專利名稱：冷作模具鋼材料及其制作工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料及加工技術領域，特別是模具制造及使用范圍，涉及冷作模具 鋼及其制造辦法。
背景技術：
從20世紀中葉，自世界技術強國應用高合金鋼制造模具以來，模具鋼的制造技術在 不斷的發展，高合金鋼的優良性能得到社會的認知，但使用和制造過程中存在的問題亦 備受人們的困繞，比如崩脆現象、冷加工難度大、熱處理開裂傾向嚴重、鍛造區間較小 且難度大、碳化物易聚集成塊狀、軟點問題嚴重等。在模具制造和使用過程中降低制造 難度、提高工效、降低生產使用成本，延長模具使用壽命都是人們所希望的結果，而影 響其加工和壽命的因素很多，其中鋼材的化學成分及熔煉、鍛造、熱處理使用條件都是
重要的因素。模具的最終失效一般表現為崩脆、開裂、磨損嚴重。
以前，人們常把Crl2、 Crl2MoV作為冷作模具鋼首選，尤其是Crl2屬高碳高合金， 雖經熱處理后有較高的強度和硬度，但其崩裂現象較為嚴重，是模具失效的主要原因。 另外Crl2的鍛造工藝區間較窄，碳化物不易打碎或成塊狀分布，容易造成應力集中，至 使模具非人為因素破壞，從而形成了 Crl2原價格不算高，但制造和使用成本都不低的定 式。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種冷作模具鋼材料及其制作工藝，使制備的冷 作模具鋼材料，具有良好的淬透性，回火穩定性，較高的耐磨性及良好的加工性，能提 高工效，降低生產使用成本，減少或避免模具崩脆開裂，延長模具使用壽命。
本發明冷作模具鋼材料，其特征在于包括如下微量元素，以重量百分數計C
0. 95~1. 05 、Mn 0. 35~0. 45 、Si 0. 55~0. 65 、Cr 7. 55~8, 5、 Mo 0. 45~0. 55、 V 0. 35~0. 45、 S《0.025和P《0.025。
優選的微量元素的重量百分數組成為Cl.O、 Mn0.4、Si0.6、 Cr8.0、Mo0.5、 V0.4、 S《0.025和P《0.025。上述各微量元素的量是在該優選含量的基礎上所允許的公差范圍(± 0. 05 )，鉻含量最高可至8. 5%。
上述冷作模具鋼材料的制作工藝，包括如下步驟
(1) 冶煉工藝:煉鋼原料選擇含碳質量含量在0.4%以下的廢鋼，如優質廢鋼T3、 T4 作為爐料，鋼水冶煉過程中，當鋼液在電爐中熔化l/3時，放入鉻、鉬合金熔化，在鋼水 出爐10-15分鐘前，投入錳、硅、釩合金，然后投入脫氧劑，凈化鋼水的純凈度，取樣化 學分析；
(2) 鋼水鑄造成型鋼錠按照常規工藝，鋼錠模預熱200'C-30(TC，注入鋼水，保溫 40分鐘以上脫模保溫緩冷，48小時后出爐，鋼錠進行退火處理加熱85(TC-88(TC，保溫 4-5個小時，隨爐冷卻，冷卻速度《30'C/小時，至500 550'C,出爐空冷；
(3) 鍛造或軋制隧道窯爐加熱，預熱15-20小時，加熱至1100'C-115(TC并透燒完 全始鍛，850'C終鍛，鍛造比3~4: 1，碳化物4-5級；
(4) 型材退火工藝電爐加熱至850'C，升溫速度60-80'C/小時，保溫8個小時， 隨爐冷卻至730 750'C,再保溫4-6個小時，隨爐冷卻至500 550°C，出爐空冷，表 面精整。
本發明所用的微量元素的合金，合金的重量百分比最好分別為鉻合金的鉻為65%， 鉬合金的鉬為60%，錳合金的錳為65%,釩合金的釩為70%，硅合金的硅為75%。脫氧劑 為硅70%鈣26%合金(重量百分數)。
本發明的優點
工藝過程簡單，操作易控制，采用合金化和變質處理，模具鋼有良好的淬透性，抗 回火穩定性，較高的耐磨性及良好的加工性，能提高工效，降低生產使用成本，減少或 避免模具崩脆開裂，使用壽命長，性價比高，適用廣泛。
圖l為本發明冷作模具鋼與Cr12、 Crl2MoV、 SKD11鋼材料的性能比較曲線圖； 圖2為本發明冷作模具鋼、Crl2、 Crl2MoV硬度與淬火溫度關系曲線圖； 圖3為本發明冷作模具鋼與Cr12、 Crl2MoV、 D2材料的使用壽命比較圖； 圖4為Crl2淬火后金相圖； 圖5為Crl2MoV淬火后金相圖； 圖6為本發明冷作模具鋼淬火后金相圖。
具體實施例方式
以重量百分數計，模具鋼材料組成為C 1.0%、 Mn 0.4% 、 Si 0.6%、 Cr 8.0%、
Mo 0.5%、 V 0.4%、 S 0.025%、 P0. 025%、余量為Fe。
① 冶煉工藝:選取含碳為0. 4的優質廢鋼1000kg作原料進行冶煉。鋼水冶煉過程中， 在中頻爐鋼液熔化l/3時，爐溫1350-145(TC，考慮燒損率，首先放含鉻65%的鉻合金120 kg，，含鉬為6(^的鉬合金10.5kg，充分溶化，1550'C恒溫、鎮靜，在鋼水出爐前10分鐘 投入含硅75%的硅合金8. 5kg，含錳70%合金錳鐵合金6. 5Kg,含釩75%釩合金7&，然后再投 入2kg硅鈣合金脫氧劑(Ca269i Si7(^)凈化鋼水。實際化驗成分C 1. 02%、 Mn 0. 42% 、 Si 0.65%、 Cr 7. 95%、 Mo 0. 52%、 V 0.44%、 S 0. 028%、 PO. 02%。
② 鋼水鑄造成型鋼錠鋼錠模預熱200。C-300'C，先慢后快再慢的注速注入鋼水，300 'C-50(TC保溫40分鐘一90分鐘后脫模，鋼錠要保溫緩冷(入生石灰或大粒砂坑)，48小時 后出坑；鋼錠進行退火處理加熱850'C (升溫速度60-80度/小時)，保溫4-5個小時， 隨爐冷卻，冷卻速度〈3(TC/小時，至500 550'C，出爐空冷，去除鋼錠表面缺陷；
(3)鍛造工藝隧道窯爐加熱，預熱15-20小時，升溫60-80'C/小時，加熱至1100'C 并透燒完全，始鍛，850'C終鍛，鍛造比4: 1，碳化物4-5級。
(4)型材退火工藝電爐加熱至850'C,升溫速度60-80'C/小時，保溫8個小時， 隨爐冷卻至730 750°C，再保溫6個小時，隨爐冷卻至500 550'C，出爐空冷，表面 精整。
(5)以上得到的冷作模具鋼材料制作的模具工件熱處理工藝1030-105(TC油(氣) 淬火，190-200'C回火3次，HRC為60-62。工件毛坯鍛造時，六面鍛造，鍛造比不小于3: 1，碳化物3-4級。
(6)用以上方法制得的工件試樣機械性能沖擊韌性30-35Nm/c m'，縱向斷裂強度 4300N/m m',橫向斷裂強度3500N/m m',抗壓強度5000 MPa ，抗彎強度3800Mpa。
圖1~3為本發明冷作模具鋼(牌號為ZTLll)與公知的幾種模具鋼材料的性能比較。 圖4~6為Crl2、 Crl2MoV、本發明模具鋼(ZTL11)淬火后金相圖比較。 圖4為Crl2回火馬氏體,殘余奧氏體和塊狀及碳化物顆粒。
圖5為Crl2MoV回火馬氏體和少量殘余奧氏體體，白色大塊狀為共晶碳化物，白色 細顆粒為二次碳化物。
圖6為本發明模具鋼材料回火馬氏體，少量殘余奧氏體和白色塊狀及顆粒狀碳化物， 與Crl2鋼相比，ZTL11鋼基體中共晶碳化物塊度相對小些，數量少些，由于加入了鉬鞏 的原因，碳化物分布形態，不均勻度比Crl2有較大改善。
實施例2:
C 1. 0%、 Mn 0. 4% 、 Si 0. 6%、 Cr 8. 5%、 Mo 0. 5%、 V 0. 4%、 S 0. 025%、 P0. 025%、 余量為Fe。
① 冶煉工藝:選取含碳為0. 4的優質廢鋼1000kg作原料進行冶煉。鋼水冶煉過程中， 在中頻爐鋼液熔化l/3時，爐溫1350-1450°C，考慮燒損率，首先放含鉻65%的鉻合金122 kg，，含鉬為6(^的鉬合金10.5kg,充分溶化，1550'C恒溫、鎮靜，在鋼水出爐前10分鐘 投入含硅75%的硅合金8. 5kg,含錳70%合金錳鐵合金6. 5Kg,含釩75先釩合金7kg,然后再投 入2kg硅鈣合金脫氧劑(Ca26先Si7090凈化鋼水。實際化驗成分C 0. 98%、 Mn 0. 42% 、 Si 0. 62%、 Cr 8. 48%、 Mo 0. 51%、 V 0. 45%、 S 0. 028%、 PO. 02%。
② 鋼水鑄造成型鋼錠鋼錠模預熱200'C-300'C，先慢后快再慢的注速注入鋼水，300 'C-500'C保溫40分鐘一90分鐘后脫模，鋼錠要保溫緩冷(入生石灰或大粒砂坑)，48小時 后出坑；鋼錠進行退火處理加熱850'C (升溫速度60-80度/小時)，保溫4-5個小時， 隨爐冷卻，冷卻速度〈30'C/小時，至500 550'C，出爐空冷，去除鋼錠表面缺陷；
(3)鍛造工藝隧道窯爐加熱，預熱15-20小時，升溫60-80'C/小時，加熱至1100。C 并透燒完全，始鍛，850'C終鍛，鍛造比4: 1，碳化物4-5級。
(4)型材退火工藝電爐加熱至850。C,升溫速度60-80'C/小時，保溫8個小時， 隨爐冷卻至730 750°C，再保溫6個小時，隨爐冷卻至500 550°C，出爐空冷，表面 精整。
(5) 以上得到的冷作模具鋼材料制作的模具工件熱處理工藝1030-1050'C油(氣) 淬火，190-20(TC回火3次，HRC為60-62。工件毛坯鍛造時，六面鍛造，鍛造比不小于3: 1，碳化物3-4級。
(6) 用以上方法制得的工件試樣機械性能沖擊韌性30-35Nm/cm'，縱向斷裂強度 4305N/mm',橫向斷裂強度3460N/m m'，抗壓強度5000 MPa ，抗彎強度3800Mpa。
權利要求
1、一種冷作模具鋼材料，其特征在于包括如下微量元素，以重量百分數計C0.95～1.05、Mn0.35～0.45、Si0.55～0.65、Cr7.55～8.5、Mo0.45～0.55、V0.35～0.45、S≤0.025和P≤0.025。
2、 根據權利要求1所述的冷作模具鋼材料，其特征在于所述微量元素的重量百分數 組成為C 1. 0、 Mn 0. 4 、 Si 0. 6、 Cr 8. 0、 Mo 0. 5、 V 0. 4、 S《0, 025和P《0. 025。
3、 一種制作權利要求l所述冷作模具鋼材料的工藝，其特征在于包括如下步驟(1) 冶煉工藝:煉鋼原料選擇含碳質量含量在0.4%以下的廢鋼，鋼水冶煉過程中，當 鋼液在電爐中熔化l/3時，放入鉻、鉬合金熔化，在鋼水出爐10-15分鐘前，投入錳、硅、 釩合金，然后投入脫氧劑，凈化鋼水的純凈度，取樣化學分析；(2) 鋼水鑄造成型鋼錠鋼錠模預熱200'C-300'C，注入鋼水，保溫40分鐘以上脫模 保溫緩冷，48小時后出爐，鋼錠進行退火處理加熱85(TC-880°C，保溫4-5個小時，隨 爐冷卻，冷卻速度《30'C/小時，至500 550'C，出爐空冷，清理表面缺陷；(3) 鍛造或軋制隧道窯爐加熱，加熱至110(TC-1150'C并透燒完全始鍛，85(TC終 鍛，鍛造比3 4: 1，碳化物4-5級；(4) 型材退火工藝電爐加熱至850'C，升溫速度60-80'C/小時，保溫8個小時， 隨爐冷卻至730 750'C,再保溫4-6個小時，隨爐冷卻至500 550'C,出爐空冷，表 面精整。
4、 根據權利要求1所述的工藝，其特征在于步驟一冶煉工藝中所述的脫氧劑為硅鈣合仝口血o
全文摘要
本發明提供的冷作模具鋼材料，包括如下微量元素，以重量百分數計C 0.95～1.05、Mn 0.35～0.45、Si 0.55～0.65、Cr 7.55～8.5、Mo 0.45～0.55、V 0.35～0.45、S≤0.025和P≤0.025。本發明工藝過程簡單，操作易控制，采用合金化和變質處理，模具鋼有良好的淬透性，抗回火穩定性，較高的耐磨性及良好的加工性，能提高工效，降低生產使用成本，減少或避免模具崩脆開裂，使用壽命長，性價比高，適用廣泛。
文檔編號C22C38/24GK101381844SQ20081014020
公開日2009年3月11日 申請日期2008年9月11日 優先權日2008年9月11日
發明者尚宗文 申請人:山東中天模具有限公司