一种热作模具钢材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种热作模具钢材料及其制作工艺，其特征在于热作模具钢材料化学成分的重量百分组成为：C：0.36-0.44，Ti：0.10-0.25，Mn：0.10-0.50，Nb:0.15-0.20，Cr:5.0-5.5，Mo:0.20-0.25，V:1.0-1.5，B:0.10-0.15，W:1.50-2.00，Si：0.50-0.70，S≤0.025，P≤0.020，余量为Fe。本发明所述的热作模具钢材料，具有回火稳定性高，抗热疲劳性能高的特点。
【专利说明】一种热作模具钢材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]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，涉及一种热作模具钢及其制作工艺。
【背景技术】
[0002]模具，是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中，60~80%的零部件都依靠模具成型，因此模具被称为“百业之母”。随着模具市场逐年的发展扩大，生产模具的材料-模具钢的用量也在显著增加，其中热作模具钢的消耗量约占模具钢产品的30%以上。热作模具钢对硬度要求适当，侧重于红硬性，导热性，耐磨性。因此含碳量低，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性、红硬性为主。随着模具工业的迅速发展，对热作模具的使用寿命、加工精度提出了更高要求。热作模具钢性能的好坏和使用寿命的长短，将直接影 响加工产品的质量和生产的经济效益。所以世界各国都在不断的研究和开发新型热作模具材料，我国的常用热作模具，如而5CrNiMo，5CrMnMo耐热性差，3Cr2W8V(H21)钢，存在碳化物偏析严重，塑性、韧性、导热性、抗冷热疲劳性能和抗溶蚀性能较差等问题，现用的H13钢(4Cr5MoSiVl)新型热作模具钢，模具前期使用时开裂性倾向大，模具修复率低等问题。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种热作模具钢材料及其制作工艺，使制备的热作模具钢材料，具有回火稳定性高，抗热疲劳性能高的特点。
[0004]本发明热作模具钢材料，其特征在于热作模具钢材料化学成分的重量百分组成为:
C:0.36-0.44 Ti:0.10-0.25 Mn:0.10-0.50 Nb: 0.15-0.20
Cr:5.0-5.5 Mo: 0.20-0.25 V: 1.0-1.5 B: 0.10-0.15
ff:l.50-2.00 Si:0.50-0.70 S^0.025 P < 0.020
余量为Fe。
[0005]优选的热作模具钢材料化学成分的重量百分组成为:
C:0.38-0.40 T1:0.15-0.20 Mn:0.40-0.50 Nb: 0.15-0.17
Cr:5.0-5.5 Mo: 0.22-0.25 V: 1.0-1.2 B: 0.12-0.15
ff:l.50-2.00 Si:0.50-0.60 S ≤0.020 P ≤ 0.010
余量为Fe。
[0006]上述热作模具钢材料的制作工艺，包括如下步骤:
(1)冶炼工艺:采用常规方法熔炼，称取配方量的原料，除Cr、Nb、Mo和B外，其他均置于，1560~1700°C下熔炼至1/3时，放入配方量的Cr、Nb、Mo和B继续熔炼形成钢水；
(2)钢水铸造成钢锭:钢锭模预热，注入钢水，保温5~6小时，使钢成分均匀化，脱模后缓慢冷却进行退火处理，冷却速度< 25°C /小时，至500~550°C ；(3)锻造或轧制成型材:将所得钢锭加热至100°C~1150°C并透烧完全始锻，850°C再次进行煅烧；
(4)型材球化退火工艺:然后在830°C，升温速度60~80°C/小时，保温8个小时；随炉冷却至750°C，退火8小时，以清除锻造过程中产生的应力，最后随炉冷却至500~550°C，出炉空冷，表面精整。
[0007]本发明热作模具钢材料，部分元素的作用机理:
(I)S1:硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0 — 1.2%的硅，强度可提高15 - 20%。硅和钥、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
[0008](2)Mn:在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能。
[0009](3)B:钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。
[0010](4)Cr:在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。[0011](5)Mo:钥能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。
[0012](6) Nb:能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。
[0013]通过本发明所述配方及工艺的调整，所制备的热作模具钢材料热稳定性好，抗热疲劳性能高、使用寿命长，性价比高，适用广泛。
【具体实施方式】
[0014]下面结合实施例对本发明做进一步描述。
[0015]实施例1
一种模具钢材料，化学成分的重量百分组成为:
C:0.36 T1:0.10 Mn:0.10 Nb: 0.15 Cr:5.0 Mo: 0.20 V: 1.0 B: 0.10 ff:l.50 Si:0.500 S ≤ 0.025 P ≤ 0.020 余量为Fe。
[0016]实施例2
一种模具钢材料，化学成分的重量百分组成为:
C: 0.44 T1: 0.25 Mn: 0.50 Nb: 0.20 Cr: 5.5 Mo: 0.25 V: 1.5 B: 0.15 ff: 2.00 S1: 0.70 S ≤ 0.025 P ≤ 0.020 余量为Fe。
[0017]实施例3
一种模具钢材料，化学成分的重量百分组成为:
C:0.38 T1:0.15 Mn:0.40 Nb: 0.15Cr:5.0 Mo: 0.22 V: 1.0 B: 0.12 ff:l.50 Si:0.50 S ≤ 0.020 P ≤ 0.010 余量为Fe。
[0018]实施例4
一种模具钢材料，化学成分的重量百分组成为:
C: 0.40 T1: 0.20 Mn: 0.50 Nb: 0.17 Cr: 5.5 Mo: 0.25 V: 1.2 B: 0.15 ff: 2.00 S1: 0.60 S ≤ 0.020 P ≤ 0.010 余量为Fe。
[0019]实施例5
实施例1-4任一项所述的模具钢的制备工艺，包括如下步骤:
(1)冶炼工艺:采用常规方法熔炼，称取配方量的原料，除Cr、Nb、Mo和B外，其他均置于，1560°C下熔炼至1/3时，放入配方量的Cr、Nb、Mo和B继续熔炼形成钢水；
(2)钢水铸造成钢锭:钢锭模预热，注入钢水，保温5小时，使钢成分均匀化，脱模后缓慢冷却进行退火处理，冷却速度< 25°C /小时，至500°C ；
(3)锻造或轧制成型材:将所得钢锭加热至10(TC°C并透烧完全始锻，850°C再次进行煅烧；
(4)型材球化退火工艺:然后在830°C，升温速度60°C/小时，保温8个小时；随炉冷却至750°C，退火8小时，以清除锻造过程中产生的应力，最后随炉冷却至500°C，出炉空冷，表面精整。
[0020]实施例6
实施例1-4任一项所述的模具钢的制备工艺，包括如下步骤:
(1)冶炼工艺:采用常规方法熔炼，称取配方量的原料，除Cr、Nb、Mo和B外，其他均置于，1700°C下熔炼至1/3时，放入配方量的Cr、Nb、Mo和B继续熔炼形成钢水；
(2)钢水铸造成钢锭:钢锭模预热，注入钢水，保温6小时，使钢成分均匀化，脱模后缓慢冷却进行退火处理，冷却速度< 25°C /小时，至550°C ；
(3)锻造或轧制成型材:将所得钢锭加热至1150°C并透烧完全始锻，850°C再次进行煅
烧；
(4)型材球化退火工艺:然后在830°C，升温速度80°C/小时，保温8个小时；随炉冷却至750°C，退火8小时，以清除锻造过程中产生的应力，最后随炉冷却至550°C，出炉空冷，表面精整。
【权利要求】
1 .一种热作模具钢材料，其特征在于，热作模具钢材料化学成分的重量百分组成为: C:0.36-0.44 T1:0.10-0.25 Mn:0.10-0.50 Nb: 0.15-0.20 Cr:5.0-5.5 Mo: 0.20-0.25 V: 1.0-1.5 B: 0.10-0.15 ff:l.50-2.00 Si:0.50-0.70 S ≤ 0.025P ≤ 0.020 余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的热作模具钢材料，其特征在于，热作模具钢材料化学成分的重量百分组成为: C:0.38-0.40 T1:0.15-0.20 Mn:0.40-0.50 Nb: 0.15-0.17 Cr:5.0-5.5 Mo: 0.22-0.25 V: 1.0-1.2 B: 0.12-0.15 ff:l.50-2.00 Si:0.50-0.60 S ≤ 0.020P ≤ 0.010 余量为Fe。
3.一种热作模具钢材料，其特征在于，热作模具钢材料化学成分的重量百分组成为: C:0.36 T1:0.10 Mn:0.10 Nb: 0.15 Cr:5.0 Mo: 0.20 V: 1.0 B: 0.10 ff:l.50 Si:0.500 S ≤ 0.025 P ≤ 0.020 余量为Fe。
4.一种热作模具钢材料，其特征在于，热作模具钢材料化学成分的重量百分组成为: C: 0.44 T1: 0.25 Mn: 0.50 Nb: 0.20 Cr: 5.5 Mo: 0.25 V: 1.5 B: 0.15 ff: 2.00 S1: 0.70 S ≤ 0.025 P ≤ 0.020 余量为Fe。
5.一种热作模具钢材料，其特征在于，热作模具钢材料化学成分的重量百分组成为: C:0.38 T1:0.15 Mn:0.40 Nb: 0.15 Cr:5.0 Mo: 0.22 V: 1.0 B: 0.12 ff:l.50 Si:0.50 S ≤ 0.020 P ≤ 0.010 余量为Fe。
6.一种热作模具钢材料，其特征在于，热作模具钢材料化学成分的重量百分组成为: C: 0.40 T1: 0.20 Mn: 0.50 Nb: 0.17 Cr: 5.5 Mo: 0.25 V: 1.2 B: 0.15 ff: 2.00 S1: 0.60 S ≤ 0.020 P ≤ 0.010 余量为Fe。
7.权利要求1-6任一项所述的热作模具钢材料的制作工艺，其特征在于，包括如下步骤:(1)冶炼工艺:采用常规方法熔炼，称取配方量的原料，除Cr、Nb、Mo和B外，其他均置于，1560~1700°C下熔炼至1/3时，放入配方量的Cr、Nb、Mo和B继续熔炼形成钢水； (2)钢水铸造成钢锭:钢锭模预热，注入钢水，保温5~6小时，使钢成分均匀化，脱模后缓慢冷却进行退火处理； (3)锻造或轧制成型材:将所得钢锭加热至100°C~1150°C并透烧完全始锻，850°C再次进行煅烧；(4)型材球化退火工艺:然后在830°C，升温速度60~80°C/小时，保温8个小时；随炉冷却至750°C，退火8小时，以清除锻造过程中产生的应力，最后随炉冷却至500~550°C，出炉空冷，表面精整。
8.根据权利要求7所述的热作模具钢材料的制作工艺，其特征在于，步骤(2)中的冷却速度≤250C /小时，冷却至500~550°C。
【文档编号】C22C38/32GK103911556SQ201410122841
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】李占春, 曲景春, 许民 申请人:江苏联峰能源装备有限公司