專利名稱：一種新型鉻鋼系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，尤其涉及一種新型鉻鋼系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(duì)性能的要求千差萬別，因而針對(duì)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(duì)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，則尤其要求抗疲勞強(qiáng)度，疲勞裂紋發(fā)源于鋼中暴露于表面的微小缺陷，在反復(fù)應(yīng)力作用下，逐漸擴(kuò)展，到一定長度即導(dǎo)致模具失效。
現(xiàn)有用于高粘度材料沖壓模和精密沖壓模的模具鋼材料一般采用國產(chǎn)模具鋼Cr8Mo2V1Si制作，合金的成分為C1.1％，Cr8.3％，Mo2.1％，Si0.9％，Mn0.4％，V0.5％。該合金鋼制造的模具使用的時(shí)候線條不夠清晰、飽滿，精細(xì)程度不能滿足生產(chǎn)高檔產(chǎn)品的要求。同時(shí)在模具使用的時(shí)候，由于韌性和耐磨性能不夠，模具的承壓次數(shù)和模具的使用壽命不是很理想。同時(shí)，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)合金的成本也大大升高。
中國發(fā)明專利(公開號(hào)為CN1116661)公開了一種微變形空硬工具鋼，其特征是含碳C1.00～1.10％，含錳Mn0.60～0.80％，含硅Si0.50～0.70％，含鉻Cr3.70～4.20％，含鉬Mo0.80～1.00％，含釩V0.40～0.50％，含硫S＜0.02％，含磷P＜0.02％，其余為鐵Fe的含量。熱處理變形極微，退火硬度HB200～220，空淬硬度HRC58～62，淬透性高，可廣泛替代油淬工、模具鋼，用于輕切削及慢速的細(xì)、長、薄的切削工具，冷作模具、樣板及軋輥等，工具及模具制作過程簡化，使用壽命高。但該工具鋼與Cr8Mo2V1Si鋼一樣，都含有比較高含量的Mo。
中國發(fā)明專利(公開號(hào)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)。該合金鋼同樣含有比較高含量的Mo、V，因此生產(chǎn)成本也較高。
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)(HRC 57-62，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平均使用壽命有所提高。但該合金鋼同樣含有比較高含量的Mo，因此生產(chǎn)成本也較高。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決Cr8Mo2V1Si制造的模具使用的時(shí)候線條不夠精細(xì)、模具使用壽命短，特別是生產(chǎn)成本高的缺陷。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，可制作精細(xì)模具、使用壽命長，生產(chǎn)成本低的新型鉻鋼系模具鋼。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供上述新型鉻鋼系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)方案一種新型鉻鋼系模具鋼，按重量百分比計(jì)該模具鋼包括碳C1.2～1.5％，鉻Cr11～12.5％，鉬Mo0.3～0.8％，釩V0.3～0.8％，鎳Ni0.1～0.3％，鎢W0.3～1.0％，硅Si0.1～0.4％，錳Mn0.1～0.4％，鈷Co0.3～2％，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C1.25～1.35％，鉻Cr11.3～12％，鉬Mo0.4～0.6％，釩V0.4～0.6％，鎳Ni0.1～0.3％，鎢W0.4～0.6％，硅Si0.1～0.4％，錳Mn0.1～0.4％，鈷Co0.4～0.6％，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C1.3％，鉻Cr11.5％，鉬Mo05％，釩V0.5％，鎳Ni0.2％，鎢W0.5％，硅Si0.2％，錳Mn0.2％，鈷Co0.5％，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)明的新型鉻鋼系模具鋼的熱處理工藝，包括以下步驟(1)、第一次預(yù)加熱，預(yù)加熱溫度為550～650℃，預(yù)加熱時(shí)間為30～60分鐘；(2)、第二次預(yù)加熱，第二次預(yù)加熱溫度為800～900℃，預(yù)加熱時(shí)間為30～60分鐘；
(3)、淬火加熱，淬火加熱溫度為1000～1040℃，采用油冷或者空冷或者鹽浴冷卻；(4)、回火，回火溫度為200～220℃，然后空冷至室溫。
作為優(yōu)選，步驟(3)中采用油冷冷卻，油冷中分級(jí)保溫，保溫溫度為200～250℃。
作為優(yōu)選，步驟(3)中采用鹽浴冷卻冷卻，鹽浴冷卻中分級(jí)保溫，保溫溫度為400～450℃。
作為優(yōu)選，回火冷卻以后再次進(jìn)行回火處理。
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(huì)使鋼材失去塑性，另外由于碳化物過多，分布不均勻，也會(huì)引起模具崩裂。本發(fā)明碳適宜的含量為1.2～1.5％。
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，本發(fā)明硅適宜的含量為0.1～0.4％。
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11～12.5％。
釩、鉬、鎢均為強(qiáng)碳化物形成元素。加入釩0.3～0.g％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。加入鉬Mo0.3～0.8％可以提高淬透性與熱強(qiáng)性。加入鎢0.3～1.0％起到提高熱強(qiáng)性的作用。
鈷，是非碳化物形成元素。主要提高合金鋼的高溫強(qiáng)度，提高鋼的熱硬性和可加工性。但過高的鈷含量將影響本發(fā)明的經(jīng)濟(jì)性。本發(fā)明鈷適宜的含量為0.3～2.0％。
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(duì)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(duì)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0.1～0.2％。
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?？梢宰柚箠W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(duì)提高合金的抗氧化性能、有明顯的作用，另外，稀土對(duì)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，以鉻代替了大量的鉬，節(jié)省了鉬的使用量，大大降低了合金鋼的生產(chǎn)成本；加入少量的鎳、鎢提高了鋼材的淬透性、韌性和耐磨性；加入非碳化物元素鈷，具有強(qiáng)化基本的功能，提高了合金鋼的熱硬性和加工性能。因此該合金鋼加工性能好、易鍛造，淬透性好，淬火穩(wěn)定性極佳，韌性、耐磨性均優(yōu)于國產(chǎn)模具鋼Cr8Mo2V1Si，而材料成本降低5000元/噸，是一種用于制作大批量連續(xù)沖壓的模具材料，韌性特佳，特別適用于制作高粘度材料沖壓模和精密沖壓模。


圖1為本發(fā)明新型鉻鋼系模具鋼熱處理工藝曲線圖。
圖2為本發(fā)明新型鉻鋼系模具鋼回火曲線圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1一種新型鉻鋼系模具鋼，按重量百分比計(jì)該模具鋼包括碳C1.3％，鉻Cr11.5％，鉬Mo05％，釩V0.5％，鎳Ni0.2％，鎢W0.5％，硅Si0.2％，錳Mn0.2％，鈷Co0.5％，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。
上述新型鉻鋼系模具鋼熱處理工藝，可以采用以下步驟進(jìn)行(1)、第一次預(yù)加熱，預(yù)加熱溫度為550～650℃，預(yù)加熱時(shí)間為60分鐘；(2)、第二次預(yù)加熱，二次預(yù)加熱溫度為800～900℃，預(yù)加熱時(shí)間為45分鐘；(3)、淬火加熱，淬火加熱溫度為1000～1040℃，淬火時(shí)間為25+材料厚度/2(分鐘)，然后采用鹽浴冷卻；鹽浴冷卻中分級(jí)保溫，保溫溫度為400～450℃，然后冷卻至室溫；(5)、第一次回火，回火溫度為200～220℃，回火時(shí)間為2.5小時(shí)，然后空冷至室溫；(6)、第二次回火，回火溫度為200～220℃，回火時(shí)間為2.5小時(shí)，然后空冷至室溫。
實(shí)施例2一種新型鉻鋼系模具鋼，按重量百分比計(jì)該模具鋼包括碳C1.25％，鉻Cr11.3％，鉬Mo0.4％，釩V0.4％，鎳Ni0.1％，鎢W0.3％，硅Si0.1％，錳Mn0.1％，鈷Co0.4％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
(1)、第一次預(yù)加熱，預(yù)加熱溫度為550～650℃，預(yù)加熱時(shí)間為60分鐘；(2)、第二次預(yù)加熱，二次預(yù)加熱溫度為800～900℃，預(yù)加熱時(shí)間為45分鐘；(3)、淬火加熱，淬火加熱溫度為1000～1040℃，淬火時(shí)間為25+材料厚度/2(分鐘)，然后空冷至室溫；(4)、第一次回火，回火溫度為200～220℃，回火時(shí)間為2.5小時(shí)，然后空冷至室溫；(5)、第二次回火，回火溫度為200～220℃，回火時(shí)間為2.5小時(shí)，然后空冷至室溫。
實(shí)施例3一種新型鉻鋼系模具鋼，按重量百分比計(jì)該模具鋼包括碳C1.35％，鉻Cr12.0％，鉬Mo0.6％，釩V0.6％，鎳Ni0.3％，鎢W0.8％，硅Si0.4％，錳Mn0.4％，鈮0.3％、鈦0.3％，鈷Co0.6％，稀土元素0.05％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
上述新型鉻鋼系模具鋼熱處理工藝，可以采用以下步驟進(jìn)行(1)、第一次預(yù)加熱，預(yù)加熱溫度為550～650℃，預(yù)加熱時(shí)間為60分鐘；(2)、第二次預(yù)加熱，二次預(yù)加熱溫度為800～900℃，預(yù)加熱時(shí)間為45分鐘；
(3)、淬火加熱，淬火加熱溫度為1000～1040℃，淬火時(shí)間為25+材料厚度/2(分鐘)，然后采用油冷冷卻，油冷中分級(jí)保溫，保溫溫度為200～250℃。
(5)、第一次回火，回火溫度為200～220℃，回火時(shí)間為2.5小時(shí)，然后空冷至室溫；(6)、第二次回火，回火溫度為200～220℃，回火時(shí)間為2.5小時(shí)，然后空冷至室溫。
權(quán)利要求
1.一種新型鉻鋼系模具鋼，其特征在于按重量百分比計(jì)該模具鋼包括碳C1.2～1.5％，鉻Cr11～12.5％，鉬Mo0.3～0.8％，釩V0.3～0.8％，鎳Ni0.1～0.3％，鎢W0.3～1.0％，硅Si0.1～0.4％，錳Mn0.1～0.4％，鈷Co0.3～2％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
2.如權(quán)利要求1所述的一種新型鉻鋼系模具鋼，其特征在于按重量百分比計(jì)該模具鋼包括碳C1.25～1.35％，鉻Cr11.3～12％，鉬Mo0.4～0.6％，釩V0.4～0.6％，鎳Ni0.1～0.3％，鎢W0.4～0.6％，硅Si0.1～0.4％，錳Mn0.1～0.4％，鈷Co0.4～0.6％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
3.如權(quán)利要求1所述的一種新型鉻鋼系模具鋼，其特征在于按重量百分比計(jì)該模具鋼包括碳C1.3％，鉻Cr11.5％，鉬Mo05％，釩V0.5％，鎳Ni0.2％，鎢W0.5％，硅Si0.2％，錳Mn0.2％，鈷Co0.5％，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所述的一種新型鉻鋼系模具鋼，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所述的一種新型鉻鋼系模具鋼，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所述的一種新型鉻鋼系模具鋼，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所述的新型鉻鋼系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)加熱，預(yù)加熱溫度為550～650℃，預(yù)加熱時(shí)間為30～60分鐘；(2)、第二次預(yù)加熱，第二次預(yù)加熱溫度為800～900℃，預(yù)加熱時(shí)間為30～60分鐘；(3)、淬火加熱，淬火加熱溫度為1000～1040℃，采用油冷或者空冷或者鹽浴冷卻；(4)、回火，回火溫度為200～220℃，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，油冷中分級(jí)保溫，保溫溫度為200～250℃。
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，鹽浴冷卻中分級(jí)保溫，保溫溫度為400～450℃。
10.如權(quán)利要求7所述的新型高合金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。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型合金工具鋼，尤其涉及一種新型鉻鋼系模具鋼及其熱處理工藝。一種新型鉻鋼系模具鋼，按重量百分比計(jì)該模具鋼包括碳C1.2～1.5％，鉻Cr11～12.5％，鉬Mo0.3～0.8％，釩V0.3～0.8％，鎳Ni0.1～0.3％，鎢W0.3～1.0％，硅Si0.1～0.4％，錳Mn0.1～0.4％，鈷Co0.3～2％，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，以鉻代替了大量的鉬，降低了合金鋼的生產(chǎn)成本；合金鋼加工性能好、易鍛造，淬透性好，淬火穩(wěn)定性極佳，韌性、耐磨性均優(yōu)于國產(chǎn)模具鋼Cr8Mo2V1Si，而材料成本降低5000元/噸，是一種用于制作大批量連續(xù)沖壓的模具材料，韌性特佳，特別適用于制作高粘度材料沖壓模和精密沖壓模。本發(fā)明另外提供了該模具鋼的熱處理工藝。
文檔編號(hào)C21D1/56GK1824823SQ20061004926
公開日2006年8月30日 申請(qǐng)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(qǐng)人:周向儒