[发明专利]一种高韧性高耐磨冷作模具钢

说明书

技术领域

本发明属于模具钢技术领域，特别涉及一种高韧性高耐磨冷作模具钢。适用于冲裁、冲压、冷镦、拉伸、压印模具用钢，也可应用于工具及轧辊用钢等。

背景技术

冷作模具钢主要用于制造在室温条件下将金属材料压制成型的各式模具，包括冲裁模具，拉伸模具，弯曲、翻边模具，压印模具，冷挤压模具，冷镦模具，辊压模具和粉末压制模具等。由于所加工的对象为金属材料，且在室温加工，因此具有很大的难变形性。冷作模具钢在工作中承受相当大的压应力和摩擦力，必须具有相当高的硬度和耐磨性，为了避免冲击载荷引起的断裂和崩刃，还应具有适当好的韧性。为了达到高耐磨性，高硬度的特点，目前，较为通用的冷作模具钢仍是以D2钢(Cr12Mo1V1)为代表的Cr12系列冷作模具钢。这类钢的耐磨性较高，然而，由于铸态组织偏析严重，共晶碳化物颗粒尺寸大，因此韧性极差，模具常常因韧性不足而发生早期失效。相比于Cr12系列模具钢，以DC53钢(Cr8Mo2SiV)为代表的Cr8型冷作模具钢具有更高的韧性和强度配合，因此得到广泛应用，然而由于降低C和Cr含量，在应用于某些更高要求模具的时，耐磨性无法满足要求。本发明的目的是通过优化C和合金元素配置，发明比综合性能更优异的冷作模具钢。目前，材料自身(不包括表面处理技术)获得高耐磨性的主要通过以下两方面实现，一是获得高硬度的基体组织，使基体本身在受到强烈摩擦的作用下仍能够保持高的抵抗变形能力。二是在基体组织上分布高弥散度、高硬度、高耐磨的碳化物。因此，以D2钢为代表的Cr12型冷作模具钢采用了较高的C含量，使基体能够获得较高的淬火马氏体硬度，采用较高的Cr含量，形成大量的碳化物(主要为M₇C₃/和M₂₃C₆型)增加耐磨性。然而，由于C和Cr含量太高，发生共晶反应产生的M₇C₃共晶碳化物发达、尺寸大、偏析严重，因此必然会损失韧性。降低C和Cr含量能降低共晶碳化物的尺寸和偏析程度，进而提高韧性。C和Cr之间的物理冶金反应决定了钢中所生成共晶碳化物的优劣特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种高韧性高耐磨冷作模具钢。基于大量研究工作基础，确定了获得更佳综合性能的C/Cr配比。发明一种比DC53钢更韧更耐磨的冷作模具钢，具有巨大的经济效益和社会效益。

根据上述目的，本发明整体的技术方案是：

本发明在Cr8型钢的基础上重新设计合金元素Cr的含量和C含量，提高耐磨性及冲击韧性。Cr8型钢形成Cr的碳化物较少，是耐磨性偏低的主要原因，本发明增加Cr含量以增加耐磨性；为了保持较高韧性，本发明严格控制C/Cr配比；以Mn代Cr形成M₂₃C₆碳化物，增加耐磨性，发挥Si固溶强化的效果，提高硬度和耐磨性；添加二次硬化元素Mo和V，与C形成Mo₂C和VC型碳化物，使钢具有二次硬化效应；加入微量元素Nb，一方面形成高硬度碳化物强化基体，增加耐磨性，并且细化晶粒，另一方面以Nb代钒促进V的二次硬化效果。使该模具钢具有很高的耐磨性又具有良好的韧性，而成为优良的模具用钢，具有良好的使用性和应用前景。

具体为：(1)设计最佳Cr含量范围，使钢能获得最佳韧性和耐磨性匹配，Cr的含量范围8.0～11.0％。为了控制碳化物尺寸和偏析，合理控制C和Cr的配比，C/Cr比控制在0.073＜C/Cr＜0.1875；(2)优化设计Mo、V、Si、Mn的含量使钢材具有更好的硬度，冲击韧性以及在高温回火时产生更高的二次硬化效应，提高其综合性能。

本发明钢的化学成分(重量％)如下：C：0.8～1.5％，Si：0.5～1.5％，S：≤0.030％，P：≤0.030％，Mn：≤1.5％，Mo：0.8～2.5％，Cr：8.0～11.0％，V：0.1～1.0％，Nb：≤1.0％，余量为Fe及不可避免的杂质。其中，C/Cr的含量为0.073＜C/Cr＜0.1875。

上述各元素的作用及配比依据如下：