專利名稱：微合金化工模具鋼及其熱處理方法
技術領域：
本發明涉及一種新型工模具鋼及其熱處理方法。
背景技術：
模具在制造業中所占的地位越來越重要，用模具進行生產不僅可以大幅度提高生 產效率，而且可以保證產品質量的一致性。目前模具制造業的產值已經超過機床制造業，由 此可見模具在制造業中的重要地位。絕大多數模具都是用鋼制作的，因此要提高模具的質量，首先要提高模具鋼的質 量，而且要在節約資源和減少碳排放的前提下提高模具鋼的質量。目前我國已是模具鋼生 產世界第一大國，但還不是模具鋼生產強國。每年都要高價從國外大量進口優質模具鋼。其 價格是國產同樣鋼號的模具鋼價格的三倍以上。按照不同的分類方法，模具鋼可分為冷作 模具鋼、熱作模具鋼及塑料模具鋼，其中以冷作模具鋼最為重要。冷作模具鋼又可分為低合 金冷作模具鋼、中合金冷作模具鋼及高合金冷作模具鋼。合金元素含量越高，價格越昂貴。 為了節約資源，需要發展合金元素含量少的優質模具鋼，為了減少碳排放，需要簡化模具鋼 的生產工藝。由于低合金冷作模具鋼與低合金工具鋼以及軸承鋼的工作條件基本相同，這三類鋼可以相互通用，故可統稱為工模具鋼。下面是列入我國常用的這三類鋼的化學成分及熱 處理后的性能。澉W驢■生髓生彎_艘觸鍍鋼號C Si Mn Cr W/V "C HR nm Mfe J/Qf9SiCr 0.90 1.40 0.45 1.08840x200 62 26 2250CrWMn 0.98 0.40 0.95 1.05 1.40/ 815x200 629CrWMn 0.90 0.40 1.05 0.65 0.65/ 815x200 62CrMn 1.40 0.40 0.56 1.45815x200 611950MnSi 1.00 0.80 0. 75810x200 61178MnSi 0.80 0.45 0.95810x200 609Mn2 0.90 0.40 1.85770x200 62Crff5 1.40 0.40 0.40 0. 55 5.00/ 810x200 65Cr2 1.02 0.40 0.40 1. 50845x200 62 309Cr2 0.87 0.40 0.40 1. 50835x200 62V1.00 0.40 0.40/0. 30800x200 62W1. 15 0.40 0.40 0. 20 1.00/815x200 62GGrl5 1.00 0.25 0.30 1.508fflxl60 63/64 2020GCrl5SiMn 1.00 0.53 1.05 1.50840x160 63/64 409Vh2V 0.90 0.4D 1.85/0.18 795x200 62 36 1700 55MnCrffV 1.00 0.40 1. 15 0. 55 0. 55/0. 23 810x200 62
注淬透性指的是油淬時中心硬度能達到60HRC的園棒直徑(mm)由上列資料可見，這三類鋼的含碳量都在1. 0%左右，最低的為0. 89%如9Cr2，個 別最高的為1.40%如CrW5，均為過共析鋼。合金元素含量除個別外均在2%以上，最高達 到5% ；熱軋后都需要經過正火及球化退火以改善碳化物的分布及形態，最終熱處理均采用 不完全淬火及低溫回火。淬火溫度為Acl+30-50°C，回火溫度在150-200°C之間，組織為回 火馬氏體及少量未溶碳化物；淬回火后的硬度在61HRC左右，少數可以達到64HRC。由于淬 火溫度不高，故淬透性低，以GCr 15為例，油淬時淬透直徑僅20mm，增加Si、Mn后也僅40mm。 淬、回火狀態的彎曲強度在2000MPa左右，沖擊韌性在20J/CM2左右。綜上所述，可以看出，這三類鋼的共同特點是最終熱處理均采用不完全淬火。原因是為了在淬火加熱時能保留一部分碳化物，以阻止奧氏體晶粒長大，從而可以保證淬、回火 后的強韌性。為使未溶碳化物均勻分布，且圓而細小，在熱軋后、淬火加熱前需要進行正火 及球化退火，這類鋼均為碳含量在1.0%左右的過共析鋼。為能進行油淬，還需要加入2% 左右的合金元素。因為淬火加熱溫度不高，盡管加入了 2%左右的合金元素，但淬透性仍有 限，油淬淬透直徑僅30mm左右。在最后二個鋼種中即9Mn2V及MnCrWV雖加入了阻止奧氏 體晶粒長大的微量V，但是由于仍然采用不完全淬火，所以沒有充分發揮V的作用。

發明內容
本發明的目的在于，設計了 一種微合金化工模具鋼及其熱處理方法。本發明的技術解決方案是這樣實現的一種微合金化工模具鋼，其化學成分是=C 0. 7-0. 9% ;V或Nb 0. 15-0. 25% ；Cr, Mn、Si和Mo的總量1. 0-2. 0% ；0、N、S、P總量彡50ppm為普通鋼；其含量小于50ppm的為
潔凈鋼。如權利要求1所述的微合金化工模具鋼的熱處理方法，其特征在于該工模具鋼 的熱處理工藝為熱軋后加熱到1050-1150°C進行固溶處理快冷到600°C轉入400-700°C爐 中使之等溫轉變，機加工后加熱到900-950°C油淬，最后在150-200°C回火。與現有技術相比較本發明的優點主要表現在1、熱軋與1050-1150°C固溶處理可以同時進行，即熱軋后只需將鋼材溫度恢復到 1050-1150°C即可噴水快冷至60(TC，然后進行等溫處理。等溫處理后無需正火及球化退火 即可進行機加工，簡化了熱處理工藝，減少了碳排放；2.、固溶及等溫處理后得到的是彌散分布的碳化釩或碳化鈮以及均勻分布的細小 碳化物，彌散分布的碳化釩或碳化鈮可以在淬火加熱時阻止奧氏體晶粒長大，均勻分布的 細小的碳化物在淬火加熱時易于溶入奧氏體，提高奧氏體中C與Cr的含量；3、阻止奧氏體晶粒長大的任務已由彌散分布的難以溶解的碳化釩或碳化鈮承擔， 故可以將不完全淬火改變為900-950°C的完全淬火，由于淬火溫度的提高，碳化物的充分溶 入，雖然鋼的碳及合金元素含量下降了，但淬透性可提高一倍以上；4、由于淬火加熱時除微細的碳化釩及碳化鈮未溶解外，其他碳化物已經充分溶 解，150-200°C低溫回火時析出的是彌散分布的納米級碳化物，故強韌性好，彎曲強度在 2500MPa以上，沖擊韌度在30J/CM2以上，淬、回火硬度在61HRC以上。


本發明有附圖3幅，其中圖1是GCr 15鋼的熱處理工藝曲線示意圖；圖2是CrMnMoV鋼的熱處理工藝曲線示意圖；圖3是GCr 15及CrMnMoV的端淬曲線示意圖。
具體實施例方式如圖1 圖3所示。一種微合金化工模具鋼及其熱處理方法。這類鋼的化學成 分特點是加入0. 2%的V或Nb進行微合金化；碳含量從過共析降低到共析成分，即降低 到0. 7-0. 9% ；合金元素含量降低到1. 5%左右，0、N、S、P等有害元素含量可分為二類，一 類為普通鋼，含量與現標準同，另一類為潔凈鋼，0、N、S、P等的總含量應在50ppm以下。這 類鋼的特定的熱處理工藝如下熱軋后加熱到碳化釩及碳化鈮能充分溶入奧氏體的溫度 1050-1150°C進行固溶處理使碳與所有的合金元素全部溶入奧氏體中，快冷至600°C，轉入 400-700°C的爐中使之等溫轉變為細珠光體或貝氏體，根據機加工對硬度的要求調整等溫 溫度或在等溫處理后進行一次回火以調整硬度，機加工后加熱到900-950°C油淬，最后在 150-200°C進行低溫回火。下面以軸承鋼GCrl5及微合金化超細冷作模具鋼CrMnMoV為例 進行對比。這二種鋼的化學成分(wt % )如下鋼號CSiMnSPCr MdVGCrl5 0. 95-1. 05 0. 15-0. 35 0. 2-0. 4 ≤ 0. 02 ≤ 0. 03 1. 30-1. 65QfflVbV Q65-Q75 Q15-Q35 Q5-Q8 ≤Q04 ≤Q04 Q90-L20Q3-Q4 Q15-Q35GCr 15的熱處理工藝為熱軋一正火一球化退火一840°C油淬一150°C回火見附圖 1 ；CrMnMoV的熱處理工藝為熱軋態鋼棒經1050°C固溶處理一快冷至600°C— 300°C等溫 處理一900°C油淬一200°C回火見附圖2。為了說明CrMnMoV淬、回火后硬度及淬透性，用端淬代替油淬，端淬前的等溫處理 溫度為300°C，所得端淬曲線見附圖3，與之相比較的GCrl5的端淬曲線取自“熱處理手冊第 3版4分冊圖11-319”。由附圖3可見，雖然CrMnMoV的C含量及Cr含量均低于GCrl5，只 是增加了少量Mo與V，但其淬硬性與GCrl5不相上下，淬透性則遠遠高于GCrl5。GCrl5油 淬時淬透直徑最高僅25mm，而CrMnMoV油淬的淬透直徑高達100mm，遠遠高于GCr 15。金相 觀察表明，雖然CrMnMoV淬火溫度提高到了 900°C，但是由于碳化釩粒子能夠阻止奧氏體晶 粒長大，故奧氏體晶粒未見長大，仍為細晶粒組織。
權利要求
一種微合金化工模具鋼，其化學成分是C 0.7-0.9％；V或Nb 0.15-0.25；Cr、Mn、Si和Mo的總量1.0-2.0％；O、N、S、P總量≥50ppm為普通鋼；其含量小于50ppm的為潔凈鋼。
2.如權利要求1所述的微合金化工模具鋼的熱處理方法，其特征在于該工模具鋼的 熱處理工藝為熱軋后加熱到1050-1150°C進行固溶處理，快冷到600°C轉入400-700°C爐 中使之等溫轉變，機加工后加熱到900-950°C油淬，最后在150-200°C回火。
全文摘要
本發明公開了一種微合金化工具鋼及其熱處理方法，所述工模具鋼的化學成分及含量是C 0.7～0.9％；V或Nb 0.15～0.25％；Cr、Mn、Si、Mo的總量1.0～2.0％；O、N、S、P的總量≥50ppm為普通鋼；總量＜50ppm的為潔凈鋼。所述鋼種的熱處理工藝為熱軋后加熱到1050～1150℃進行固溶處理快冷到600℃轉入400～700℃爐中使之等溫轉變，機加工后加熱到900～950℃油淬，最后在150～200℃回火。本發明公開的是一種合金元素含量少的優質工模具鋼，具有節約資源和減少碳排放的優點，在模具及軸承行業中有廣泛的應用前景。
文檔編號C21D1/18GK101798657SQ20101013883
公開日2010年8月11日 申請日期2010年4月1日 優先權日2010年4月1日
發明者戚正風, 田紹潔 申請人:戚正風;田紹潔