一種提高冷作模具鋼鑄態(tài)熱加工性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，更具體的說涉及一種用于提高高碳高合金冷作模具鋼鑄態(tài) 加工性能的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 冷作模具鋼主要用于制造在冷態(tài)(室溫)下工作的模具，如冷沖壓模具、冷拉伸模 具、冷鐓模具、冷擠壓模具、壓印模具和螺紋滾絲模等，其中最典型牌號(hào)是高碳、高鉻型冷作 模具鋼，其特點(diǎn)是具有較高的耐磨性、淬透性、微變形、高熱穩(wěn)定性、高抗彎強(qiáng)度，其消耗量 在冷作模具鋼中居于首位。這類冷作模具鋼由于其成分中具有很高的含碳量和含鉻量，形 成了大量的碳化物和高合金度的馬氏體，使鋼具有高硬度、高耐磨性的特點(diǎn)。但同時(shí)大量網(wǎng) 狀碳化物也造成其熱加工塑性差，具體表現(xiàn)在變形抗力大、可鍛性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供了一種方法可以有效改善高碳、高鉻型冷作模具鋼的碳化物的形態(tài)和 分布，從而顯著提高其鑄態(tài)高溫塑性和壓力加工過程的成品率，降低生產(chǎn)成本。
[0004] 本發(fā)明的目的是為了提供一種提高高碳高合金冷作模具鋼鑄態(tài)熱加工性能的方 法。可以在冷作模具鋼生產(chǎn)過程中通過應(yīng)用該方法，一方面改善鋼中碳化物的形態(tài)和分布， 另一方面可以降低鋼中的氧含量和細(xì)化鋼中的非金屬夾雜物。
[0005] 本發(fā)明提供了一種提高高碳高合金冷作模具鋼鑄態(tài)熱加工性能的方法，所述方法 按照鋼種成分，準(zhǔn)備冶煉所需的包括純鐵、金屬鉻、釩鐵、電解錳、工業(yè)硅、鉬鐵和石墨塊等 各種原料，并配置由鎂Mg、鉬Mo、鎳Ni三種元素構(gòu)成的鎳鎂鉬處理合金，在真空感應(yīng)爐或電 爐中按如下步驟進(jìn)行冶煉：
[0006] (1)將純鐵、金屬鉻、鉬鐵和釩鐵置于MgO坩堝內(nèi)，抽真空至0.1 Pa，通電加熱直至原 料全部熔化成金屬液體；
[0007] (2)待原料全部熔清后加入脫氧劑進(jìn)行一次脫氧；
[0008] (3)脫氧后，充氬，加入工業(yè)硅、電解錳和石墨塊進(jìn)一步熔化冶煉；
[0009] (4)待原料全部熔化后，持續(xù)精煉10~20min，使成分更加均勻；
[0010] (5)精煉后，充氬氣，根據(jù)設(shè)計(jì)的不同成分加入鎳鎂鉬處理合金；
[0011] (6)加入鎳鎂鉬合金保持反應(yīng)3~lOmin，之后在氬氣保護(hù)下進(jìn)行饒注成錠。
[0012] 上述方法中所述鎳鎂鉬處理合金，其特征是處理合金的化學(xué)質(zhì)量百分比為:Mg含 量為4~7%、Mo含量為13-16%、其余成分為Ni。
[0013] 在步驟(5)中，控制鋼中Mg含量按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在0 · 001 %~0 · 004%范圍內(nèi)。
[0014] 如眾所知，在煉鋼溫度下，鎂和氧、硫都具有很大的親合力，同時(shí)，鎂在鋼中的溶解 度小，不改變鋼液的成分。因此，使用鎂或者含鎂合金處理鋼液國(guó)內(nèi)外都開展了相關(guān)的研究 工作。
[0015] 實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果表明，用Mg處理可以使鋼水中的全氧含量和硫含量分別降低到 0.001%和0.005%;1%可以使簇狀41203夾雜變成微小、隨機(jī)彌散的尖晶石型(1^0 41203) 夾雜物。鎂在鋼中的作用主要集中在三個(gè)方面：1)純凈化鋼液;2)對(duì)夾雜物變性，使夾雜物 無害化;3)微合金化以便提高鋼的性能。
[0016] 實(shí)驗(yàn)證明，Mg對(duì)高溫合金和超合金的熱加工塑性和使用性能都有良好的影響。關(guān) 于Mg在高溫合金中的應(yīng)用和作用機(jī)理的研究，早在60年代中期，前蘇聯(lián)冶金學(xué)者就已經(jīng)做 了大量的研究工作，自1970年以后，前蘇聯(lián)、美國(guó)和日本開始在雜志上公開發(fā)表文章和專 利，報(bào)道這方面的研究成果。
[0017] 我國(guó)冶金學(xué)者在高溫合金領(lǐng)域開展了大量的研究，分析了高溫合金中鎂的作用機(jī) 制。但是，鎂作為微合金化元素在其他品種領(lǐng)域的應(yīng)用研究報(bào)道尚少見。國(guó)內(nèi)對(duì)于不同的鋼 種，研究者采用鎂或者鎂合金對(duì)鋼液進(jìn)行處理后，得出的鎂對(duì)鋼材性能的影響結(jié)果表明，微 量鎂處理鋼液后，鋼材的力學(xué)性能、尤其是斷裂韌性和高溫塑性獲得了明顯的改善。
[0018] 鎂的微合金化作用不僅適用于合金比高、熱加工塑性差的高溫合金，在特鋼生產(chǎn) 領(lǐng)域可更為廣泛推廣應(yīng)用。特別是變形抗力大、可鍛性差的高碳并含1、1 〇、他^、&等多種 強(qiáng)碳化物形成元素的工模具鋼、高溫軸承鋼及高強(qiáng)鋼、超高強(qiáng)度鋼完全可以借鑒應(yīng)用。
【附圖說明】
[0019] 本發(fā)明所提供的附圖是實(shí)施例與空白爐次的效果對(duì)比圖。其中：
[0020] 圖1為空白對(duì)比爐次的鑄態(tài)試樣高溫拉伸后的斷口形貌圖（900°C);
[0021] 圖2為實(shí)驗(yàn)例2的鑄態(tài)試樣高溫拉伸后的斷口形貌圖（900°C);
[0022] 圖3為空白對(duì)比爐次的鍛后熱處理碳化物分布圖；以及 [0023]圖4為實(shí)驗(yàn)例2的鍛后熱處理碳化物分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 按照鋼種成分，準(zhǔn)備好所需的原料純鐵、金屬鉻、釩鐵、電解錳、工業(yè)硅、鉬鐵、石墨 塊等原料，并配置好本項(xiàng)
【發(fā)明內(nèi)容】
中所述的鎳鎂鉬合金，在普通真空感應(yīng)爐或電爐中進(jìn)行 冶煉。
[0025] 具體實(shí)施情況如下。
[0026] 實(shí)施例1
[0027]根據(jù)冶煉工藝條件，在25kg真空感應(yīng)爐上對(duì)冷作模具鋼D2(Crl2M〇lVl)進(jìn)行了加 入鎳鎂鉬處理合金冶煉實(shí)驗(yàn)，具體方法如下：
[0028] (1)將純鐵、金屬鉻、鉬鐵、釩鐵置于MgO坩堝內(nèi)，抽真空至O.lPa，通電加熱直至原 料全部溶化成金屬液體；
[0029] (2)原料全部熔清后加入脫氧劑進(jìn)行一次脫氧；
[0030] (3)脫氧后，充氬，加入工業(yè)硅、電解錳和石墨塊進(jìn)一步熔化冶煉；
[0031] (4)待合金再次全部熔化后，持續(xù)精煉lOmin，使成分更加均勻；
[0032] (5)精煉后，充氬氣，根據(jù)設(shè)計(jì)不同成分加入鎳鎂鉬處理合金；
[0033] (6)加入合金保持反應(yīng)8min，之后在氬氣保護(hù)下進(jìn)行饒注成錠。
[0034] 前面所說的鎳鎂鉬處理合金的成分為:鎂Mg: 4.8%，鉬Mo: 6.7 %，鎳Ni : 88.5% ;處 理后鋼水中鎂的質(zhì)量百分含量控制為0.0015%。
[0035]本實(shí)施例所獲鋼錠與一般方法所獲鋼錠相比，其化學(xué)成分和力學(xué)性能對(duì)比結(jié)果見 表1和表2。
[0036] 表1D2鋼處理前后化學(xué)成分對(duì)比結(jié)果
[0037]
[0038]表2D2鋼處理前后高溫力學(xué)性能對(duì)比（鑄態(tài)試樣）
[0039]
[0040] 實(shí)施例2
[0041 ]根據(jù)冶煉工藝條件，在25kg真空感應(yīng)爐上再次對(duì)冷作模具鋼D2(Crl2M〇lVl)進(jìn)行 了加入鎳鎂鉬處理合金冶煉實(shí)驗(yàn)，其使用的方法與實(shí)施1完全相同，但加入的鎳鎂鉬處理合 金的成分為：鎂Mg: 5.1 %，鉬M〇:4.7%，鎳Ni :90.2%，鋼水中鎂的質(zhì)量百分含量按照 0.0050 % 控制。
[0042] 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后所獲得的鋼錠與鎳鎂鉬處理合金的空白鋼錠進(jìn)行對(duì)比，其化學(xué)成分和 力學(xué)性能對(duì)比結(jié)果見表3和表4所示。
[0043] 表3D2鋼處理前后化學(xué)成分對(duì)比結(jié)果
[0044]
[0045] 表4D2鋼處理前后高溫力學(xué)性能對(duì)比（鑄態(tài)試樣）
[0046]
[0047] 從實(shí)施例1和實(shí)施例2的結(jié)果可以看出，采用本發(fā)明的方法，實(shí)施鋼種D2的主要化 學(xué)成分沒有多大變化，但是鋼中鎂Mg含量分別達(dá)到0.0012%和0.0041 %。而鋼中的氧含量 得到明顯降低，分別只有對(duì)比實(shí)驗(yàn)爐次的50.0%和57.1%。當(dāng)加入的鎂足夠多時(shí)，也得到了 一定的脫硫效果，實(shí)施例2的硫含量只有對(duì)比實(shí)驗(yàn)爐次的62.8%。而由鑄態(tài)試樣的力學(xué)性能 對(duì)比可知，力學(xué)性能，尤其是塑性提高明顯，最具有代表性的斷面收縮率，實(shí)施例2在900Γ 時(shí)，提高26 · 1 %，1000 °C 時(shí)，提高42 · 0 %，而 1100 °C 時(shí)，提高94 · 9 %。
[0048] 圖1和圖2分別為空白對(duì)比爐次和實(shí)施例2鑄態(tài)試樣高溫拉伸后的斷口形貌圖，由 圖1和圖2的對(duì)比可知經(jīng)本發(fā)明方法處理后，宏觀方面，剪切唇區(qū)的面積明顯增大，而剪切唇 區(qū)是反映韌性斷裂的重要參數(shù)之一。
[0049] 圖3和圖4分別為空白對(duì)比爐次和實(shí)施例2鍛后熱處理試樣的碳化物分布圖，由圖3 圖4中可以看出，空白對(duì)比試樣中的碳化物尺寸較大，大部分為長(zhǎng)條狀，并且整個(gè)碳化物呈 "帶狀"分布;而實(shí)施例2試樣中幾乎完全為球狀，碳化物細(xì)小均勻，呈彌散分布。碳化物尺寸 和分布的改善可以明顯提高該鋼種的高溫塑性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提高高碳高合金冷作模具鋼鑄態(tài)熱加工性能的方法，所述方法按照鋼種成分， 準(zhǔn)備冶煉所需的包括純鐵、金屬鉻、釩鐵、電解錳、工業(yè)硅、鉬鐵和石墨塊的原料，其特征是 所述方法還包括配置由鎂、鉬、鎳三種元素構(gòu)成的鎳鎂鉬處理合金，在真空感應(yīng)爐或電爐中 按如下步驟進(jìn)行冶煉： (1) 將純鐵、金屬鉻、鉬鐵和釩鐵置于MgO坩堝內(nèi)，抽真空至O.lPa左右，通電加熱直至原 料全部熔化成金屬液體； (2) 待原料全部熔清后加入脫氧劑進(jìn)行一次脫氧； (3) 脫氧后，充氬，加入工業(yè)硅、電解錳和石墨塊進(jìn)一步熔化冶煉； (4) 待原料全部熔化后，持續(xù)精煉10~20min，使成分更加均勻； (5) 精煉后，充氬氣，根據(jù)設(shè)計(jì)的不同成分加入鎳鎂鉬處理合金； (6) 加入鎳鎂鉬處理合金保持反應(yīng)3~lOmin，之后在氬氣保護(hù)下進(jìn)行饒注成錠。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高高碳高合金冷作模具鋼鑄態(tài)熱加工性能的方法，其 特征在于所述鎳鎂鉬處理合金的化學(xué)質(zhì)量百分比為:Mg含量為4~7%、Mo含量為13-16%、 其余成分為Ni。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高高碳高合金冷作模具鋼鑄態(tài)熱加工性能的方法，其 特征在于在步驟(5)中，控制鋼中Mg含量按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)在0.001 %~0.004%范圍內(nèi)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，更具體的說涉及一種用于提高高碳高合金冷作模具鋼鑄態(tài)加工性能的方法，其特征為向鋼中加入一種合金，其化學(xué)質(zhì)量百分比為：4-7％的鎂(Mg)、13-16％的鉬(Mo)和剩余量的鎳(Ni)。本發(fā)明可以應(yīng)用在高碳高合金冷作模具鋼生產(chǎn)的精煉環(huán)節(jié)，通過加入該種合金，控制鋼中鎂Mg的質(zhì)量百分含量在0.001％-0.005％范圍內(nèi)，可以顯著改善鑄態(tài)鋼的熱加工性能。
【IPC分類】C22C33/06, C22C38/44, C22C38/46
【公開號(hào)】CN105624541
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511022531
【發(fā)明人】龔偉, 王承, 姜周華, 陳常勇, 彭娟, 王海東, 戰(zhàn)東平
【申請(qǐng)人】東北大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年12月30日