CN118272738B - 一种兼顾耐腐蚀和切削性能的贝氏体模具钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种兼顾耐腐蚀和切削性能的贝氏体模具钢及其制备方法。该模具钢按照质量百分含量包括：C0.20~0.40%，Si0.20~0.60%，Mn1.00~2.00%，Mo0.30~0.60%，Cu不高于2.0%且大于1.0%，X1.9‑3.9%，余量为Fe及杂质，其中，X包括Ni、Cr，且所述Cu：Ni：Cr=2‑3：1：2‑3；所述贝氏体模具钢的显微组织为贝氏体。该贝氏体模具钢的兼顾优良的耐电化学腐蚀性能和优良的切削性能。

Description

一种兼顾耐腐蚀和切削性能的贝氏体模具钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种兼顾耐腐蚀和切削性能的贝氏体模具钢，尤其涉及一种兼顾耐腐蚀和切削性能的贝氏体模具钢及其制备方法，属于合金钢制造工艺技术领域。

背景技术

模具钢是用来制造模具的钢种，制造出来的模具在使用过程中不可避免地会受到腐蚀，当腐蚀程度较为严重时，模具会产生断裂，使其使用寿命严重缩短；同时，模具钢的切削性能对模具的生产效率和加工精度有着重要的影响，因此，厂家对模具钢的耐蚀性能尤其耐电化学腐蚀性能，和切削性能均有着较高的要求。

但模具钢的耐蚀性能与其基体的连续性和均匀性相关，而模具钢的切削性能要求其基体易割断，因此，通常情况下，模具钢的耐蚀性能和切削性能是难以兼顾的。

兼顾优良的耐电化学腐蚀性能和优良的切削性能的模具钢是行业内较为缺乏的。

发明内容

本发明提供一种兼顾耐腐蚀和切削性能的贝氏体模具钢及其制备方法。该贝氏体模具钢兼顾优良的耐电化学腐蚀性能和优良的切削性能，应用前景较好。

本发明还提供一种兼顾耐腐蚀和切削性能的贝氏体模具钢的制备方法，该制备方法工艺简便，有助于节约成本。

本发明提供一种兼顾耐腐蚀和切削性能的贝氏体模具钢，所述贝氏体模具钢按照质量百分含量包括：C0.20~0.40%，Si0.20~0.60%，Mn1.00~2.00%，Mo0.30~0.60%，Cu不高于2.0%且大于1.0%，X1.9~3.9%，余量为Fe及杂质，其中，所述X包括Ni、Cr，且Cu：Ni：Cr=2~3:1:2~3；所述贝氏体模具钢的显微组织为贝氏体。

如上所述的贝氏体模具钢，其中，所述贝氏体模具钢的电化学腐蚀速率≤7.092mm/year，其中，所述电化学腐蚀速率的测试溶液为0.5wt%的NaCl溶液，辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极，测试温度为25°C。

如上所述的贝氏体模具钢，其中，通过以下过程测试所述贝氏体模具钢的切削性能：在CAK5085数控车床上采用外圆干切削的方式测试所述贝氏体模具钢的切削性能；其中，切削速度为180m/min，进给量为0.15mm/r，切削深度为1mm；所述切削性能的测试结果为刀尖磨损≤110μm。

如上所述的贝氏体模具钢，其中，所述贝氏体模具钢的硬度为34-42HRC。

本发明还提供一种贝氏体模具钢的制备方法，其中，包括以下步骤：1）将化学组成为C0.20~0.40%，Si0.20~0.60%，Mn1.00~2.00%，Mo0.30~0.60%，Cu不高于2.0%且大于1.0%，X1.9~3.9%，余量为Fe及杂质，其中，所述X包括Ni、Cr，且Cu：Ni：Cr=2~3:1:2~3的钢锭在1180-1230℃进行保温处理，然后进行多向锻造加工，得到锻造件；2）将所述锻造件风冷至所述锻造件的纵向截面中心点温度为300~400℃时，停止风冷；然后空冷至所述锻造件的纵向截面中心点温度为200-250℃时，得到冷却件；3）将所述冷却件在450℃~600℃进行回火处理，然后空冷至室温，得到所述贝氏体模具钢。

如上所述的制备方法，其中，步骤3）之前还包括，将所述冷却件在880-1000℃下进行固溶处理（1D-1.5D）h，D为所述冷却件的厚度，单位为分米时间，水冷至室温。

如上所述的制备方法，其中，所述保温处理的时间为（3D-5D）h，D为所述钢锭的厚度，单位为分米；和/或，所述多向锻造加工包括镦粗和拔长，所述镦粗和拔长均进行至少两次；所述镦粗的压缩比≥2.2；所述拔长的锻造比≥2.0；所述多向锻造加工的锻造比≥8；和/或，所述多向锻造加工中，始锻温度为1050-1150℃，终锻温度为850-950℃。

如上所述的制备方法，其中，每次所述镦粗后在1150-1200℃进行保温处理≥5h；和/或，每次所述拔长后在1150-1200℃进行保温处理≥10h。

如上所述的制备方法，其中，步骤4）中，所述回火处理的时间为（4.5D-6D）h，D为所述冷却件的厚度，单位为分米。

如上所述的制备方法，其中，所述拔长的相对送进量为0.5~0.8，压下量为20~35%。

本发明提供的一种兼顾耐腐蚀和切削性能的贝氏体模具钢及其制备方法。通过将Cu元素和包括Ni、Cr的元素进行特定比例的配伍使贝氏体模具钢兼顾优良的耐电化学腐蚀和切削性能，具体地，Cu元素弥散析出在贝氏体基体表面，阻隔腐蚀元素的侵入，同时Cr、Ni元素固溶在基体中强化基体的耐腐蚀性能，使耐电化学腐蚀和耐点蚀性能得以提高，同时二次析出的富铜相可以阻断基体的连续性进而提高贝氏体模具钢的切削性能；进一步地，Cu元素与Ni、Cr元素有协同增效作用，当Cu、Ni、Cr的质量比为2~3:1:2~3时，一方面模具钢的基体组织均匀细小，另一方面Ni、Cr元素可以更好地促进Cu元素的固溶和析出，使Cu元素以纳米级弥散分布在贝氏体模具钢的基体上，纳米级别的富铜析出相可以阻碍模具钢基体表面腐蚀元素的侵入，且在腐蚀发生后Cu元素还可向腐蚀表面扩散，在腐蚀表面形成连续的富铜相进而起到阻碍腐蚀元素继续侵入的效果，从而有效阻碍腐蚀的扩展，保护模具钢基体；另外，因为纳米级别的富铜析出相弥散分布在基体表面，可以割断基体的连续性，进而提高其切削性能。从而使该贝氏体模具钢兼顾优良的耐电化学腐蚀性能和优良的切削性能。

附图说明

图1为实施例1模具钢的微观组织图片；

图2为实施例2模具钢的微观组织图片；

图3为实施例3模具钢的微观组织图片；

图4为实施例4模具钢的微观组织图片；

图5为实施例5模具钢的微观组织图片；

图6为实施例6模具钢的微观组织图片；

图7为实施例7模具钢的微观组织图片；

图8为实施例8模具钢的微观组织图片；

图9为实施例9模具钢的微观组织图片；

图10为对比例1模具钢的微观组织图片；

图11为对比例2模具钢的微观组织图片；

图12为对比例3模具钢的微观组织图片；

图13为实施例1、对比例1-3的电化学腐蚀动电位极化曲线图；

图14为实施例1、对比例1-3的切削性能曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明第一方面提供一种兼顾耐腐蚀和切削性能的贝氏体模具钢，该贝氏体模具钢按照质量百分含量包括：C0.20~0.40%，Si0.20~0.60%，Mn1.00~2.00%，Mo0.30~0.60%，Cu不高于2.0%且大于1.0%，X1.9~3.9%，余量为Fe及杂质，其中，X包括Ni、Cr，且Cu：Ni：Cr=2~3:1:2~3；该贝氏体模具钢的显微组织为贝氏体。

贝氏体是一种钢的微观组织，其实质是铁素体和渗碳体的混合组织，具有较高的强韧性。

本发明的模具钢的化学组成包括将Cu元素和包括Ni、Cr的元素的特定配伍，Cu元素弥散析出在贝氏体基体表面，阻隔腐蚀元素的侵入，同时Cr、Ni元素固溶在基体中强化基体的耐腐蚀性能，使耐电化学腐蚀和耐点蚀性能得以提高，同时二次析出的富铜相可以阻断基体的连续性进而提高贝氏体模具钢的切削性能；进一步地，Cu元素与Ni、Cr元素有协同增效作用，当Cu、Ni、Cr的质量比为2~3:1:2~3时，一方面模具钢的基体组织均匀细小，另一方面Ni、Cr元素可以更好地促进Cu元素的固溶和析出，使Cu元素以纳米级弥散分布在贝氏体模具钢的基体上，纳米级别的富铜析出相可以阻碍模具钢基体表面腐蚀元素的侵入，且在腐蚀发生后Cu元素还可向腐蚀表面扩散，在腐蚀表面形成连续的富铜相进而起到阻碍腐蚀元素继续侵入的效果，从而有效阻碍腐蚀的扩展，保护模具钢基体；另外，因为纳米级别的富铜析出相弥散分布在基体表面，可以割断基体的连续性，进而提高其切削性能。从而使该贝氏体模具钢兼顾优良的耐电化学腐蚀性能和优良的切削性能。

上述贝氏体模具钢兼顾优良的耐电化学腐蚀性能和切削性能，有利于延长该模具钢的使用寿命，还有利于提高生产效率和模具的加工精度；同时因其包括较少的合金元素，有利于降低成本，上述优点使该模具钢具有较好的应用前景。

进一步地，上述Cu：Ni：Cr=2.5:1:2时，模具钢的耐电化学腐蚀和切削性能更好。

可理解的是，上述模具钢还包括P、S等元素，在上述贝氏体模具钢中P的质量百分含量一般≤0.02%，S的质量百分含量一般≤0.01%。

模具钢在使用过程中可能会受到的腐蚀包括化学腐蚀和电化学腐蚀，其中电化学腐蚀是最主要的一种，因而耐电化学腐蚀性能对模具钢的使用寿命有着关键的影响，已成为厂家最为关注的模具钢性能指标之一。

在一些实施例中，上述贝氏体模具钢的电化学腐蚀速率≤7.092mm/year，其中，上述电化学腐蚀速率的测试溶液为0.5wt%的NaCl溶液，辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极，测试温度为25°C。

上述电化学腐蚀速率的检测方法包括以下步骤：用AB胶冷镶树脂将尺寸为10mm×10mm×3mm的模具钢的制备成电化学试样，采用Reference 600电化学工作站进行测试，其中，测试溶液为0.5wt.%的NaCl溶液，采用3电极体系，试样为工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，测试温度为25°C。

根据上述检测方法得到的动电位极化曲线测试结果计算得到腐蚀速率。本发明贝氏体模具钢的电化学腐蚀速率≤7.092mm/year，说明该模具钢的耐电化学腐蚀性能较好。

进一步地，上述贝氏体模具钢的电化学腐蚀速率≤6.269mm/year。

在模具制造过程中，模具钢需要经过各种切削加工，如铣削、钻孔、磨削等，因此具有良好的切削性能对于提高生产效率和降低成本非常重要。

在一些实施例中，发明人通过检测切削刀具的磨损情况来表征模具钢的切削性能，具体地，通过以下过程测试上述贝氏体模具钢的切削性能：

在CAK5085数控车床上采用外圆干切削的方式测试上述贝氏体模具钢的切削性能；其中，切削速度为180m/min，进给量为0.15mm/r，切削深度为1mm；上述切削性能的测试结果为刀尖磨损≤110μm。本发明的模具钢切削性能较好，有利于加工成各种模具，提高生产效率和降低成本。

进一步地，上述切削性能的测试结果为刀尖磨损≤100μm。

模具钢的硬度、韧性均对其加工使用性能和用途有着关键的影响，另外，夹杂物是一种非金属的化学物，在钢材脱氧过程和钢液凝固过程中产生，夹杂物过多会导致模具钢的疲劳性能、冲击韧性、耐腐蚀性能、切削性能明显降低，进而导致模具钢的质量严重下降，因此模具钢的夹杂物含量也是比较重要的性能指标。

本发明使用洛氏硬度（HRC）表示该模具钢的硬度，测试方法参考GB/T230.1-2018《金属材料 洛氏硬度试验 第1部分:试验方法》；使用冲击韧性表示该模具钢的韧性，测试方法参考GB/T229-2020《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》。在一些实施例中，本发明贝氏体模具钢的硬度为34-42HRC，韧性为34-50J。上述硬度和韧性数据证明本发明贝氏体模具钢具有较好的机械力学性能，有利于提高加工使用性能，应用前景广阔。

本发明贝氏体模具钢夹杂物含量满足A、B、C、D、DS类夹杂物均不超过0.5级，夹杂物含量较少，确保其具有较好的耐腐蚀性能和切削性能。

本发明第二方面提供一种贝氏体模具钢的制备方法，包括以下步骤：1）将化学组成为C0.20~0.40%，Si0.20~0.60%，Mn1.00~2.00%，Mo0.30~0.60%，Cu不高于2.0%且大于1.0%，X1.9~3.9%，余量为Fe及杂质，其中，X包括Ni、Cr，且Cu：Ni：Cr=2~3:1:2~3的钢锭在1180-1230℃进行保温处理，然后进行多向锻造加工，得到锻造件；2）将上述锻造件风冷至该锻造件的纵向截面中心点温度为300~400℃时，停止风冷；然后空冷至该锻造件的纵向截面中心点温度为200-250℃时，得到冷却件；3）将冷却件在450℃~600℃进行回火处理，然后空冷至室温，得到贝氏体模具钢。

上述钢锭是通过包括以下过程的方法制备得到：配料、熔炼、精炼、真空脱气、浇铸成型。本发明限定上述钢锭的化学组成为C0.20~0.40%，Si0.20~0.60%，Mn1.00~2.00%，Mo0.30~0.60%，Cu不高于2.0%且大于1.0%，X1.9~3.9%，余量为Fe及杂质，其中，X包括Ni、Cr，且Cu：Ni：Cr=2~3:1:2~3，其化学组成是提高产品耐腐蚀性能的基础，通过Cu元素和其他元素的特定比例的配伍，Ni、Cr等元素可以进一步促进基体中富铜相的析出，且不会降低材料的强韧性，固溶在基体中的Ni、Cr与弥散析出的富铜相协同作用，提高了贝氏体模具钢的高耐电化学腐蚀和切削性能。

步骤1）中将钢锭在1180-1230℃进行保温处理有利于增加上述化学组成的钢锭的塑性、降低金属变形抗力、提高金属组织的流动性，进而提高钢锭的热成型性能，有利于进行后续的多向锻造加工，也有利于改善模具钢微观组织的均匀性。多向锻造加工是一种对金属坯料施加多个方向压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。本发明使用多向锻造加工处理保温处理后的钢锭，有利于消除钢锭在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，保证钢锭微观组织的连续性和均匀性。连续均匀的微观组织有利于Cu、Ni、Cr元素均匀地分散在模具钢中，使Cu元素析出效果更好，避免因组织差异造成的腐蚀不均匀及点蚀，使模具钢的耐腐蚀性能进一步改善；纳米析出的Cu元素在切削过程中可以作为异质点割断基体的连续性，从而提高切削性能。

步骤2）中纵向截面中心点温度指锻造件纵向截面中心点在锻造件外表面上对应点的温度。将锻造件风冷至300-400℃，空冷至200-250℃，使锻造件的微观组织转变为贝氏体。

步骤3）将第二冷却件在450℃~600℃进行回火处理，避免使用传统方法中淬火、回火处理等两道工序，不仅可简化工艺流程、降低生产成本，还可避免淬火、回火处理导致的较大的内部应力，使得本发明的模具钢内部应力较小，进而适用于大模块加工。上述大模块一般指最大截面厚度为600-1100mm的加工件，内部应力较大的大模块钢材的加工性能较差，将其加工成模具时易开裂。

将上述回火处理后的材料空冷至室温，得到上述贝氏体模具钢。

本发明的制备方法工艺流程简单，生产周期短，有利于降低生产成本，且通过该方法可以得到化学组成为C0.20~0.40%，Si0.20~0.60%，Mn1.00~2.00%，Mo0.30~0.60%，Cu不高于2.0%且大于1.0%，X1.9~3.9%，余量为Fe及杂质，其中，X包括Ni、Cr，且Cu：Ni：Cr=2~3:1:2~3；且微观组织为贝氏体的模具钢，在该模具钢的微观组织中，Ni、Cr元素可以促进Cu相的析出且避免析出相过大，进而使该贝氏体模具钢兼顾耐腐蚀和切削性能。

进一步地，上述步骤2）中风冷和空冷的降温速度分别小于0.5℃/s，有利于形成更加均匀细小的贝氏体，不仅增加模具钢的耐腐蚀性，还有利于改善模具钢的受力均匀性，进而提高其切削性能。为了提高风冷的效果，将锻造件放置在空旷通风处，垂直于锻造件的横截面方向用风机向锻造件吹风，保证气流方向与锻造件的纵向纤维方向或长边方向保持平行。在一些实施例中，将锻造件放置于料架上，锻造件的底部与地面的距离≥300mm，通过安放3台以上风扇进行风冷，这种风冷方式的冷却速度较快，有利于形成均匀细小的贝氏体。

上述步骤3）中空冷的降温速度小于0.5℃/s，有利于保证回火处理后的材料内部组织和性能保持稳定。

为了进一步提高贝氏体模具钢的切削和耐电化学腐蚀性能，步骤3）之前还包括，将冷却件在880-1000℃下进行固溶处理（1D-1.5D）h，D为冷却件的厚度，单位为分米时间，水冷至室温。将冷却件进行固溶热处理，使Cu、Ni、Cr等合金元素固溶到模具钢的基体中，提高基体模具钢的过饱和度，促进Cu及Ni、Cr元素协同作用，进一步提高模具钢的耐电化学腐蚀和切削性能。

在一些实施例中，步骤1）保温处理的时间为（3D-5D）h，D为钢锭的厚度，单位为分米，例如当钢锭的厚度为4分米时，上述保温处理的时间为（12-20）h。通过限定上述保温处理的时间，可改善钢锭的塑性、金属变形抗力和金属组织的流动性，更有利于进行后续的多向锻造加工。在实际应用中，上述保温处理的时间一般≥12h。

可理解的是，上述钢锭的厚度应为钢锭的有效厚度，以每炉中所有钢锭中的最大厚度为准。

在一些实施例中，步骤1）多向锻造加工包括镦粗和拔长，上述镦粗和拔长均进行至少两次；上述镦粗的压缩比≥2.2；上述拔长的锻造比≥2.0；上述多向锻造加工的锻造比≥8。

镦粗是指用压力使坯料高度减小而直径（或横向尺寸）增大的工序，上述镦粗的压缩比指镦粗前后坯料的高度比，该高度是沿镦粗方向的尺寸。拔长是一系列的横向镦粗过程，变形相当于沿着轴向进行一系列镦粗工序的组合；上述拔长的锻造比指拔长前后坯料横截面的直径比，该横截面垂直于拔长方向。上述多向锻造加工的锻造比是多向锻造加工过程中所有镦粗的压缩比和拔长的锻造比的和。

正确选择锻造比对提高产品质量、降低成本有很大的关系，更重要的是，适度提高锻造比有利于使钢材的微观组织更加均匀细小，有利于进一步提高其耐腐蚀性能和切削性能。本发明限定上述多向锻造加工包括镦粗和拔长均进行至少两次，且限定了镦粗和拔长的锻造比，有利于改善多向锻造加工的效果，提高模具钢的淬透性，改善其硬度均匀性，也使模具钢的贝氏体组织更加均匀细小，提高其受力均匀性，从而进一步改善了模具钢的耐蚀性能和切削性能。

合理的始锻温度和终锻温度对提高产品质量也有很大关系。上述多向锻造加工中，始锻温度为1050-1150℃，终锻温度为850-950℃，有利于改善多向锻造加工的效果，有利于提高模具钢的耐蚀性能和切削性能。

在每次镦粗和拔长后进行保温处理，确保镦粗和拔长工序后坯料的质量稳定，为下一次镦粗和拔长做好准备。在一些实施例中，每次镦粗后在1150-1200℃进行保温处理≥5h，每次拔长后在1150-1200℃进行保温处理≥10h，具有稳定镦粗和拔长效果的作用。

进一步地，本发明限定制备方法中回火处理的时间为（4.5D-6D）h，D为冷却件的厚度，单位为分米，例如，冷却件的厚度为1分米，那么回火处理的时间为（4.5-6）h。通过对特定厚度冷却件的回火处理时间做出上述限定，有利于充分去除冷却件内部应力，使最大截面厚度为600-1100mm的大模块模具钢的加工性能得到更好地改善，避免模具钢开裂。可理解的是，上述冷却件的厚度应为冷却件的有效厚度，以每炉中所有冷却件中的最大厚度为准。

本发明对回火处理的升温速度不做特别限定，例如升温速度可保持在40℃/h，有利于提高大模块加工件的温度均匀性。另外，在回火处理之前，可将冷却件在350-400℃下保温处理，有利于工件温度均匀。

为了提高上述拔长的效果，使钢材内部充分锻透，确保钢材表面不出现肉眼可见的裂纹、折叠、结疤等缺陷，本发明还限定拔长的相对送进量为0.5~0.8，压下量为20~35%。相对送进量指拔长前坯料的长度和高度的比值，长度为沿拔长方向的尺寸，高度为垂直拔长方向的尺寸；压下量指拔长前后坯料的高度差。

以下，通过具体实施例对本发明的贝氏体模具钢以及其制备方法进行更为详细的介绍。

实施例1本实施例提供了一种贝氏体模具钢的制备方法，包括以下步骤：

1）将化学组成为C 0.22%，Si 0.27%，Mn 1.55%，Mo 0.32%，Cu 1.39%，Ni 0.62%，Cr1.28%，P 0.016%，S 0.009%，余量为Fe及杂质的钢锭在1180-1230℃进行保温处理25h，然后进行多向锻造加工，其中，多向锻造加工包括镦粗和拔长，上述镦粗和拔长均进行两次；镦粗的压缩比≥2.2；拔长的锻造比≥2.0；多向锻造加工的锻造比≥8；每次镦粗后在1150-1200℃进行保温处理5h；每次拔长后在1150-1200℃进行保温处理10h；拔长的相对送进量为0.6~0.8，压下量为20~25%；多向锻造加工的始锻温度为1050-1150℃，终锻温度为850-950℃，得到尺寸为（650+20）mm×（1000+20）mm×4000 mm的锻造件；

2）将锻造件放置于料架上，锻造件的底部与地面的距离≥300mm，通过安放3台风扇进行风冷，将上述锻造件风冷至该锻造件的纵向截面中心点温度为350~400℃时，停止风冷；然后空冷至该锻造件的纵向截面中心点温度为200-250℃时，得到冷却件；

3）上述冷却件在350-400℃下保温4h，然后以40℃/h升温至500℃进行回火处理35h，然后空冷至室温，得到上述贝氏体模具钢。

实施例2本实施例与实施例1基本一致，区别在于：步骤1）为中钢锭在1180-1230℃进行保温处理12h；其他条件保持不变。

实施例3本实施例与实施例1基本一致，区别在于：步骤1）中镦粗和拔长均进行1次；其他条件保持不变。

实施例4本实施例与实施例1基本一致，区别在于：步骤1）中镦粗的压缩比为1.5-2；拔长的锻造比为1.2-1.8；其他条件保持不变。

实施例5本实施例与实施例1基本一致，区别在于：步骤1）中每次镦粗后在1000-1100℃进行保温处理；每次拔长后在1000-1100℃进行保温处理。

实施例6本实施例与实施例1基本一致，区别在于：步骤1）中镦粗后保温处理的时间为4h，拔长后保温处理的时间为8h；其他条件保持不变。

实施例7本实施例与实施例1基本一致，区别在于：步骤3）中回火处理的时间为25h；其他条件保持不变。

实施例8本实施例与实施例1基本一致，区别在于：步骤1）中拔长的相对送进量为1.1-1.3，压下量为10-15%；其他条件保持不变。

实施例9本实施例与实施例1基本一致，区别在于：步骤1中，钢锭的化学组成为C0.22%，Si 0.27%，Mn 1.55%，Mo 0.32%，Cu 2%，Ni 0.67%，Cr 2%，P 0.016%，S 0.009%，余量为Fe及杂质；其他条件保持不变。

实施例10本实施例与实施例1基本一致，区别在于：步骤1中，钢锭的化学组成为C0.22%，Si 0.27%，Mn 1.55%，Mo 0.32%，Cu 2%，Ni 0.8%，Cr 1.6%，P 0.016%，S 0.009%，余量为Fe及杂质；其他条件保持不变。

实施例11本实施例与实施例1基本一致，区别在于，步骤3）之前还包括固溶处理，即步骤2）为：2）将锻造件放置于料架上，锻造件的底部与地面的距离≥300mm，通过安放3台风扇进行风冷，将上述锻造件风冷至该锻造件的纵向截面中心点温度为350~400℃时，停止风冷；然后空冷至该锻造件的纵向截面中心点温度为200-250℃后，将物料在880-1000℃下进行固溶处理1D-1.5D时间后，水冷至室温程度后得到冷却件。

对比例1本对比例采用公开号为CN102650021A的专利文献中的制备方法得到模具钢，包括以下步骤：A. 炼钢：按贝氏体预硬型塑料模具钢的化学成分及重量百分比:C0.25-0.40%，Si 0.10-0.50%，Mn 1.50-2.50%，Cr 1.00-2.00%, Mo 0.10-0.35%，Nb 0.02-0.07%，P≤0.03%，S≤0.03%，Fe余量，配料后放入中频感应炉中进行熔炼；然后进行精炼；再经过真空脱气；最后浇注钢锭，待用；B. 锻造：将上述钢锭脱模后热送入炉中，然后将温度调整到1150-1250℃温度范围内进行多向锻造加工；锻造比≥4，终锻温度≥850℃；C. 锻后冷却：采用风冷+空冷方式冷却；风冷至350-400℃时，停止风冷，然后入回火炉待料；D. 回火热处理：500-550℃回火处理，然后随炉冷却至250℃以下，出炉空冷至室温。

对比例2本对比例提供的是3Cr2MnNiMo模具钢。

对比例3本对比例提供的是4Cr2Mn1MoS模具钢。

对比例4本对比例采用公开号为CN105002433B的专利文献中的制备方法得到模具钢，包括以下步骤：1）冶炼：按照模具钢的化学成分质量百分含量为：C 0.22%，Si 0.27%，Mn1.55%，Mo 0.32%，Cu 1.39%，Ni 0.62%，Cr 1.28%，P 0.016%，S 0.009%，余量为Fe及杂质进行配料；采用电炉冶炼、真空精练、电渣重熔方式进仔熔炼，电渣绽出模后入350-400℃燃气退火炉进行待料，以≤80℃/h升温至800+20℃进行均温和保温，然后以≤50℃/h炉冷至500℃，再以≤30℃/h炉冷至300±50℃保温，最后封炉冷至≤80℃出炉堆冷至室温；2）锻造：冷锭入加热炉在1200~1250℃保温后进行锻造，墩粗比不小于2.0，锻造比不小于5.0，终锻温度不小于900℃；3）锻后热处理：锻后风冷至550~600℃保温待料，全功率升温至950~1000℃进行均温和保温，空冷至300~350℃保温，再以≤80℃/h升温至650±20℃进行扩氢去应力退火，最后≤50℃/h炉冷至400℃出炉空冷；4）固溶+时效处理：固溶在900~960℃进行均温和保温，出炉油冷或雾冷至80-150℃；及时入回火炉在250+50℃保温5h，然后以≤80℃/h升温至500-550℃进行均温和保温时效处理，最后出炉空冷。

对比例5本对比例与实施例1基本一致，区别在于：步骤1中，钢锭的化学组成为C0.22%，Si 0.27%，Mn 1.55%，Mo 0.32%，Cu 2%，Ni 2%，Cr 1.9%，P 0.016%，S 0.009%，余量为Fe及杂质；其他条件保持不变。

对比例6本对比例与实施例1基本一致，区别在于：步骤1中，钢锭的化学组成为C0.22%，Si 0.27%，Mn 1.55%，Mo 0.32%，Cu 1.8%，Ni 1.5%，Cr 2.0%，P 0.016%，S 0.009%，余量为Fe及杂质；其他条件保持不变。

试验例

1、对上述实施例和对比例以下参数进行检测：

1）模具钢的化学组成：利用光电直读光谱仪，按照GB/T 4336-2016对模具钢的化学成分进行检测，具体结果见表1。

2）耐电化学腐蚀速率：用AB胶冷镶树脂将尺寸为10mm×10mm×3mm的模具钢的制备成电化学试样，采用Reference 600电化学工作站进行测试，其中，测试溶液为0.5wt%的NaCl溶液，采用3电极体系，试样为工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，测试温度为25°C。根据上述检测方法得到的动电位极化曲线测试结果计算得到腐蚀速率，具体结果见表2；实施例1和对比例1-3的电化学腐蚀动电位极化曲线如图13所示，其中，图13中的发明钢为实施例1、SDP1R为对比例1、3Cr2MnNiMo为对比例2、4Cr2Mn1MoS为对比例3。

3）切削性能：在CAK5085数控车床上采用外圆干切削的方式测试上述贝氏体模具钢的切削性能；其中，切削速度为180m/min，进给量为0.15mm/r，切削深度为1mm，检测刀尖的磨损量，具体结果见表2；实施例1和对比例1-3的切削性能曲线如图14所示，其中，图14中的发明钢为实施例1、SDP1R为对比例1、3Cr2MnNiMo为对比例2、4Cr2Mn1MoS为对比例3。

4）硬度：测试方法参考GB/T230.1-2018《金属材料 洛氏硬度试验 第1部分:试验方法》，具体结果见表2。

5）韧性：测试方法参考GB/T229-2020《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》，具体结果见表2。

6）夹杂物含量：采用光学显微镜对模具钢的基体组织进行观察，按GB/T10561-2005对模具钢的夹杂物含量进行评级，具体结果见表2。

7）微观组织：用扫描电子显微镜拍摄实施例1-9、对比例1-3模具钢的显微组织形貌，图1为实施例1模具钢的微观组织图片，图2为实施例2模具钢的微观组织图片，图3为实施例3模具钢的微观组织图片，图4为实施例4模具钢的微观组织图片，图5为实施例5模具钢的微观组织图片，图6为实施例6模具钢的微观组织图片，图7为实施例7模具钢的微观组织图片，图8为实施例8模具钢的微观组织图片，图9为实施例9模具钢的微观组织图片，图10为对比例1模具钢的微观组织图片，图11为对比例2模具钢的微观组织图片，图12为对比例3模具钢的微观组织图片。

2、检测结果

表1 模具钢的化学组成（%）

表1结果表明：各实施例的化学组成符合本发明模具钢的化学组成。对比例1的模具钢的化学组成还包括Nb0.03%，其化学组成和本发明模具钢的化学组成不同。

表2 模具钢的性能参数

表2的结果表明：各实施例的模具钢微观组织形貌均为贝氏体，均具有较好的耐腐蚀性能和切削性能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种兼顾耐腐蚀和切削性能的贝氏体模具钢，其特征在于，所述贝氏体模具钢按照质量百分含量包括：C0.20~0.40%，Si0.20~0.60%，Mn1.00~2.00%，Mo0.30~0.60%，Cu不高于2.0%且大于1.0%，X1.9~3.9%，余量为Fe及杂质，

其中，X包括Ni、Cr，且Cu：Ni：Cr=2~3:1:2~3；

所述贝氏体模具钢的显微组织为贝氏体；

所述贝氏体模具钢的电化学腐蚀速率≤7.092mm/year，其中，所述电化学腐蚀速率的测试溶液为0.5wt%的NaCl溶液，辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极，测试温度为25°C；

通过以下过程测试所述贝氏体模具钢的切削性能：在CAK5085数控车床上采用外圆干切削的方式测试所述贝氏体模具钢的切削性能；其中，切削速度为180m/min，进给量为0.15mm/r，切削深度为1mm；所述切削性能的测试结果为刀尖磨损≤110μm；

所述贝氏体模具钢的制备方法，包括以下步骤：

1）将化学组成为C0.20~0.40%，Si0.20~0.60%，Mn1.00~2.00%，Mo0.30~0.60%，Cu不高于2.0%且大于1.0%，X1.9~3.9%，余量为Fe及杂质，其中，X包括Ni、Cr，且Cu：Ni：Cr=2~3:1:2~3的钢锭在1180-1230℃进行保温处理，所述保温处理的时间为（3D-5D）h，D为所述钢锭的厚度，单位为分米，然后进行多向锻造加工，得到锻造件；

2）将所述锻造件风冷至所述锻造件的纵向截面中心点温度为300~400℃时，停止风冷；然后空冷至所述锻造件的纵向截面中心点温度为200-250℃时，得到冷却件；

3）将所述冷却件在450℃~600℃进行回火处理，所述回火处理的时间为（4.5D-6D）h，D为所述冷却件的厚度，单位为分米，然后空冷至室温，得到所述贝氏体模具钢。

2.根据权利要求1所述的贝氏体模具钢，其特征在于，所述贝氏体模具钢的硬度为34-42HRC。

3.根据权利要求1所述的贝氏体模具钢，其特征在于，步骤3）之前还包括，将所述冷却件在880-1000℃下进行固溶处理（1D-1.5D）h，D为所述冷却件的厚度，单位为分米，水冷至室温。

4.根据权利要求1所述的贝氏体模具钢，其特征在于，

所述多向锻造加工包括镦粗和拔长，所述镦粗和拔长均进行至少两次；所述镦粗的压缩比≥2.2；所述拔长的锻造比≥2.0；所述多向锻造加工的锻造比≥8；和/或，

所述多向锻造加工中，始锻温度为1050-1150℃，终锻温度为850-950℃。

5.根据权利要求4所述的贝氏体模具钢，其特征在于，每次所述镦粗后在1150-1200℃进行保温处理≥5h；和/或，每次所述拔长后在1150-1200℃进行保温处理≥10h。

6.根据权利要求4或5所述的贝氏体模具钢，其特征在于，所述拔长的相对送进量为0.5~0.8，压下量为20~35%。