專利名稱：高熱穩(wěn)定性高強度的熱作模具鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的高熱穩(wěn)定性高強度的熱作模具鋼，屬合金鋼制造工藝技術(shù) 領(lǐng)域。
技術(shù)背景熱作模具鋼的工作條件相當復雜，對模具材料的性能要求也很嚴格。熱作模具鋼 的種類很多，如3Cr2W8V、 4Cr5MoSil(H13)以及較新的DIEVAR鋼。3Cr2W8V是常用的熱擠壓模具鋼，它是一種高熱強性熱作模具鋼，并且具有良 好的鍛造、機械加工和熱處理工藝性能，但其冷熱疲勞性能較差、韌性較低，模具常 因發(fā)生龜裂而早期失效，尤其是用水冷卻時，模具的熱疲勞壽命很低。H13鋼具有良好的綜合力學性能、抗冷熱疲勞性能及抗液體金屬沖蝕性，但其使 用溫度應(yīng)《60(TC，同樣DIEVAR鋼也難以在65(TC條件下工作。通常，模具鋼的實 際工作條件要求達到70(TC以上。因此，目前在熱作模具鋼領(lǐng)域，利用成分均勻設(shè)計，開發(fā)出一種兼具超高的熱穩(wěn) 定性、良好強度和韌性的鋼種，是具有十分重要意義，可以帶來巨大經(jīng)濟效益。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種高熱穩(wěn)定性高強度的熱作模具鋼及其制備方法。 本發(fā)明一種高熱穩(wěn)定性高強度的熱作模具鋼，其特征在于具有以下的成分及重量百分比C 0.3 0.6%， Si 0.5 0.7%，Mn 10.5 14.5%， Cr 2.0 6.0%，Mo 1.5 3.5%， V 0.5 2.0%，P 0.01 0.02o/o， S <0.005%，F(xiàn)e 余量。上述的高熱穩(wěn)定性高強度的熱作模具鋼的制備方法，其特征在于具有以下的工藝過程和步驟a.熔煉按傳統(tǒng)常規(guī)方法熔煉；將按上述配方稱量配合的配合料放置于中頻感應(yīng)爐中，在1500 170(TC溫度下進行熔煉，然后澆注鋼錠；b. 電渣重熔將上述錠作為自耗電極放于電渣重熔裝置中，進行二次精煉.，利 用電流通過電渣層產(chǎn)生電阻熱來熔化自耗電極合金鋼母材，液體金屬以熔滴 形式經(jīng)渣池的渣層下落至下面的水冷結(jié)晶器中，再重新凝固成鋼錠；c. 高溫均勻化將上述鋼錠加熱到1200 1240°C，并保溫8 10小時，使鋼成分均勻化，防止成分偏析，改善鋼的凝固組；然后埋砂冷卻；d. 鍛造將上述鋼錠加熱室1200 1230°C，隨后進行粗鍛，終鍛溫度為950'C， 得到鋼鍛件；e. 毛坯鍛造將上述鋼鍛件毛坯再次加熱至nOO 115(TC，在950 110(TC溫度范圍內(nèi)再次進行鍛造加工；f. 退火然后在830'C溫度下退火8小時，以清除鍛造過程中產(chǎn)生的應(yīng)力；隨后 隨爐冷卻；制得熱作模具鋼；g. 淬火處理將上述熱作模具鋼最后經(jīng)淬火處理；淬火溫度為1100 1200°C;其時效溫度為700 800°C，時效時間為2 8小時。本發(fā)明的熱作模具鋼其設(shè)計成分配方的理論依據(jù)如下所述傳統(tǒng)的熱作模具鋼的組織通常是馬氏體，而馬氏體在高溫下會分解，所以難以在 高溫下工作。本鋼種是一種高錳奧氏體態(tài)模具鋼，通常適當?shù)腻i碳比例使得本鋼種始終保持在奧氏體態(tài)，而通過加入Cr、 Mo、 V這三種合金元素來形成碳化物，在時效熱處理過 程中，將析出它們的碳化物，強化基體。其使用組織是奧氏體加彌散析出的碳化物，無論是在熱處理過程中還是使用中都 保持奧氏體態(tài)，因此其具有良好的韌性，而析出的碳化物強化了基體，使得基體硬度 達到模具使用要求。正是由于這些碳化物是在高溫下析出來的，所以本鋼種可以在高 溫下工作，其能在700'C以上工作條件下，保持良好的熱穩(wěn)定性。本發(fā)明工藝方法上的特點是采用了電渣重熔工藝，這是優(yōu)質(zhì)鋼生產(chǎn)的二次精煉技 術(shù)；利用電渣重熔裝置，將鋼錠母材作為自耗電極，利用電流通過電渣層產(chǎn)生電阻熱 來熔化自耗電極合金鋼母材，其液體金屬以熔滴形式經(jīng)渣池的渣層下落至下面的水冷 結(jié)晶器熔池中，再重新凝固成鋼錠。鋼錠由下而上逐步結(jié)晶。電渣重熔工藝可降低鋼 錠中氣體的夾雜物的含量，可有效地脫氧脫硫，并且可以控制凝固，改善重熔鋼錠的 宏觀和微觀組織。因此電渣重熔工藝可獲得成分均勻、組織致密、質(zhì)量優(yōu)良的鋼錠。本發(fā)明方法制得的熱作模具鋼具有較高的洛氏硬度、良好的熱穩(wěn)定性、并且具有 良好的沖擊韌性。


圖1為本發(fā)明熱作模具鋼(簡稱SDHA鋼)在700'C條件下的熱穩(wěn)定性圖。圖2為本發(fā)明熱作模具鋼(簡稱SDHA鋼)在70(TC條件下與已有模具鋼H13和D正VAR鋼的熱穩(wěn)定性比較圖。
具體實施方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例敘述于后。實施例l:本實施例中，采用熱作模具鋼的組成成分及其重量百分比如下C 0.51%， Si 0.64%， Mn 13.08%， Cr5.0%， Mo 3,13%, V 1.12%， P 0.019%, S < 0.004%, Fe 余量。本實施例中，熱作模具鋼的工藝過程和步驟如下(1) 熔煉按傳統(tǒng)常規(guī)方法熔煉；將按上述配方稱量配合的配合料放置于中頻感 應(yīng)爐中，在160(TC溫度下進行熔煉，然后澆注鋼錠；(2) 電渣重熔將上述錠作為自耗電極放于電渣重熔裝置中，進行二次精煉；利 用電流通過電渣層產(chǎn)生電阻熱來熔化自耗電極合金鋼母材，液體金屬以熔滴形式經(jīng)渣 池的渣層下落至下面的水冷結(jié)晶器中，再重新凝固成鋼錠；(3) 高溫均勻化將上述鋼錠加熱到123(TC，并保溫9小時，使鋼成分均勻化，防止成分偏析，改善鋼的凝固組；然后埋砂冷卻；(4) 鍛造將上述鋼錠加熱室122(TC，隨后進行粗鍛，終鍛溫度為950'C，得到 鋼鍛件；(5) 毛坯鍛造將上述鋼鍛件毛坯再次加熱至1140°C，在IOO(TC溫度下再次進 行鍛造加工；(6) 退火.*然后在83(TC溫度下退火8小時，以清除鍛造過程中產(chǎn)生的應(yīng)力；隨 后隨爐冷卻；制得熱作模具鋼；(7) 淬火處理將上述熱作模具鋼最后經(jīng)淬火處理；淬火溫度為1200'C;其時效溫度為720°C ，時效時間為2小時。 性能測試將上述熱作模具鋼樣品作性能測試，結(jié)果如下(1)硬度HRC45。(2) 沖擊室溫沖擊大于300J。(3) 熱穩(wěn)定性在700。C條件下，做熱穩(wěn)定性試驗，附圖中的圖1即為本發(fā)明熱 作模具鋼(SDHA鋼)的熱穩(wěn)定性線圖。此處的熱穩(wěn)定性的表達方式為合金鋼材料在高溫條件下保溫一段時間，其硬度 保持不變即不下降的能力，所以用材料保溫后的硬度來反映。本發(fā)明的熱作模具鋼(SDHA鋼)與原有的H13鋼及DIEVAR鋼在700。C條件下，其熱穩(wěn)定性的比較，試驗結(jié)果如圖2所示。 H13鋼及D正VAR鋼的成分如下表所示:成分(wty。)CSiMnCrMoVPSH13鋼0.3730.9900.2705.4571.2340.9900.0160.005DIEVAR鋼0.3090.2370.4855.0562.4000.5980.0050.0004對于H13和DIEVAR鋼，各自取其最佳淬火回火工藝，再做熱穩(wěn)定性試驗。H13鋼熱處理工藝1100'C淬火+600'C回火2小時(2次)DIEVAR鋼熱處理工藝1025。C淬火+60(TC回火2小時(2次)+560°?；鼗?小時試驗結(jié)果從圖2試驗曲線中可看出，H13鋼和DIEVAR鋼在70(TC條件下，熱穩(wěn)定性很差， 而本發(fā)明熱作模具鋼(SDHA鋼)在70(TC條件熱穩(wěn)定性很好。
權(quán)利要求
1. 一種高熱穩(wěn)定性高強度的熱作模具鋼，其特征在于具有以下的成分及重量百分比C 0.3～0.6％，Si0.5～0.7％，Mn10.5～14.5％， Cr2.0～6.0％，Mo1.5～3.5％ V 0.5～2.0％，P 0.01～0.02％， S ＜0.005％，F(xiàn)e余量。
2. —種根據(jù)權(quán)利要求1的高熱穩(wěn)定性高強度的熱作模具鋼的制備方法，其特征在于 具有以下的工藝過程和步驟a. 熔煉按傳統(tǒng)常規(guī)方法熔煉；將按上述配方稱量配合的配合料放置于中頻感 應(yīng)爐中，在1500 170(TC溫度下進行熔煉，然后澆注鋼錠；b. 電渣重熔將上述錠作為自耗電極放于電渣重熔裝置中，進行二次精煉；利 用電流通過電渣層產(chǎn)生電阻熱來熔化自耗電極合金鋼母材，液體金屬以熔滴 形式經(jīng)渣池的渣層下落至下面的水冷結(jié)晶器中，再重新凝固成鋼錠；c. 高溫均勻化將上述鋼錠加熱到1200 1240°C，并保溫8 10小時，使鋼成 分均勻化，防止成分偏析，改善鋼的凝固組；然后埋砂冷卻；d. 鍛造將上述鋼錠加熱室1200 123(TC，隨后進行粗鍛，終鍛溫度為950'C， 得到鋼鍛件；e. 毛坯鍛造將上述鋼鍛件毛坯再次加熱至U00 115(TC,在950 110(TC溫 度范圍內(nèi)再次進行鍛造加工；f. 退火然后在830'C溫度下退火8小時，以清除鍛造過程中產(chǎn)生的應(yīng)力；隨后 隨爐冷卻；制得熱作模具鋼；g. 淬火處理將上述熱作模具鋼最后經(jīng)淬火處理；淬火溫度為1100 1200'C;其時效溫度為700 800°C,時效時間為2 8小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型熱作模具鋼材料，屬合金鋼制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明一種高熱穩(wěn)定性高強度熱作模具鋼，其特征在于具有以下的成分及重量百分比C 0.3～0.6％，Si 0.5～0.7％，Mn 10.5～14.5％，Cr 2.0～6.0％，Mo 1.5～3.5％，V 0.5～2.0％，P 0.01～0.02％，S＜0.005％，F(xiàn)e余量。本發(fā)明熱作模具鋼的制備過程如下(1)熔煉、(2)電渣重熔、(3)高溫均勻化、(4)粗鍛、(5)毛坯鍛造、(6)退火、(7)淬火；最終制得熱作模具鋼。該模具鋼的最大優(yōu)點是熱穩(wěn)定性好，可以在700℃條件下，保持較高硬度，硬度在HRC 45以上；該材料的室溫沖擊韌性值大于300丁。
文檔編號C22C38/38GK101220442SQ20071017169
公開日2008年7月16日 申請日期2007年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月6日
發(fā)明者吳曉春, 汪宏斌, 王良平, 謝豪杰, 閔永安 申請人:上海大學