为共晶碳化物，白色 细颗粒为二次碳化物。
图6为本发明模具钢材料回火马氏体，少量残余奥氏体和白色块状及颗粒状碳化物， 与Crl2钢相比，ZTL11钢基体中共晶碳化物块度相对小些，数量少些，由于加入了钼巩 的原因，碳化物分布形态，不均匀度比Crl2有较大改善。
实施例2:
C 1. 0%、 Mn 0. 4% 、 Si 0. 6%、 Cr 8. 5%、 Mo 0. 5%、 V 0. 4%、 S 0. 025%、 P0. 025%、 余量为Fe。
① 冶炼工艺:选取含碳为0. 4的优质废钢1000kg作原料进行冶炼。钢水冶炼过程中， 在中频炉钢液熔化l/3时，炉温1350-1450°C，考虑烧损率，首先放含铬65%的铬合金122 kg，，含钼为6(^的钼合金10.5kg,充分溶化，1550'C恒温、镇静，在钢水出炉前10分钟 投入含硅75%的硅合金8. 5kg,含锰70%合金锰铁合金6. 5Kg,含钒75先钒合金7kg,然后再投 入2kg硅钙合金脱氧剂(Ca26先Si7090净化钢水。实际化验成分C 0. 98%、 Mn 0. 42% 、 Si 0. 62%、 Cr 8. 48%、 Mo 0. 51%、 V 0. 45%、 S 0. 028%、 PO. 02%。
② 钢水铸造成型钢锭钢锭模预热200'C-300'C，先慢后快再慢的注速注入钢水，300 'C-500'C保温40分钟一90分钟后脱模，钢锭要保温缓冷(入生石灰或大粒砂坑)，48小时 后出坑；钢锭进行退火处理加热850'C (升温速度60-80度/小时)，保温4-5个小时， 随炉冷却，冷却速度〈30'C/小时，至500 550'C，出炉空冷，去除钢锭表面缺陷；
(3)锻造工艺隧道窑炉加热，预热15-20小时，升温60-80'C/小时，加热至1100。C 并透烧完全，始锻，850'C终锻，锻造比4: 1，碳化物4-5级。
(4)型材退火工艺电炉加热至850。C,升温速度60-80'C/小时，保温8个小时， 随炉冷却至730 750°C，再保温6个小时，随炉冷却至500 550°C，出炉空冷，表面 精整。
(5) 以上得到的冷作模具钢材料制作的模具工件热处理工艺1030-1050'C油(气) 淬火，190-20(TC回火3次，HRC为60-62。工件毛坯锻造时，六面锻造，锻造比不小于3: 1，碳化物3-4级。
(6) 用以上方法制得的工件试样机械性能冲击韧性30-35Nm/cm'，纵向断裂强度 4305N/mm',横向断裂强度3460N/m m'，抗压强度5000 MPa ，抗弯强度3800Mpa。
权利要求
1、一种冷作模具钢材料，其特征在于包括如下微量元素，以重量百分数计C0.95～1.05、Mn0.35～0.45、Si0.55～0.65、Cr7.55～8.5、Mo0.45～0.55、V0.35～0.45、S≤0.025和P≤0.025。
2、 根据权利要求1所述的冷作模具钢材料，其特征在于所述微量元素的重量百分数 组成为C 1. 0、 Mn 0. 4 、 Si 0. 6、 Cr 8. 0、 Mo 0. 5、 V 0. 4、 S《0, 025和P《0. 025。
3、 一种制作权利要求l所述冷作模具钢材料的工艺，其特征在于包括如下步骤(1) 冶炼工艺:炼钢原料选择含碳质量含量在0.4%以下的废钢，钢水冶炼过程中，当 钢液在电炉中熔化l/3时，放入铬、钼合金熔化，在钢水出炉10-15分钟前，投入锰、硅、 钒合金，然后投入脱氧剂，净化钢水的纯净度，取样化学分析；(2) 钢水铸造成型钢锭钢锭模预热200'C-300'C，注入钢水，保温40分钟以上脱模 保温缓冷，48小时后出炉，钢锭进行退火处理加热85(TC-880°C，保温4-5个小时，随 炉冷却，冷却速度《30'C/小时，至500 550'C，出炉空冷，清理表面缺陷；(3) 锻造或轧制隧道窑炉加热，加热至110(TC-1150'C并透烧完全始锻，85(TC终 锻，锻造比3 4: 1，碳化物4-5级；(4) 型材退火工艺电炉加热至850'C，升温速度60-80'C/小时，保温8个小时， 随炉冷却至730 750'C,再保温4-6个小时，随炉冷却至500 550'C,出炉空冷，表 面精整。
4、 根据权利要求1所述的工艺，其特征在于步骤一冶炼工艺中所述的脱氧剂为硅钙合仝口血o
全文摘要
本发明提供的冷作模具钢材料，包括如下微量元素，以重量百分数计C 0.95～1.05、Mn 0.35～0.45、Si 0.55～0.65、Cr 7.55～8.5、Mo 0.45～0.55、V 0.35～0.45、S≤0.025和P≤0.025。本发明工艺过程简单，操作易控制，采用合金化和变质处理，模具钢有良好的淬透性，抗回火稳定性，较高的耐磨性及良好的加工性，能提高工效，降低生产使用成本，减少或避免模具崩脆开裂，使用寿命长，性价比高，适用广泛。
文档编号C22C38/24GK101381844SQ20081014020
公开日2009年3月11日 申请日期2008年9月11日 优先权日2008年9月11日
发明者尚宗文 申请人:山东中天模具有限公司