[其他]高强韧性低合金冷作模具钢

说明书

本发明属于工具钢。

冷作模具钢失效形式有二种。一是正常磨损，二是早期崩刃或断裂。为解决冷作模具钢崩刃断裂问题。国外发展了高强韧性高合金基体钢和高强韧性低合金工具钢，如苏联的дu56、7×г2BM，美国的VASCO-MA、MatrixⅡ、L6、A6，英国的BA6，日本的GO等。我国也先后研制了65Nb、012A1、CG2、LD、Lm1、Lm2等改型基体钢。高强韧性高合金基体钢的缺点是合金度高（＞10%），成本较高，工艺性能稍差，淬火回火温度高，不利于节能，不利于中、小型工厂使用。目前我国没有高强韧性低合金冷作模具钢，而дu56、A6、BA6等因不含硅，回火稳定性稍差，7×г2BM、GO等因不含镍，则韧性稍差。本发明所提出的冷作模具钢兼有高强韧性和回火稳定性好的优点，它的化学成分如下：碳含量0.50-0.80%，镍含量为0.50-2.50%，硅含量为0.50-2.50%，铬含量为0.50-2.50%，锰含量为0.50-2.00%，钼含量为0.20-1.00%，钒含量为0.10-0.80%。其余为铁和杂质。该冷作模具钢在电弧炉中冶炼，最佳热处理温度是870～930℃，回火温度是170～400℃。

本发明的技术要点是适宜的碳含量，以保证足够的硬度，获得较多的板条马氏体。同时加入Ni和Si，以强韧化基体，并加入Cr和Mn以保证钢的淬透性，还加入少量的细化晶粒的元素Mo和V，以形成特殊碳化物既可以细化晶粒又可以保证耐磨性，其合金度确保在5%以下，以保证良好的工艺性能。本发明的合金化方案配合合理的热处理工艺，使基体获得较多的板条马氏体和细小晶粒，且含有适量的残余奥氏体和细小均匀分布的碳化物，从而保证了本发明的高强韧性。

镍提高钢的强度、韧性和淬透性，但含量不易太高，否则成本高，被切削加工性下降。

硅提高钢的强韧性和抗回火稳定性，但含量过高会出现脱碳现象。

铬提高钢的淬透性和回火稳定性，但铬属于较强碳化物形成元素，生成的碳化物在低温加热时不易溶解，故不能含量过高。

锰提高钢的淬透性，又提高基体的强度。可使临界点下降，对降低淬火温度十分有利，但锰能促进晶粒长大，对韧性带来不利影响。

钼和钒用以防止晶粒长大，保证钢的耐磨性，稍微提高钼的含量有利于化学热处理。

表1给出了与本发明化学成分相同的试件成份范围。

表2给出本发明实施例和强韧性指标。抗弯试件采用10×10×120mm，跨距L＝100mm。抗压试件尺寸φ5×10mm。一次冲击试件尺寸为10×10×55mm，C型缺口＝12.7mm。小能量多次冲击试件尺寸φ14×140mm，缺口R＝10mm，冲击能量为32.49kg-cm。断裂韧性试件尺寸10×20×100mm，跨距L＝80mm。

表3给出本发明的变形度，试件尺寸φ10×50mm。

表4给出本发明淬火、回火硬度值。

本发明钢具有足够的硬度，优良的强韧性;合金元素＜5%，热塑性好，成材率高，成本低;工艺性能好，退火易软化，碳化物细小均匀，无网状和带状出现，淬透性较高，淬火变形小，热处理工艺简单，淬火温度低，区间宽，采用低温回火，有利于节能，特别适合于中、小型工厂使用。解决了模具崩刃、断裂失效问题，主要在冷作模具上使用，也可以用于精密塑料模具，还可以在中、厚板冷剪刃，精密淬硬丝杠上使用，它可以轧成不同规格的钢材（如扁材或棒材）。