一种冷热作兼用高韧性模具钢及其制备方法与流程

1.本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种冷热作兼用高韧性模具钢及其制备方法。


背景技术：

2.模具为现代工业之母，而工模具特殊钢材料是模具制造业的基石。随着我国工业的发展，模具钢的需求量迅速增加。在机械行业诸多产品中，模具被列为重点发展的产业，极大的促进了模具工业的发展。伴随着高端制造业以及新兴制造业的兴起，传统功能性比较单一的冷作模具钢、热作模具钢、塑胶模具钢、刀具用高速钢材料等，已经不能满足制造业对新材料的需求，高性价比冷热作兼用的高韧性模具材料开发显得尤其重要。冷作钢碳高铬高，耐磨性突出但是韧性差，热作模具钢碳低合金低韧性好热疲劳性能高但是耐磨性不足，对于一些使用环境温度高的应用场景，材料红硬性差。
3.例如中国专利公开号cn1 11593257公开了一种高韧性、高热稳定性热作模具钢及其制备方法，其制备工艺同时采用电炉冶炼、钢包精炼炉精炼、真空精炼炉精炼、电极胚浇筑、保护气氛电渣炉重熔、锻造、超细化处理、球形退火生产工艺。该方法制备得到高韧性、高热稳定性热作模具钢。中国专利公开号cn1 14540699公开了一种高性能热作模具及其制备方法，采用低碳、低硅高钼并复合镍合金的成分，其制备工艺同时采用电炉冶炼、钢包精炼炉精炼、真空精炼炉精炼、惰性气体保护电极坯浇铸、保护气氛恒熔速电渣炉重熔、高温均质化处理、多向锻造、锻后预处理、超细化处理生产工艺。上述方法制备得到的高性能的热作模具钢。
4.上述专利技术方案中制备的模具钢不能满足制造业对新材料的需求，高性价比冷热作兼用的高韧性模具材料开发显得尤其重要。


技术实现要素：

5.本发明为克服以上现有技术问题，公开了一种冷热作兼用高韧性模具钢及其制备方法。本发明模具钢既能满足冷作模具用高耐磨性要求，同时能够实现在400～550℃的工作环境下依然能够保持硬度、强度及红硬性。
6.为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
7.一种冷热作兼用高韧性模具钢的制备方法，所述方法依次包括冶炼钢水、脱氧、精炼、真空脱气、浇铸成锭和后处理的步骤；
8.所述冶炼钢水步骤得到的钢水化学组成及其质量分数为：
9.碳0.89～0.98wt％、钨1.15～1.45wt％、钼5.50～6.00wt％、铬4.40～4.90wt％、钒1.60～1.70wt％、硅0.20～0.60wt％、锰0.20～0.45wt％、磷≤0.028wt％、硫≤0.01wt％、钴1.75～2.25wt％和余量为铁及不可避免的杂质。
10.作为优选，所述脱氧步骤为在钢水中加入铝进行脱氧。
11.作为优选，所述铝的添加量为钢水的0.1～0.2wt％；
12.作为优选，所述铝的添加量为钢水的0.15wt％。
13.作为优选，所述精炼过程为将钢水转入精炼炉中，加入渣料石灰、萤石、硅铁粉及碳粉直至渣色变白。
14.作为优选，所述真空脱气过程为将钢水送入vd炉中，在66.7pa压力下保压≥20min，氩气压力为0.2～0.4mpa，vd炉吊包温度控制在1580～1610℃。作为优选，所述后处理依次包括退火和锻造轧制成材的步骤。
15.作为优选，所述退火过程为先控制温度在750℃保温1h，然后升温至800-840℃保温≥4h，再降温至640～660℃保温4h，最后以20℃/h的降温速度降温至300℃出炉。
16.一种根据上述方法制备得到的冷热作兼用高韧性模具钢。
17.本发明具有以下有益效果：
18.本发明通过成分设计，依据谈饱和度、钨钼当量配比以及钒碳比，在冷作钢的基础上把碳含量从1.2％降低到0.9％左右保证热处理硬度的前提下提升韧性，同时在冷作钢的基础上加入1.2％左右的钨和1.9％左右的钴得到一定的红硬性，同时把钒提升到1.65％左右的水平保证耐磨性。
具体实施方式
19.以下结合具体实施例对本发明作进一步清楚详细的描述说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出穿造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
20.如无特别说明，本发明实施例所用的原料为市售或本领域技术人员可获得的原料；如无特殊说明，本发明实施例所用的方法均为本领域技术人员所掌握的方法。
21.实施例1
22.一种冷热作兼用高韧性模具钢的制备方法，包括以下步骤：
23.1)冶炼钢水：按照钢水以下化学成分和质量配比：碳0.9wt％、钨1.2wt％、钼5.5wt％、铬4.80wt％、钒1.65wt％、硅0.30wt％、锰0.30wt％、磷0.02wt％、硫0.01wt％、钴1.9wt％和余量为铁及不可避免的杂质，将炉料加入炉内进行冶炼成钢水，冶炼钢水过程中待炉料熔化85％后，加入渣料覆盖炉料。
24.2)脱氧：将上述钢水转入钢包中，加入钢水总量0.15wt％的铝进行脱氧。
25.3)精炼：将钢水转入精炼炉中，加入渣料石灰、萤石、硅铁粉及碳粉直至渣色变白。
26.4)真空脱气：将精炼后的钢水送入vd炉内进行真空脱气，真空脱气过程为将钢水送入vd炉中，在66.7pa压力下保压20min，氩气压力为0.3mpa，vd炉吊包温度控制在1600℃。
27.5)浇铸成锭：将上述钢水浇铸成钢锭。
28.6)后处理：将钢锭进行退火，退火过程为先控制温度在750℃保温1h，然后升温至820℃保温4h，再降温至650℃保温4h，最后以20℃/h的降温速度降温至300℃出炉，最后然后经过锻造轧制成材。
29.本实施例钢种经过热处理后硬度65hrc，而常规冷作模具钢淬火硬度54-61hrc，常规热作模具钢淬火硬度40-55hrc，同时抗弯强度在4000mp，在500℃使用时硬度能够保持在
58hrc。
30.实施例2
31.一种冷热作兼用高韧性模具钢的制备方法，包括以下步骤：
32.1)冶炼钢水：按照钢水以下化学成分和质量配比：碳0.89～0.98wt％、钨1.15～1.45wt％、钼5.50～6.00wt％、铬4.40～4.90wt％、钒1.60～1.70wt％、硅0.20～0.60wt％、锰0.20～0.45wt％、磷≤0.028wt％、硫≤0.01wt％、钴1.75～2.25wt％和余量为铁及不可避免的杂质，将炉料加入炉内进行冶炼成钢水，冶炼钢水过程中待炉料熔化80-90％后，加入渣料覆盖炉料。
33.2)脱氧：将上述钢水转入钢包中，加入钢水总量0.1-0.2wt％的铝进行脱氧。
34.3)精炼：将钢水转入精炼炉中，加入渣料石灰、萤石、硅铁粉及碳粉直至渣色变白。
35.4)真空脱气：将精炼后的钢水送入vd炉内进行真空脱气，真空脱气过程为将钢水送入vd炉中，在66.7pa压力下保压≥20min，氩气压力为0.2～0.4mpa，vd炉吊包温度控制在1580～1610℃。
36.5)浇铸成锭：将上述钢水浇铸成钢锭。
37.6)后处理：将钢锭进行退火，退火过程为先控制温度在750℃保温1h，然后升温至800-840℃保温≥4h，再降温至640～660℃保温4h，最后以20℃/h的降温速度降温至300℃出炉，最后然后经过锻造轧制成材。
38.该钢种经过热处理后硬度64hrc，抗弯强度在3500mp，在500℃使用时硬度能够保持在57hrc。
39.实施例3
40.一种冷热作兼用高韧性模具钢的制备方法，包括以下步骤：
41.1)冶炼钢水：按照钢水以下化学成分和质量配比：碳0.98wt％、钨1.45wt％、钼6.00wt％、铬4.90wt％、钒1.70wt％、硅0.60wt％、锰0.45wt％、磷0.028wt％、硫0.01wt％、钴2.25wt％和余量为铁及不可避免的杂质，将炉料加入炉内进行冶炼成钢水，冶炼钢水过程中待炉料熔化90％后，加入渣料覆盖炉料。
42.2)脱氧：将上述钢水转入钢包中，加入钢水总量0.2wt％的铝进行脱氧。
43.3)精炼：将钢水转入精炼炉中，加入渣料石灰、萤石、硅铁粉及碳粉直至渣色变白。
44.4)真空脱气：将精炼后的钢水送入vd炉内进行真空脱气，真空脱气过程为将钢水送入vd炉中，在66.7pa压力下保压20min，氩气压力为0.4mpa，vd炉吊包温度控制在1610℃。
45.5)浇铸成锭：将上述钢水浇铸成钢锭。
46.6)后处理：将钢锭进行退火，退火过程为先控制温度在750℃保温1h，然后升温至840℃保温5h，再降温至660℃保温4h，最后以20℃/h的降温速度降温至300℃出炉，最后然后经过锻造轧制成材。
47.该钢种经过热处理后硬度63hrc，抗弯强度在3000mp，在500℃使用时硬度能够保持在56hrc。
48.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限制的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里描述的实施例。

技术特征：
1.一种冷热作兼用高韧性模具钢的制备方法，其特征在于，所述方法依次包括冶炼钢水、脱氧、精炼、真空脱气、浇铸成锭和后处理的步骤；所述冶炼钢水步骤得到的钢水化学组成及其质量分数为：碳0.89～0.98wt％、钨1.15～1.45wt％、钼5.50～6.00wt％、铬4.40～4.90wt％、钒1.60～1.70wt％、硅0.20～0.60wt％、锰0.20～0.45wt％、磷≤0.028wt％、硫≤0.01wt％、钴1.75～2.25wt％和余量为铁及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的一种冷热作兼用高韧性模具钢的制备方法，其特征在于，所述脱氧步骤为在钢水中加入铝进行脱氧。3.根据权利要求2所述的一种冷热作兼用高韧性模具钢的制备方法，其特征在于，所述铝的添加量为钢水的0.1～0.2wt％；优选铝的添加量为钢水的0.15wt％。4.根据权利要求1所述的一种冷热作兼用高韧性模具钢的制备方法，其特征在于，所述精炼过程为将钢水转入精炼炉中，加入渣料石灰、萤石、硅铁粉及碳粉直至渣色变白。5.根据权利要求1所述的一种冷热作兼用高韧性模具钢的制备方法，其特征在于，所述真空脱气过程为将钢水送入vd炉中，在66.7pa压力下保压≥20min，氩气压力为0.2～0.4mpa，vd炉吊包温度控制在1580～1610℃。6.根据权利要求1所述的一种冷热作兼用高韧性模具钢的制备方法，其特征在于，所述后处理依次包括退火和锻造轧制成材的步骤。7.根据权利要求6所述的一种冷热作兼用高韧性模具钢的制备方法，其特征在于，所述退火过程为先控制温度在750℃保温1h，然后升温至800-840℃保温≥4h，再降温至640～660℃保温4h，最后以20℃/h的降温速度降温至300℃出炉。8.一种如权利要求1-7任一权利要求所述的冷热作兼用高韧性模具钢的制备方法得到模具钢。

技术总结
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种冷热作兼用高韧性模具钢及其制备方法。所述方法依次包括冶炼钢水、脱氧、精炼、真空脱气、浇铸成锭和后处理的步骤，所述冶炼钢水步骤得到的钢水化学组成及其质量分数为：碳0.89～0.98wt％、钨1.15～1.45wt％、钼5.50～6.00wt％、铬4.40～4.90wt％、钒1.60～1.70wt％、硅0.20～0.60wt％、锰0.20～0.45wt％、磷≤0.028wt％、硫≤0.01wt％、钴1.75～2.25wt％和余量为铁及不可避免的杂质。本发明模具钢既能满足冷作模具用高耐磨性要求，同时能够实现在400～550℃的工作环境下依然能够保持硬度、强度及红硬性。强度及红硬性。


技术研发人员：卢逸夫 程兴磊 卢建东 卢建锋 田森勇 卢定波 谢伟强 羊志勇 李旭珍 夏明芬
受保护的技术使用者：浙江精瑞工模具有限公司
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/7/7