專利名稱：一種新型冷擠壓模具鋼及其熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型合金工具鋼，尤其涉及一種新型冷擠壓模具鋼及其熱處理工藝。
背景技術(shù)：
模壓成型已成為制造業(yè)，尤其家電、日用品的主要加工手段。模具的工作條件及對性能的要求千差萬別，因而針對不同服役條件選用不同的鋼類。模具用鋼的性能-價(jià)格比是衡量其經(jīng)濟(jì)效益的參數(shù)，冷擠壓模具除要求與其他冷作模相近的抗壓性(即硬度)之外，還要求盡可能高的強(qiáng)韌性。對于加工高強(qiáng)度材料同時(shí)又要求高壽命(盡可能大的沖壓件數(shù))的模具，還需要一定的抗疲勞強(qiáng)度。
以往用于冷擠壓模具的模具鋼材料一般采用國產(chǎn)模具鋼Cr8Mo2V1Si及相似的日本DC-53，奧地利K340鋼制作，這幾種合金的成分大致為C1.1％，Cr8.3％，Mo2.1％，Si0.9％，Mn0.4％，V0.5％。有些模具需要擠壓高強(qiáng)度的材料，又要求使用壽命長，此類鋼材由于炭硅含量高，淬火硬度為HRC57～59，如果用于300噸以上冷擠壓成型模，塑性、韌性不夠，易裂模，無法滿足上述要求。同時(shí)，該合金鋼含有比較高含量的Mo，現(xiàn)在由于國際市場上Mo缺乏，價(jià)格比較昂貴，因此生產(chǎn)合金的成本較高。
中國發(fā)明專利ZL02100041公開了一種高強(qiáng)韌性冷擠壓模具鋼成分范圍為C0.5～0.65％，Cr4.5～5.5％，Mo1.0～2.0％，W0.2～0.8％，V0.40～0.80％，Si0.30～0.60％，Mn≤0.40％，S.P≤0.30％，RE稀土元素≤0.30％，以上數(shù)字均為重量百分?jǐn)?shù)，余量為鐵。該發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于以淬火-回火狀態(tài)(HRC57～62，分兩個(gè)檔次)用于不銹鋼表帶元件、表殼等的冷擠壓模，模具比原用國產(chǎn)Cr12MoV的平均壽命有所提高。該合金的塑性和韌性不夠，對于大斷面工件要求高而均勻的機(jī)械性能時(shí)，該合金無法滿足要求。
中國發(fā)明專利(公開號為CN1166533)公開了一種新型無萊氏體高合金冷作模具鋼，其成分為C0.4～1.4％，Cr7.0～10.0％，Mo1.0～2.0％，V2.0～8.0％，由于碳含量低，故在鑄錠冷凝時(shí)不形成萊氏共晶，因而不存在碳化物偏析及粗大碳化物。經(jīng)過特定的熱處理(其中包括可控?zé)o內(nèi)氧化過飽和滲碳、低溫淬火及低溫回火)后心部硬度在HRC55左右，表層組織及硬度與著名的粉末冷作模具鋼V-4、V-10相當(dāng)。該合金鋼含有比較高含量的V，因此生產(chǎn)成本也較高。同時(shí)，對于大斷面工件要求高而均勻的機(jī)械性能時(shí)，該合金也無法滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的技術(shù)缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種代替Cr8Mo2V1Si，經(jīng)淬火后還具有足夠的韌性和耐磨性，可制作300噸以上、使用壽命長，生產(chǎn)成本低的新型冷擠壓模具鋼。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供上述新型冷擠壓模具鋼的熱處理工藝。
為了達(dá)到上述的第一個(gè)發(fā)明目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案一種新型冷擠壓模具鋼，按重量百分比計(jì)該模具鋼包括碳C0.75～10.5％，鉻Cr7.3～8.5％，鉬Mo1.2～2.0％，釩V0.3～0.9％，鎳Ni0.3～0.9％，鎢W0.3～1.3％，硅Si0.1～1.0％，錳Mn0.1～0.4％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
作為優(yōu)選，按重量百分比計(jì)該模具鋼包括碳C0.75～0.85％，鉻Cr7.3～8.3％，鉬Mo1.2～2.0％，釩V0.3～0.9％，鎳Ni0.3～0.9％，鎢W0.3～1.1％，硅Si0.1～0.4％，錳Mn0.1～0.4％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
作為最優(yōu)選，按重量百分比計(jì)該模具鋼包括碳C0.8％，鉻Cr7.8％，鉬Mo1.5％，釩V0.5％，鎳Ni0.6％，鎢W0.6％，硅Si0.2％，錳Mn0.2％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
作為優(yōu)選，該模具鋼還包括0.3％以下的鈮。
作為優(yōu)選，該模具鋼還包括0.3％以下的鈦。
作為優(yōu)選，該模具鋼還包括0.05％以下的稀土元素。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二個(gè)目的，本發(fā)明的新型冷擠壓模具鋼的熱處理工藝，包括以下步驟(1)、第一次預(yù)熱，預(yù)熱處理溫度在500～650℃，預(yù)熱處理時(shí)間為45～60分鐘；(2)、第二次預(yù)熱，預(yù)熱處理溫度在800～900℃，預(yù)熱處理時(shí)間為45～60分鐘；(3)、淬火加熱，淬火加熱溫度為1010～1050℃，采用油冷或者空冷或者鹽浴冷卻降溫到200～250℃熱清洗；(4)、回火，回火溫度為180～250℃，然后空冷至室溫。
作為優(yōu)選，步驟(3)中采用油冷冷卻，在溫度降到200～250℃熱清洗。
作為優(yōu)選，步驟(3)中采用鹽浴冷卻，在溫度降到450～500℃時(shí)分級保溫，然后降溫到200～250℃熱清洗。
作為優(yōu)選，回火冷卻以后再次進(jìn)行回火處理，然后空冷至室溫。
本發(fā)明主要組份范圍確定的理由如下碳，它與碳化物形成元素形成的各種碳化物是鋼獲得高溫強(qiáng)度的重要組織因素。適量的過剩碳化物可阻止晶粒長大，提高耐磨性。但碳含量過高，會使鋼材失去塑性，另外由于碳化物過多，分布不均勻，也會引起模具崩裂。本發(fā)明碳適宜的含量為0.75～1.05％。
硅，其目的是提高鋼的淬透性、回火穩(wěn)定性與基體強(qiáng)度，保證鋼的高溫強(qiáng)度、高溫硬度和熱穩(wěn)定性，但過量的硅會降低材料的塑性和韌性，本發(fā)明硅適宜的含量為0.1～1.0％。
錳，其目的是提高鋼的淬透性，同時(shí)消除硫存在的有害影響，本發(fā)明錳適宜的含量為0.1～0.4％。
鉻，主要作用是提高鋼的淬透性和抗氧化性，鉻是一種強(qiáng)烈的碳化物形成元素，它能與碳形成多種化合物，以及與鐵碳形成復(fù)合的化合物，但過高的鉻含量有損于鋼的高溫強(qiáng)度。本發(fā)明鉻適宜的含量為7.3～8.5％。
釩、鉬、鎢均為強(qiáng)碳化物形成元素。加入釩0.3～0.9％可以防止鋼的過熱敏感傾向，提高鋼的高溫硬度和高溫強(qiáng)度。加入鎢0.3～1.3％起到提高熱強(qiáng)性的作用，加入鉬Mo1.2～2.0％可以提高淬透性與熱強(qiáng)性。鎢、鉬的加入同時(shí)也減小了由于鎳的加入，而使材料產(chǎn)生回火脆性傾向。
鎳，是非碳化物形成元素，通過固溶強(qiáng)化方式來提高鋼的強(qiáng)度，同時(shí)對塑性也有改善。同時(shí)，加入鎳能降低鋼材的臨界淬火速度，因而對鋼材的淬透性大大提高。鋼材中鉻鎳共存，能大大提高鋼材的綜合機(jī)械性能。本發(fā)明鎳適宜的含量為0.3～0.9％。
鈮，它是比釩還強(qiáng)的碳化物形成元素。鋼中少量的鈮主要以碳化鈮的形式存在。可以阻止奧氏體晶粒長大，從而提高了韌性，改善了熱加工的工藝性能。本發(fā)明采用0.3％以下的鈮。
鈦，可改善耐磨性能。本發(fā)明采用0.3％以下的鈦。
稀土，對提高合金的抗氧化性能、有明顯的作用，另外，稀土對疲勞裂紋的擴(kuò)展，還有直接的改善。本發(fā)明采用0.05％以下的稀土元素。
本發(fā)明的硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，合金鋼的純度高，合金鋼的抗疲勞性能以及其他機(jī)械性能均十分優(yōu)良。
本發(fā)明合金鋼材料與國產(chǎn)模具鋼Cr8Mo2V1Si比，把碳、硅含量降低，鉬含量也相應(yīng)降低，增加少量的鎢和鎳，既增加了韌性和耐磨性，大大提高了淬透性和綜合機(jī)械性，特別是低溫的沖擊韌性相當(dāng)高，可制作精細(xì)模具、使用壽命長，又降低了生產(chǎn)成本。經(jīng)過幾年用戶的使用，該鋼是用于300噸位以上冷擠壓模具最理想材料，廣泛用于不銹鋼表坯及汽車氣門的冷擠壓模具。


圖1為本發(fā)明新型冷擠壓模具鋼熱處理工藝曲線圖。
圖2為本發(fā)明新型冷擠壓模具鋼回火曲線圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1一種新型冷擠壓模具鋼，按重量百分比計(jì)該模具鋼包括碳C0.8％，鉻Cr7.8％，鉬Mo1.5％，釩V0.5％，鎳Ni0.6％，鎢W0.6％，硅Si0.2％，錳Mn0.2％，鈮0.3％、鈦0.3％，稀土元素0.05％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
上述新型冷擠壓模具鋼熱處理工藝，可以采用以下步驟進(jìn)行(1)、第一次預(yù)加熱，溫度為600℃，預(yù)加熱時(shí)間為45分鐘；(2)、第二次預(yù)加熱，溫度為850℃，預(yù)加熱時(shí)間為45分鐘；(3)、淬火加熱，淬火加熱溫度為1010～1050℃，淬火時(shí)間為25+材料厚度/2(分鐘)，然后油冷至200～250℃熱清洗；(4)、第一次回火，回火溫度為200℃，回火時(shí)間為2小時(shí)，然后空冷至室溫；(5)、第二次回火，回火溫度為200℃，回火時(shí)間為2小時(shí)，然后空冷至室溫；(6)、第三次回火，回火溫度為200℃，回火時(shí)間為2小時(shí)，然后空冷至室溫。
實(shí)施例2一種新型冷擠壓模具鋼，按重量百分比計(jì)該模具鋼包括碳C0.75％，鉻Cr7.3％，鉬Mo1.2％，釩V0.3％，鎳Ni0.3％，鎢W0.4％，硅Si0.1％，錳Mn0.1％，鈮0.3％、鈦0.3％，稀土元素0.05％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
上述新型冷擠壓模具鋼熱處理工藝，可以采用以下步驟進(jìn)行(1)、第一次預(yù)加熱，溫度為600℃，預(yù)加熱時(shí)間為45分鐘；(2)、第二次預(yù)加熱，溫度為850℃，預(yù)加熱時(shí)間為45分鐘；(3)、淬火加熱，淬火加熱溫度為1010～1050℃，淬火時(shí)間為25+材料厚度/2(分鐘)，然后鹽浴冷卻，在溫度降到500℃時(shí)分級保溫，然后降溫到200～250℃熱清洗；(4)、第一次回火，回火溫度為200℃，回火時(shí)間為2小時(shí)，然后空冷至室溫；(5)、第二次回火，回火溫度為200℃，回火時(shí)間為2小時(shí)，然后空冷至室溫；(6)、第三次回火，回火溫度為200℃，回火時(shí)間為2小時(shí)，然后空冷至室溫。
實(shí)施例3一種新型冷擠壓模具鋼，按重量百分比計(jì)該模具鋼包括碳C0.85％，鉻Cr8.3％，鉬Mo2.0％，釩V0.9％，鎳Ni0.9％，鎢W1.1％，硅Si0.4％，錳Mn0.4％，鈮0.3％、鈦0.3％，稀土元素0.05％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
上述新型冷擠壓模具鋼熱處理工藝，可以采用以下步驟進(jìn)行(1)、第一次預(yù)加熱，溫度為600℃，預(yù)加熱時(shí)間為45分鐘；(2)、第二次預(yù)加熱，溫度為850℃，預(yù)加熱時(shí)間為45分鐘；(3)、淬火加熱，淬火加熱溫度為1010～1050℃，淬火時(shí)間為25+材料厚度/2(分鐘)，然后空冷；(4)、第一次回火，回火溫度為200℃，回火時(shí)間為2小時(shí)，然后空冷至室溫；(5)、第二次回火，回火溫度為200℃，回火時(shí)間為2小時(shí)，然后空冷至室溫；(6)、第三次回火，回火溫度為200℃，回火時(shí)間為2小時(shí)，然后空冷至室溫。
權(quán)利要求
1.一種新型冷擠壓模具鋼，其特征在于按重量百分比計(jì)該模具鋼包括碳C0.75～1.05％，鉻Cr7.3～8.5％，鉬Mo1.2～2.0％，釩V0.3～0.9％，鎳Ni0.3～0.9％，鎢W0.3～1.3％，硅Si0.1～1.0％，錳Mn0.1～0.4％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
2.如權(quán)利要求1所述的一種新型冷擠壓模具鋼，其特征在于按重量百分比計(jì)該模具鋼包括碳C0.75～0.85％，鉻Cr7.3～8.3％，鉬Mo1.2～2.0％，釩V0.3～0.9％，鎳Ni0.3～0.9％，鎢W0.3～1.1％，硅Si0.1～0.4％，錳Mn0.1～0.4％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
3.如權(quán)利要求1所述的一種新型冷擠壓模具鋼，其特征在于按重量百分比計(jì)該模具鋼包括碳C0.8％，鉻Cr7.8％，鉬Mo1.5％，釩V0.5％，鎳Ni0.6％，鎢W0.6％，硅Si0.2％，錳Mn0.2％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種新型冷擠壓模具鋼，其特征在于該模具鋼還包括0.3％以下的鈮。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種新型冷擠壓模具鋼，其特征在于該模具鋼還包括0.3％以下的鈦。
6.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種新型冷擠壓模具鋼，其特征在于該模具鋼還包括0.05％以下的稀土元素。
7.如權(quán)利要求1所述的新型冷擠壓模具鋼的熱處理工藝，其特征在于包括以下步驟(1)、第一次預(yù)熱，預(yù)熱處理溫度在500～650℃，預(yù)熱處理時(shí)間為45～60分鐘；(2)、第二次預(yù)熱，預(yù)熱處理溫度在800～900℃，預(yù)熱處理時(shí)間為45～60分鐘；(3)、淬火加熱，淬火加熱溫度為1010～1050℃，采用油冷或者空冷或者鹽浴冷卻降溫到200～250℃熱清洗；(4)、回火，回火溫度為180～250℃，然后空冷至室溫。
8.如權(quán)利要求7所述的新型模具鋼的熱處理工藝，其特征在于步驟(3)中采用油冷冷卻，在溫度降到200～250℃熱清洗。
9.如權(quán)利要求7所述的新型模具鋼的熱處理工藝，其特征在于步驟(3)中采用鹽浴冷卻，在溫度降到450～500℃時(shí)分級保溫，然后降溫到200～250℃熱清洗。
10.如權(quán)利要求7所述的新型冷擠壓模具鋼的熱處理工藝，其特征在于回火冷卻以后再次進(jìn)行回火處理，然后空冷至室溫。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型合金工具鋼，尤其涉及一種新型冷擠壓模具鋼及其熱處理工藝。一種新型冷擠壓模具鋼，按重量百分比計(jì)該模具鋼包括碳C0.75～10.5％，鉻Cr7.3～8.5％，鉬Mo1.2～2.0％，釩V0.3～0.9％，鎳Ni0.3～0.9％，鎢W0.3～1.3％，硅Si0.1～1.0％，錳Mn0.1～0.4％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。本發(fā)明合金鋼材料與國產(chǎn)模具鋼Cr8Mo2V1Si比，把碳、硅含量降低，鉬含量也相應(yīng)降低，增加少量的鎢和鎳，既增加了韌性和耐磨性，大大提高了淬透性和綜合機(jī)械性，特別是低溫的沖擊韌性相當(dāng)高，可制作精細(xì)模具、使用壽命長，又降低了生產(chǎn)成本。是用于300噸位以上冷擠壓模具最理想材料，廣泛用于不銹鋼表坯及汽車氣門的冷擠壓模具。本發(fā)明另外提供了該模具鋼的熱處理工藝。
文檔編號C21D1/18GK1824818SQ20061004926
公開日2006年8月30日 申請日期2006年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月25日
發(fā)明者周向儒, 趙春華, 廖德秀, 宋利秋 申請人:周向儒