[发明专利]高韧性高耐磨高铬莱氏体冷作模具钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及冷作模具钢制造领域，具体为一种高韧性高耐磨高铬莱氏体冷作模具钢及其制备方法。

背景技术

D2钢是一种高碳高铬莱氏体型冷作模具钢，空冷即可淬硬。它是美国ASTM A681－94《合金工具钢技术条件》中的一个钢号，1985年已纳入我国标准GB 1299－85《合金工具钢技术条件》，但D2钢内的Mo和V的含量比Crl2MoV钢高一倍以上。因此，GB1299-85中引进D2钢时，按我国钢号表示法定为Cr12Mo1V1。

D2钢是一种国际通用型的冷作模具钢，几乎所有发达工业国家都将它纳入了自己的国家标准，如：英国BS4659中的BD2钢；日本JIS4404中的SKD11钢；德国DIN17350中的X155CrVMo12l钢；法国A35-580中的Z160CDV12钢。其特点是：含碳量高，合金元素多，钢中存在大量的碳化物，脆性大，变形抗力大，锻造和热轧时温度范围较窄，热机械加工性能差且脱碳趋向大。但成材后用它制造的模具具有高硬度、中等韧性和优良的抗变形性能，故使用寿命长，自问世以来一直深受国外各冷作模具厂家所青睐。

D2钢易出现碳化物偏析严重，导致方向性变形和韧性较低，高应力处容易出现微小缺口，热处理后易发生断裂的情况。

发明内容

本发明为了解决现有D2冷作模具钢易发生碳化物偏析严重导致韧性较低出现微小缺口且发生断裂的问题，提供了一种高韧性高耐磨高铬莱氏体冷作模具钢。

本发明是采用如下技术方案实现的：高韧性高耐磨高铬莱氏体冷作模具钢，是由如下质量百分比的原料组成，C 1.40-1.65%；Si≤0.60%；Mn≤0.60%；S≤0.020%；P≤0.020%；Cr 8-13.00%；Mo 0.70-1.20%；V 0.20-1.00%；Nb 0.005-0.20%；RE 0.003-0.02%；Ni≤0.25%；Cu≤0.30%；其余为Fe和杂质。

通过在原有D2钢的基础上加入铌和稀土，减低了铬含量，发挥凝固细化、形变再结晶细化和热处理细化综合技术，形成高温的碳化物或碳氮化物，可以作为高铬莱氏体模具钢凝固时奥氏体核心，起到凝固细化作用；通过Nb微合金化，控制形变再结晶过程，得到锻造状态细小的晶粒；通过优化热处理，并且奥氏体保温过程中（包括锻前和淬火前加热）NbC析出阻止奥氏体晶粒长大，获得细化的使用组织；通过稀土元素的变质处理，减少碳化物偏析，改善夹杂物和共晶碳化物形态。使材料的硬度性能和耐冲击性能都有显著提高，该配比是经过大量反复的试验得出的。克服了现有D2冷作模具钢易发生碳化物偏析严重导致韧性较低出现微小缺口且发生断裂的问题。

高韧性高耐磨高铬莱氏体冷作模具钢的内部组织为长度小于30微米、宽度小于0.5微米的细小片状马氏体。

高韧性高耐磨高铬莱氏体冷作模具钢的制备方法，采用如下步骤：a、将废钢原料加入电弧炉内熔炼，熔炼温度为1500-1600℃，熔炼过程中加入原料和脱氧剂，随后通过钢包精炼炉和真空脱气炉进行二次精炼；b、将钢锭模预热到250-300℃，浇铸温度为1460-1510℃，保温后脱模保温缓冷后出炉；c、将钢锭作为自耗电极放入电渣重熔装置中进行二次精炼，降低气体和夹杂物含量，获得成分均匀、组织致密、质量高的铸锭；d、铸锭预热温度650-705℃，加热温度为1120-1140℃，始锻温度为1050-1070 ℃，终锻温度为850-925℃，锻比为8，得到锻钢件；e、锻钢件在 870-890℃保温2 h，随后炉冷至740-760℃等温3h后，炉冷至550℃以下出炉空冷；f、接着缓慢升温到600℃，保温20min后进行第一次预热，均温后升至850℃，再保温30min进行第二次预热，最后升温到1040-1060℃，保温25-40min，出炉空冷；最后在180-230℃保温2h进行回火。

锻造时加热温度的选取不能过高，易出现过烧现象；温度过低，易出现裂纹且变形抗力增大。锻比较低时，不能打碎一次碳化物，影响钢组织力学性能。钢的淬火温度为1040-1060℃，比D2钢淬火温度（1010℃）稍高，这是铌元素和稀土元素细化奥氏体晶粒的结果，此温度淬火时，回火得到的一次二次碳化物尺寸细小，马氏体晶粒尺寸细化，残余奥氏体量较低，因此具有较高的硬度。保温时间过长则会发生软化，硬度降低。淬火温度过高，奥氏体晶粒长大，残余奥氏体量过高，最后组织硬度降低；淬火温度降低，碳化物溶解不充分，最后组织硬度也较低。根据不同使用用途选取不同回火温度。本发明钢对简单小件使用温度不高的模具，从节能考虑，采取低温回火温度。