專利名稱：一種新型鉻系熱作模具鋼及其熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種熱作模具鋼，特別是涉及一種用大量使用鉻Cr，減少使用鉬Mo、 釩V的熱作模具鋼及其熱處理工藝。
背景技術(shù)：
熱作模具鋼要求材料具有高的淬透性、高的高溫強(qiáng)度、高的耐磨性、高的韌度、高的抗熱裂能力和高的耐熔損性能等。在美國,熱作模具鋼分為三種鉻熱作模具鋼、鎢熱作模具鋼和鉬熱作模具鋼,都冠以H字母,分別表示為H10 H19、 H21 H26和H42、 H43 等。其中前兩種鋼的含碳量在(0.30 0.50)%范圍,后種鋼的含碳量在(0.50 0.70) %范圍內(nèi)， 三種鋼的Cr、 W、 Mo和V合金元素的總含量在(6 25)%范圍。H13鋼是使用最廣泛和 最具代表性的熱作模具鋼種，它的主要特性是U)具有高的淬透性和高的韌性；(2)優(yōu) 良的抗熱裂能力，在工作場合可予以水冷；(3)具有中等耐磨損能力，還可以釆用滲碳 或滲氮工藝來提高其表面硬度，但要略為降低抗熱裂能力；(4)因其含碳量較低，回火 中二次硬化能力較差；(5)在較高溫度下具有抗軟化能力，但使用溫度高于54(TC (1000 下)硬度出現(xiàn)迅速下降(即能耐的工作溫度為54(TC); (6)熱處理的變形?。?7)中等 和高的切削加工性；(8)中等抗脫碳能力。更為令人注意的是,它還可用于制作航空工業(yè) 上的重要構(gòu)件。H13鋼是C-Cr-Mo-Si-V型鋼,在世界上的應(yīng)用極其普遍,同時各國許多學(xué)者對它進(jìn)行 了廣泛的研究，并在探究化學(xué)成分的改進(jìn)。鋼的應(yīng)用廣泛和具有優(yōu)良的特性，主要由鋼的化 學(xué)成分決定的。當(dāng)然鋼中雜質(zhì)元素必須降低,有資料表明,當(dāng)Rm在1550MPa時，材料含硫 量由0.005%降到0.03%,會使沖擊韌度大大提高約。我國GB/T 1299禾卩YB/T094中4Cr5MoSiVl和SM4Cr5MoSiVl的含碳量為 (0.32-0.42) %和(0.32~0.45) %。 H13鋼的淬火硬度在55HRC左右。人們對0.4%C-5%Cr-l%Mo-l%Si-V的H13鋼的化學(xué)成分有較明確的認(rèn)識。中國專利申請200610029825.1《H13鋼真空控時急冷熱處理工藝》本公開了一種H13 鋼真空控時急冷熱處理工藝，該熱處理工藝包括加熱保溫、淬火、回火，加熱保溫后的 淬火采用的淬火介質(zhì)為含5 10%NaCl的鹽水，淬火處理時間為1 5分鐘。該發(fā)明采 用了特殊的控時急冷工藝手段，既避免了鹽水淬火中產(chǎn)生開裂的危險，又大大提高淬火 質(zhì)量，有效地提高了H13鋼回火后的沖擊韌性，從而大大提高模具的使用壽命，但沒有 改變各種材料的配合比例，材料成本較高。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種比現(xiàn)有熱作模具鋼H13的耐熱性和韌性硬好的，成本較低， 更耐用的熱作模具鋼。本發(fā)明的第二次目的是提供本發(fā)明這種熱作模具鋼的熱處理工藝。 本發(fā)明的技術(shù)方案是 本發(fā)明的一種新型鉻系熱作模具鋼，按重量百分比計包括 碳C 0.35~0.70%， 硅Si0.30 1.300/()， 錳Mn 0.30~1.30%， 鉻Cr 7.00~11.000/0， 鵒W 0.40~1.20%， 鉬Mo 0.40~1.20%，釩V 0.40~1.000/0， 鎳Ni 0.10~1.00%， 硫S《0.005%， 磷P《0.03%，其余量為鐵Fe。本發(fā)明新型鉻系熱作模具鋼自定名為45CrlOSilMnlWMoVNi。作為優(yōu)選，上述新型鉻系熱作模具鋼按重量百分比計包括碳C 0.35~0.55%， 硅Si 0.60-1.00%， 錳Mn 0.60~1.00%， 鉻Cr 8.00~10.00%, 鴿W0.40~0.80%， 鉬Mo 0.40~0.80%， 釩V 0.40~0.70%， 鎳Ni 0.30~0.70%， 硫S《0.005。/。，磷P《0.03。/。，其余量為鐵Fe。作為最優(yōu)選取值，上述新型鉻系熱作模具鋼按重量百分比計包括 碳C 0.450/0，硅Si0.800/。， 錳Mn0.80%， 鉻0 9.00%， 鴇W0.60。/。， 鉬Mo0.60。/。，釩V0.50。/0， 鎳Ni0.300/0， 硫S《0.005。/d， 磷P《0.030。/。，其余量為鐵Fe作為優(yōu)選，上述一種新型鉻系熱作模具鋼中還包括按重量百分比計還包括硼B(yǎng)含 量的范圍為0.03%—0.10%。作為優(yōu)選，上述一種新型鉻系熱作模具鋼中還包括按重量百分比計還包括微量的氮 化物0.02%《氮化物《0.20% ，氮化物包括BN、 A1N、 FeN、 CrN、 MnN、 TiN、 VN 的一種或全部；還包括微量的氮N， 0.02%《氮>^《0.10%。作為優(yōu)選，上述一種新型鉻系熱作模具鋼中還包括按重量百分比計還包括0.30%的 鈮Nb， 0.30%以下的鈦11 , 0.05%以下的稀土元素。上述任何配合比，任何優(yōu)選配合比的新型鉻系熱作模具鋼的熱處理工藝，包括以下步驟(1) 、預(yù)加熱將全部原料預(yù)加熱溫度為58(rC 62(TC，預(yù)加熱時間為50 70分鐘；(2) 、淬火加熱淬火加熱溫度為1020°C~1050°C，采用油冷卻或者空氣冷卻或者鹽 浴冷卻，淬火時間為20~30分鐘；(3) 、回火回火溫度為48(TC 50(TC，然后空氣冷卻至室溫。作為優(yōu)選，預(yù)加熱后，還進(jìn)行第二次預(yù)加熱，然后進(jìn)行淬火，第二次預(yù)加熱溫度 850。C 90(TC，第二次預(yù)加熱時間為40~50分鐘；第一次回火空氣冷卻后，再進(jìn)行第 二次回火，第二次回火溫度480'C 50(TC，然后空氣冷卻至室溫。作為優(yōu)選，第二次回火空氣冷卻至室溫后，再進(jìn)行第三次回火，第三次回火溫度400 °C~420°C，然后空氣冷卻至室溫。本發(fā)明一種新型鉻系熱作模具鋼主要組份范圍確定的理由如下碳C:是控制馬氏體強(qiáng)度的關(guān)鍵因素，也是影響韌性的主要因素。國內(nèi)外關(guān)于低碳 馬氏體的大量研究表明若要獲得較好的綜合機(jī)械性能，鋼中碳量要控制在0.70%-0.30%。硅Si:硅的加入可提高鋼的淬透性和基體強(qiáng)度。硅溶于a-Fe中，使其強(qiáng)化，并提高 a-Fe轉(zhuǎn)變r-Fe的轉(zhuǎn)變溫度及高溫抗氧化能力。硅是不溶于碳化物，但能提高回火時析 出特殊碳化物的彌散度；近期研究表明加入適量的硅可以改善鋼的韌性，在以碳化物 為強(qiáng)化相的熱作模具鋼中，硅量一般以0.2-1.0%為宜。錳Mn:除了能提高淬透性之外，還可以消除硫的有害影響。它的含量， 一般控制 在0.2-0.8%。鉻Cn鉻形成碳化物，可提高鋼的淬透性。淬火加熱時鉻溶于奧氏體，淬火后固溶 于馬氏體中，可以提高鋼的抗回火能力。熱作模具鋼中，a-Fe中鉻含量少于2M時，隨 著鉻含量的增加，高溫強(qiáng)度隨之上升，但鉻含量大于2%時，高溫強(qiáng)度將隨鉻含量的增 加反而下降。同時，還會引起碳化物偏析，將導(dǎo)致降低沖擊韌性。 一般講，熱作模具鋼， 鉻含量應(yīng)控制2%為宜。鉤W和鉬Mo:鉤的加入在多元復(fù)合合金化的熱作模具鋼中，可以明顯地降低鋼的 過熱敏感傾向，并提高鋼的熱穩(wěn)定性。但鎢的含量超過2.0-3.0%，鋼的熱強(qiáng)性不會再有 明顯提高，反而會使韌性下降。 一般應(yīng)控制在1%左右。鉬的加入，可以提高鋼的淬透 性與熱強(qiáng)性，又可以防止第二類回火脆性。但鉬加入過多，會造成鉬碳化物偏析，在回 火過程中沿晶界呈針狀或網(wǎng)狀析出，影響鋼的韌性。在高韌性熱作模具鋼中，鉬含量以 0.6-1%為宜。釩V:釩可以降低鋼的過熱敏感傾向。在低合金鋼中加入0.1-0.3%的釩就有明顯的 效果。馬氏體鋼中，釩含量達(dá)到0.5%就可以產(chǎn)生足夠的二次硬化效應(yīng)。釩量過高，在二 次硬化溫度范圍內(nèi)回火，鋼的塑性、韌性將明顯下降，故釩加入量不能超過1%。鎳Ni:鎳為非碳化合物形成元素，可提高鋼的淬透性。對鋼的強(qiáng)度與韌性，均有良 好作用。但過量鎳會促使沿奧氏體晶界析出碳化物，這會導(dǎo)致基體中合金元素含量降低， 使鋼熱強(qiáng)性下降。大型錘鍛模具鋼鎳含量一般不會超過1.5%。鈷Co、鈮Nb、鈦Ti:鈮可形成穩(wěn)定性很高的NbC，在1050。C剛剛開始溶入奧氏體 中，因此抑制晶粒長大，可提高熱強(qiáng)性和高韌性。鈷的加入可顯著提高耐氧化性和紅硬 性(耐磨性能好)。加入3%的鈷，可大大提高其鋼的耐磨性能。鈦在鋼中的作用，就是 在高溫時，避免晶粒粗化，因此可以強(qiáng)化鋼的基體，又能提高鋼的韌性。硫S與磷P:由原材料帶入的有害元素，屬于盡量控制在少含量范圍的元素。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明新型鉻系熱作模具鋼45CrlOSilMnlWMoVNi比較現(xiàn)有熱作 模具鋼Hi3大量減少了價格昂貴鉬Mo的含量，大量增加鉻Cr的含量，少量增加了鎢 W、鎳Ni的含量，其原料成本比現(xiàn)有熱作模具鋼H13成本更低，但晶粒更細(xì)化，產(chǎn)生 了耐熱性、耐韌性、抗壓強(qiáng)度都大大增加的效果，經(jīng)過大量實(shí)踐證明，用本發(fā)明新型鉻 系熱作模具鋼45CrlOSilMnlWMoVNi作的模具是現(xiàn)有熱作模具鋼H13相同模具的二倍 以上的耐用次數(shù)。大量使用鉻Cr，減少使用鉬Mo、釩V，材料本成比模具鋼H13低很 多，并且韌性和耐磨性大幅程度提高，硬度在55 61HRC。實(shí)施例1本發(fā)明的一種新型鉻系熱作模具鋼，按重量百分比計包括 碳C 0.45%，硅Si 0.80%， 錳Mn 0.80%， 鉻Cr 9.00%， 鴇W0.60。/。， 鉬Mo0.60。/。， 釩V0.50。/。， 鎳Ni0.300/0， 硫S《0.005。/。， 磷P《0.030。/。，其余量為鐵Fe。 上述新型鉻系熱作模具鋼熱處理工藝的步驟如下(1) 、預(yù)加熱預(yù)加熱溫度為580。C 620。C,預(yù)加熱時間為50~70分鐘;(2) 、淬火加熱淬火加熱溫度為1020°C~1050°C，采用油冷卻或者空氣冷卻或者鹽浴 冷卻，淬火時間為20 30分鐘；(3) 、回火回火溫度為480'C 50(TC，然后空氣冷卻至室溫。


圖1是發(fā)明新型鉻系熱作模具鋼熱處理工藝曲線圖;具體實(shí)施方式
實(shí)施例2本發(fā)明的-碳C 0.35%， 鴇W0.德種新型鉻系熱作模具鋼，按重量百分比計包括硅Si 0.30%， 錳Mn 0.30%， 鉻Cr 7.00%， 鉬Mo 0.40% ， 釩V 0.40% ， 鎳Ni 0.10% ，硫S《0.005。/。， 磷P《0.030。/。，鈮Nb0.30。/。， 鈦Ti0.30%，硼B(yǎng)0.03。/。，其余量為鐵Fe。 上述新型鉻系熱作模具鋼熱處理工藝的步驟如下(1) 、第一次預(yù)加熱將全部原料預(yù)加熱溫度為580°C~620°C，預(yù)加熱時間為50 70分鐘；(2) 、第二次預(yù)加熱第一次預(yù)加熱后，進(jìn)行第二次預(yù)加熱，然后進(jìn)行淬火，第二次預(yù) 加熱溫度850°C 900°C，第二次預(yù)加熱時間為40 50分鐘。(3) 、淬火加熱淬火加熱溫度為1020'C 105(TC，采用油冷卻或者空氣冷卻或者鹽浴 冷卻，淬火時間為20 30分鐘；(4) 、第一次回火回火溫度為480°C~500,然后空氣冷卻至室溫。(5) 、第二次回火第一次回火空氣冷卻后再進(jìn)行第二次回火，第二次回火溫度480°C ~500°C，然后空氣冷卻至室溫。實(shí)施例3本發(fā)明的一種新型鉻系熱作模具鋼，按重量百分比計包括 碳C 0.70%,硅Si 1.30%， 錳Mn 1.30%， 鉻Cr 11.00%， 媽W(xué)1.20。/。， 鉬Mo 1.20%， 釩V1.00。/。， 鎳Nil.000/。， 硫S《0.0050/0， 磷P《0.0300/0，鈮Nb0.300/。， 鈦110.30%， 稀土元素0.05%，氮N0.02。/。，氮化物0.02%，氮化物是BN，其余量為鐵Fe。 上述新型鉻系熱作模具鋼熱處理工藝的步驟如下(1) 、第一次預(yù)加熱將全部原料預(yù)加熱溫度為580°C~620°C，預(yù)加熱時間為50 70分 鐘；(2) 、第二次預(yù)加熱第一次預(yù)加熱后，進(jìn)行第二次預(yù)加熱，然后進(jìn)行淬火，第二次預(yù) 加熱溫度85(TC 卯0'C，第二次預(yù)加熱時間為40-50分鐘。(3) 、淬火加熱淬火加熱溫度為1020°C~1050°C，采用油冷卻或者空氣冷卻或者鹽浴 冷卻，淬火時間為20~30分鐘；(4) 、第一次回火回火溫度為480'C 50(TC,然后空氣冷卻至室溫。(5) 、第二次回火第一次回火空氣冷卻后再進(jìn)行第二次回火，第二次回火溫度480°C ~500°C，然后空氣冷卻至室溫。(6) 第三次回火在第二次回火空氣冷卻至室溫后，再進(jìn)行第三次回火，第三次回火溫 度400'C 42(TC，然后空氣冷卻至室溫。實(shí)施例4、本發(fā)明的一種熱段新型鉻系熱作模具鋼，按重量百分比計包括 碳C 0.45%, 硅Si 0.80%， 錳Mn 0.80%， 鉻Cr 9.00%， 鉤W0.60。/。， 鉬Mo 0.60%，釩V0.50。/。， 鎳Ni0.300/。， 硫S《0.005。/。， 磷P《0.030。/c)，其余量為鐵Fe。上述熱段新型鉻系熱作模具鋼熱處理工藝的步驟同于實(shí)施例3。本實(shí)施例熱段新型鉻 系熱作模具鋼硬度在55 57HRC。實(shí)施例5、本發(fā)明的一種溫段新型鉻系熱作模具鋼，按重量百分比計包括 碳C 0.60%，硅Si 0.80%， 錳Mn 0.80%， 鉻Cr 9.00%， 鉤W0.600/0， 鉬Mo0.600/0, 釩V0.500/0， 鎳Ni0.300/。， 硫S《0.0050/0， 磷P《0.0300/。， 鈮Nb0.300/0， 鈦Ti0.300/。， 稀土元素0.05%,硼B(yǎng)0.04。/0，其余量為鐵Fe。上述溫段新型鉻系熱作模具鋼熱處理工藝的步驟同于實(shí)施例3。本實(shí)施例溫段新型鉻 系熱作模具鋼硬度在58 61HRC。實(shí)施例6、本發(fā)明的又一種溫段新型鉻系熱作模具鋼，按重量百分比計包括 碳(3 0.60%，硅Si0.800/。， 錳Mn0.80%， 鉻Cr9.000/。， 鉤W 0.60%， 鉬Mo 0.60%， 釩V 0.50%， 硫S《0.005。/。， 磷P《0.030。/。， 鈮Nb0.30。/。， 硼B(yǎng)0.10%，氮N 0.05%， 氮化物0.20%CrN、 MnN、 TiN、 VN;其余量為鐵Fe。上述溫段新型鉻系熱作模具鋼熱處理工藝的步驟同于實(shí)施例3。本實(shí)施例溫段新型鉻 系熱作模具鋼硬度在58 61HRC。鎳則.30%, 鈦Ti0.30%，氮化物包括BN、 A1N、 FeN權(quán)利要求
1、一種新型鉻系熱作模具鋼，其特征在于按重量百分比計包括碳C 0.35～0.70％， 硅Si 0.30～1.30％， 錳Mn 0.30～1.30％， 鉻Cr 7.00～11.00％，鎢W 0.40～1.20％， 鉬Mo 0.40～1.20％， 釩V 0.40～1.00％， 鎳Ni 0.10～1.00％，硫S≤0.005％， 磷P≤0.030％，其余量為鐵Fe。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的新型鉻系熱作模具鋼，其特征在于按重量百分比計包括 碳C0.35 0.550/。， 硅Si0.60 1.000/0， 錳Mn 0.60~1.00%， 鉻Cr 8.00~10.00%， 鴇W0.40~0.80%， 鉬Mo 0.40 0.80%， 釩V 0.40~0.70%， 鎳Ni 0.30~0.70%， 硫S《0.005。/。，磷P《0.030。/。，其余量為鐵Fe。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的新型鉻系熱作模具鋼，其特征在于按重量百分比計包括 碳C 0.45%，硅Si 0.80%， 錳Mn 0.80%， 鉻Cr 9.00%， 鴿W0.60。/。， 鉬Mo0.60。/c)， 釩V0.50。/c)， 鎳Ni0.300/。， 硫S《0.005。/。， 磷P《0.030。/。，其余量為鐵Fe。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的新型鉻系熱作模具鋼，其特征在于按重量百分比計包括 碳C 0.6.0%， 硅Si0.800/。， 錳Mn0.80%， 鉻0"9.00%， 鉤W0.60。/。， 鉬Mo0.60。/。， 釩V0.50。/。， 鎳Ni0.300/。， 硫S《0.005。/c)， 磷P《0.030c/。，其余量為鐵Fe。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4任何一項所述的新型鉻系熱作模具鋼，其特征在于按重量百分比 計還包括硼B(yǎng)含量的范圍為0.03%-0.10%。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型鉻系熱作模具鋼，其特征在于按重量百分比計還包括微量 的氮化物，含量的范圍為0.02%《氮化物《0.20% ，氮化物包括BN、 A1N、 FeN、 CrN、 MnN、 TiN、 VN的一種或全部；還包括微量的氮N， 0.02%《氮N《0.10%。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種新型鉻系熱作模具鋼，其特征在于按重量百分比計還包括 0.30。/。的鈮Nb， 0.30%以下的鈦11， 0.05%以下的稀土元素。
8、 按權(quán)利要求6所述的新型鉻系熱作模具鋼的熱處理工藝，其特征在于包括以下步驟(1) 、預(yù)加熱將全部原料預(yù)加熱溫度為580'C 62(rC，預(yù)加熱時間為50 70分鐘；(2) 、淬火加熱淬火加熱溫度為1020°C~1050°C，采用油冷卻或者空氣冷卻或者鹽 浴冷卻，淬火時間為20~30分鐘；(3) 、回火回火溫度為48(TC 50(TC，然后空氣冷卻至室溫。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種新型鉻系熱作模具鋼的熱處理工藝，其特征在于預(yù)加熱后， 進(jìn)行第二次預(yù)加熱，然后進(jìn)行淬火，第二次預(yù)加熱溫度850°C~900°C，第二次預(yù)加熱 時間為40~50分鐘；所述回火空氣冷卻后再進(jìn)行第二次回火，第二次回火溫度480°C~500°C，然后空氣冷卻至室溫。 10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的新型鉻系熱作模具鋼的熱處理工藝，其特征在于在第二次回 火空氣冷卻至室溫后，再進(jìn)行第三次回火，第三次回火溫度400°C~420°C，然后空氣 冷卻至室溫。
全文摘要
本發(fā)明新型鉻系熱作模具鋼屬于一種熱作模具鋼，特別是涉及一種含鎢很低的熱作模具鋼及其熱處理工藝。按重量百分比計包括碳C 0.35～0.7％，硅Si 0.3～1.3％，錳Mn0.3～1.3％，鉻Cr 7.0～11.0％，鎢W 0.4～1.2％，鉬Mo 0.4～1.2％，釩V 0.4～1.2％，鎳Ni 1.0％，硫S≤0.005％，磷P≤0.030％，硼B(yǎng) 0.03％-0.10％，氮化物含量的范圍為0.02％≤氮化物≤0.20％，0.02％≤氮N≤0.10％，其余量為鐵Fe。本發(fā)明鋼的晶粒更細(xì)化，產(chǎn)生了耐熱性、耐韌性、抗壓強(qiáng)度都大大增加的效果，是現(xiàn)有模具鋼的三倍以上的耐用次數(shù)。本發(fā)明還提供了該鋼淬火溫度為1020℃～1050℃這種較低溫度的熱處理工藝。
文檔編號C21D1/18GK101403074SQ20081004610
公開日2009年4月8日 申請日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者周向儒 申請人:周向儒