專利名稱：一種新型高合金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，尤其涉及一種新型高合金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韌性。對于加工高強度材料同時又要求高壽命(盡可能大的沖壓件數(shù))的模具，還需要一定的抗疲勞強度。
現(xiàn)有用于冷作模具的鋼材料一般采用Cr12Mo1V1鋼材料制作，合金的成分為C1.4～1.6％，Si0.6％，Mn0.6％，Cr11～13％，Co1％，V1.1％，Mo0.7～1.2％，S≤0.03％，P≤0.03％。該合金在使用的時候，由于韌性和可加工性能不是很好，模具的承壓次數(shù)和模具的使用壽命也大大降低。
中國發(fā)明專利(公開號為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Cr12Mo1V1鋼一樣，都含有比較高含量的Mo，現(xiàn)在由于國際市場上Mo缺乏，價格比較昂貴，因此生產(chǎn)合金的成本較高。
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)成本大大提高。
中國發(fā)明專利ZL02100041公開了一種高強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)點在于以淬火-回火狀態(tài)(HRC57-62，分兩個檔次)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)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的合金鋼的韌性、耐磨性和可加工性能不好，生產(chǎn)成本高的技術(shù)缺陷。本發(fā)明的目的是提供一種經(jīng)淬火后還具有足夠的韌性和耐磨性，淬透性好，可制作精細(xì)模具、使用壽命長，生產(chǎn)成本低的新型高合金模具鋼。
本發(fā)明的第二個目的是提供上述新型高合金模具鋼的熱處理工藝。
為了達(dá)到上述的第一個發(fā)明目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案一種新型高合金模具鋼，按重量百分比計該模具鋼包括碳C1.15～1.4％，鉻Cr10.8～12.3％，鉬Mo0.3～0.8％，釩V0.3～0.8％，鎳Ni0.1～0.3％，鎢W0.2～1.0％，硅Si0.1～0.4％，錳Mn0.1～0.4％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
作為優(yōu)選，按重量百分比計該模具鋼包括碳C1.25～1.35％，鉻Cr11.3～12.0％，鉬Mo0.4～0.6％，釩V0.4～0.6％，鎳Ni0.1～0.3％，鎢W0.3～0.8％，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，按重量百分比計該模具鋼包括碳C1.3％，鉻Cr11.5％，鉬Mo0.5％，釩V0.5％，鎳Ni0.2％，鎢W0.5％，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。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的第二個目的，本發(fā)明的新型高合金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)加熱時間為30～60分鐘；(2)、第二次預(yù)加熱，二次預(yù)加熱溫度為800～900℃，預(yù)加熱時間為30～60分鐘；(3)、淬火加熱，淬火加熱溫度為980～1020℃，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(2)中采用油冷冷卻，油冷中分級保溫，保溫溫度為200～250℃。
作為優(yōu)選，步驟(2)中采用鹽浴冷卻冷卻，鹽浴冷卻中分級保溫，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1.15～1.4％。
硅，其目的是提高鋼的淬透性、回火穩(wěn)定性與基體強度，保證鋼的高溫強度、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度。本發(fā)明鉻適宜的含量為10.8～12.3％。
釩、鉬、鎢均為強碳化物形成元素。加入釩0.3～0.8％可以防止鋼的過熱敏感傾向，提高鋼的高溫硬度和高溫強度。加入鉬Mo0.3～0.8％可以提高淬透性與熱強性。加入鎢0.2～1.0％起到提高熱強性的作用。
鎳，是非碳化物形成元素，通過固溶強化方式來提高鋼的強度，對塑性和韌性也有改善。同時，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0.1～0.3％。
鈮，它是比釩還強的碳化物形成元素。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)明合金鋼材料以鎢代鉬，降低了合金鋼的生產(chǎn)成本。同時，少量的鎢加入鋼中形成碳化鎢，使鋼具有更高的耐磨性。加少量的鎳在淬火時硬度不會受到影響，而使鋼的淬透性、耐磨性和韌性大大提高，在相同純凈度和相等晶粒度下，鋼的綜合機(jī)械性能提高30％以上，可制作精細(xì)模具、使用壽命長，是一種更經(jīng)濟(jì)、更適用，對全面提高冷作模具鋼整體性能起著主要作用的新型鋼種，是用于壓制表殼、表帶的理想模具材料。


圖1為本發(fā)明新型高合金模具鋼熱處理工藝曲線圖。
圖2為本發(fā)明新型高合金模具鋼回火曲線圖。
具體實施例方式
實施例1一種新型高合金模具鋼，按重量百分比計該模具鋼包括碳C1.3％，鉻Cr11.5％，鉬Mo0.5％，釩V0.5％，鎳Ni0.2％，鎢W0.5％，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。
上述新型高合金模具鋼熱處理工藝，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)加熱時間為45分鐘；(3)、淬火加熱，淬火加熱溫度為980～1020℃，淬火時間為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℃，回火時間為2.5小時，然后空冷至室溫；(5)、第二次回火，回火溫度為200～220℃，回火時間為2.5小時，然后空冷至室溫。
實施例2一種新型高合金模具鋼，按重量百分比計該模具鋼包括碳C1.25％，鉻Cr11.3％，鉬Mo0.4％，釩V0.4％，鎳Ni0.1％，鎢W0.3％，硅Si0.1％，錳Mn0.1％，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。
上述新型高合金模具鋼熱處理工藝，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)加熱時間為45分鐘；(3)、淬火加熱，淬火加熱溫度為980～1020℃，淬火時間為25+材料厚度/2(分鐘)，然后采用鹽浴冷卻，鹽浴冷卻中分級保溫，保溫溫度為400～450℃，然后冷卻至室溫；(4)、第一次回火，回火溫度為200～220℃，回火時間為2.5小時，然后空冷至室溫；(5)、第二次回火，回火溫度為200～220℃，回火時間為2.5小時，然后空冷至室溫。
實施例3一種新型高合金模具鋼，按重量百分比計該模具鋼包括碳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％，稀土元素0.05％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
上述新型高合金模具鋼熱處理工藝，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)加熱時間為45分鐘；(3)、淬火加熱，淬火加熱溫度為980～1020℃，淬火時間為25+材料厚度/2(分鐘)，然后采用油冷冷卻，油冷中分級保溫，保溫溫度為200～250℃；(4)、第一次回火，回火溫度為200～220℃，回火時間為2.5小時，然后空冷至室溫；(5)、第二次回火，回火溫度為200～220℃，回火時間為2.5小時，然后空冷至室溫。
權(quán)利要求
1.一種新型高合金模具鋼，其特征在于按重量百分比計該模具鋼包括碳C1.15～1.4％，鉻Cr10.8～12.3％，鉬Mo0.3～0.8％，釩V0.3～0.8％，鎳Ni0.1～0.3％，鎢W0.2～1.0％，硅Si0.1～0.4％，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所述的一種新型高合金模具鋼，其特征在于按重量百分比計該模具鋼包括碳C1.25～1.35％，鉻Cr11.3～12.0％，鉬Mo0.4～0.6％，釩V0.4～0.6％，鎳Ni0.1～0.3％，鎢W0.3～0.8％，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所述的一種新型高合金模具鋼，其特征在于按重量百分比計該模具鋼包括碳C1.3％，鉻Cr11.5％，鉬Mo0.5％，釩V0.5％，鎳Ni0.2％，鎢W0.5％，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所述的一種新型高合金模具鋼，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所述的一種新型高合金模具鋼，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所述的一種新型高合金模具鋼，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所述的新型高合金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)加熱時間為30～60分鐘；(3)、淬火加熱，淬火加熱溫度為980～1020℃，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(2)中采用油冷冷卻，油冷中分級保溫，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(2)中采用鹽浴冷卻，鹽浴冷卻中分級保溫，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，尤其涉及一種新型高合金模具鋼及其熱處理工藝。一種新型高合金模具鋼，按重量百分比計該模具鋼包括碳C1.15～1.4％，鉻Cr10.8～12.3％，鉬Mo0.3～0.8％，釩V0.3～0.8％，鎳Ni0.1～0.3％，鎢W0.2～1.0％，硅Si0.1～0.4％，錳Mn0.1～0.4％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。本發(fā)明合金鋼材料以鎢代鉬，降低了生產(chǎn)成本。同時，少量的鎢加入鋼中使鋼具有更高的耐磨性。加少量的鎳使鋼的淬透性、耐磨性和韌性大大提高，鋼的綜合機(jī)械性能提高30％以上，可制作精細(xì)模具、使用壽命長，是一種更經(jīng)濟(jì)、更適用，對全面提高冷作模具鋼整體性能起著主要作用的新型鋼種，是用于壓制表殼、表帶的理想模具材料。本發(fā)明另外提供了該模具鋼的熱處理工藝。
文檔編號C22C38/48GK1824819SQ20061004928
公開日2006年8月30日 申請日期2006年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月8日
發(fā)明者周向儒, 趙春華, 廖德秀, 宋利秋 申請人:周向儒