一種奧氏體熱作模具鋼及其熱處理工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冶金鑄造領(lǐng)域，尤其涉及一種奧氏體熱作模具鋼及其熱處理工藝，具體適用于提高模具鋼的高溫?zé)岱€(wěn)定性。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)馬氏體型熱作模具鋼的服役溫度一般不超過(guò)700°C，如H13、HD等。奧氏體型熱作模具鋼由于基體為單一的奧氏體，高溫服役時(shí)不存在基體分解和軟化問(wèn)題，若基體與析出相控制得當(dāng)，可在700°C以上使用且保持良好的硬度與韌性。形成奧氏體基體需要加入穩(wěn)定奧氏體的合金元素，由于奧氏體基體較軟，還需加入強(qiáng)化基體的第二相形成元素?，F(xiàn)有的奧氏體模具鋼合金元素的添加量較多，生產(chǎn)成本較高，如何在保證奧氏體模具鋼性能與質(zhì)量的前提下，降低制造成本，是模具鋼技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，也是奧氏體模具鋼未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
[0003]中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公布號(hào)為CN101302602A，申請(qǐng)公布日為2008年11月12日的發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種稀土奧氏體型熱作模具鋼材料，熱作模具鋼的成分及重量百分比為:C:0.3?0.7%，S1:0.5?l%，Mn:10.5?15%，Cr:2.0?6.0%，Mo:1.5?3.5%，V:0.5?2.0%，P:0.01?0.02%，S〈0.005%，稀土元素:0.003?0.01%，F(xiàn)e余量。熱作模具鋼的制備方法是配料后熔煉、澆鑄、電渣重熔，在1240?1290°C高溫均勻化;進(jìn)行粗鍛、毛坯鍛造和退火，然后在1140?1200 0C固溶處理和700?760 V時(shí)效處理。雖然該發(fā)明能使模具鋼具有高強(qiáng)度、高韌性，但其仍存在以下缺陷:
1、該發(fā)明的Cr含量較高，在制造過(guò)程中容易析出Cr23C6導(dǎo)致晶粒粗化，降低了該發(fā)明的高溫?zé)岱€(wěn)定性，導(dǎo)致該模具鋼在高溫環(huán)境下工作時(shí)強(qiáng)度下降較快，造成了該模具鋼使用壽命較短。
[0004]2、該發(fā)明的稀土元素含量過(guò)低，導(dǎo)致該發(fā)明的高溫抗氧化性較弱，該模具鋼在固溶處理時(shí)奧氏體晶粒容易粗化，造成該模具鋼高溫?zé)岱€(wěn)定性差、使用壽命短。
[0005]3、該發(fā)明的合金元素的添加總量較多，生產(chǎn)成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的高溫?zé)岱€(wěn)定性差的問(wèn)題，提供了一種高溫?zé)岱€(wěn)定性好的奧氏體熱作模具鋼及其熱處理工藝。
[0007]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種奧氏體熱作模具鋼，所述模具鋼的成分及質(zhì)量百分比為:
C:0.72%?0.80%，S 1:0.90%?1.10%,Mn:11.0%?15.0%，Cr:0.60%?0.90%，Mo:0.80%?1.20%, V: 1.40% ?1.80%,N: 0.030% ?0.050%，Y: 0.02% ?0.10%，P〈0.020%，S〈0.008%，余量為
Fe0
[0008]所述模具鋼的成分及質(zhì)量百分比為:C: 0.76%，S1:1.0%，Mn: 13.0%，Cr: 0.75%，Mo:1.0%，V:1.60%，N:0.040%，Y:0.06%，P:0.010%，S:0.004%，余量為 Fe。
[0009]—種奧氏體熱作模具鋼的熱處理工藝，包括以下步驟:
a、將所述模具鋼的鋼錠進(jìn)行均勻化退火，對(duì)鋼錠鍛造成的毛坯進(jìn)行毛坯退火；
b、將上述毛坯固溶處理:固溶溫度為12500C?1400V，保溫時(shí)間為0.5小時(shí)?I小時(shí)；
c、將固溶處理后的毛坯時(shí)效處理:時(shí)效溫度為750°C?800°C，時(shí)效時(shí)間為2小時(shí)?6小時(shí)，此時(shí)模具鋼熱處理完成。
[0010]所述a步驟中，所述模具鋼的鋼錠進(jìn)行均勻化退火是指:將鋼錠在1300V?1400 V保溫8小時(shí)?10小時(shí)，所述毛坯退火是指:將鋼錠鍛造成的毛坯在900°C?950°C保溫4小時(shí)?6小時(shí)。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
1、本發(fā)明一種奧氏體熱作模具鋼的成分及質(zhì)量百分比為:C:0.72%?0.80%，S1:0.90%?1.10%，Mn:11.0%?15.0%，Cr:0.60%?0.90%，Mo:0.80%?1.20%，V:1.40%?1.80%，N:
0.030% ?0.050%, Y: 0.02% ?0.10%，P〈0.020%, S<0.008%，余量為 Fe，上述配方中各成分的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)為:γ:0.02%?0.10%，稀土元素釔能夠幫助絕大部分合金元素在固溶處理時(shí)溶入奧氏體，從而使模具鋼在時(shí)效處理時(shí)大量彌散析出第二相來(lái)強(qiáng)化奧氏體基體;另外，釔偏聚于奧氏體晶界，保證了固溶處理時(shí)奧氏體晶粒尺寸不會(huì)過(guò)分粗大，有效提高模具鋼的高溫強(qiáng)度、韌性與高溫抗氧化性;V: 1.40%?1.80%，本設(shè)計(jì)的釩元素的含量與氮元素相匹配，時(shí)效處理時(shí)釩以碳氮化釩的形式彌散析出，碳氮化釩可強(qiáng)化奧氏體基體，提高模具鋼的熱強(qiáng)性；C:0.72%?0.80%，本設(shè)計(jì)提高了碳的含量能夠擴(kuò)大奧氏體區(qū)域，在時(shí)效處理時(shí)碳元素形成合金碳化物，提高模具鋼的基體強(qiáng)度，同時(shí)提高碳元素含量能夠相應(yīng)減少模具鋼配方中氮、錳的含量從而降低模具鋼的原料成本;Cr:0.60%?0.90%，本設(shè)計(jì)通過(guò)降低鉻元素的含量來(lái)抑制Cr23C6的析出，有效防止晶粒粗化，提高了模具鋼的高溫?zé)岱€(wěn)定性，降低了原料成本；Mo: 0.80%?1.20%，本設(shè)計(jì)的鉬元素以Mo2C的形式析出，增強(qiáng)模具鋼的高溫強(qiáng)度和高溫耐磨性，同時(shí)減少鉬的含量，降低原料成本;Mn: 11.0%?15.0%，猛是奧氏體形成元素，猛元素含量大于11%是本設(shè)計(jì)模具鋼固溶處理后獲得奧氏體基體的重要條件，若本設(shè)計(jì)的錳元素含量大于15%，會(huì)導(dǎo)致模具鋼加工硬化強(qiáng)烈，機(jī)械加工變得困難;本設(shè)計(jì)的合金元素添加總量較少，能夠在提高奧氏體模具鋼性能與質(zhì)量的同時(shí)有效降低生產(chǎn)成本。因此，本設(shè)計(jì)在降低原料成本的同時(shí)顯著提高模具鋼的高溫抗氧化性和高溫?zé)岱€(wěn)定性。
[0012]2、本發(fā)明一種奧氏體熱作模具鋼的熱處理工藝中固溶處理:固溶溫度為12500C?1400°C，保溫時(shí)間為0.5?I小時(shí)，由于本設(shè)計(jì)模具鋼含有0.02%?0.10%的釔，需要采用更高的固溶處理溫度，使合金元素盡可能多的溶解到固溶體中，本設(shè)計(jì)將合金元素溶入奧氏體的比率提高到98%以上，使合金元素更加均勻的分布于奧氏體內(nèi)，極大增強(qiáng)了后續(xù)的時(shí)效強(qiáng)化效果。時(shí)效處理:時(shí)效處理溫度控制在750°C?800°C，時(shí)效時(shí)間為2?6小時(shí)，由于固溶處理中合金元素溶解充分，導(dǎo)致在時(shí)效處理時(shí)能夠大量彌散析出第二相，從而增強(qiáng)沉淀強(qiáng)化效果，有效提高奧氏體模具鋼的高溫?zé)岱€(wěn)定性和抗氧化性。因此，本設(shè)計(jì)的固溶處理能夠?qū)⒔^大部分合金元素溶入奧氏體鋼中，有效增強(qiáng)了時(shí)效處理的強(qiáng)化效果，有效提高模具鋼的高溫?zé)岱€(wěn)定性。
[0013]3、本發(fā)明一種奧氏體熱作模具鋼的熱處理工藝中鋼錠均勻化退火:均勻化退火溫度為13000C?14000C，保溫時(shí)間為8小時(shí)?10小時(shí)，本設(shè)計(jì)采用較高的溫度進(jìn)行均勻化退火，使模具鋼的化學(xué)成分和組織均勻化，有效防止晶內(nèi)偏析，為后續(xù)固溶處理和時(shí)效處理提供了基礎(chǔ)。因此，本設(shè)計(jì)的鋼錠均勻化退火步驟能夠使模具鋼的化學(xué)成分和組織均勻化。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的組織SEM照片。
[0015]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的熱穩(wěn)定性變化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合【附圖說(shuō)明】和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0017]參見(jiàn)圖1、圖2，一種奧氏體熱作模具鋼，所述模具鋼的成分及質(zhì)量百分比為:
C:0.72%?0.80%，S 1:0.90%?1.10%,Mn:11.0%?15.0%，Cr:0.60%?0.90%，Mo:0.80%?1.20%, V: 1.40% ?1.80%,N: 0.030% ?0.050%，Y: 0.02% ?0.10%，P〈0.020%，S〈0.008%，余量為
Fe0
[0018]所述模具鋼的成分及質(zhì)量百分比為:C: 0.76%，S1:1.0%，Mn: 13.0%，Cr: 0.75%，Mo:1.0%，V:1.60%，N:0.040%，Y:0.06%，P:0.010%，S:0.004%，余量為 Fe。
[0019]一種奧氏體熱作模具鋼的熱處理工藝，包括以下步驟:
a、將所述模具鋼的鋼錠進(jìn)行均勻化退火，對(duì)鋼錠鍛造成的毛坯進(jìn)行毛坯退火；
b、將上述毛坯固溶處理:固溶溫度為12500C?1400V，保溫時(shí)間為0.5小時(shí)?I小時(shí)；
c、將固溶處理后的毛坯時(shí)效處理:時(shí)效溫度為750°C?800°C，時(shí)效時(shí)間為2小時(shí)?6小時(shí)，此時(shí)模具鋼熱處理完成。
[0020]所述a步驟中，所述模具鋼的鋼錠進(jìn)行均勻化退火是指:將鋼錠在1300°C?1400°C保溫8小時(shí)?10小時(shí)，所述毛坯退火是指:將鋼錠鍛造成的毛坯在900°C?950°C保溫4小時(shí)?6小時(shí)。
[0021]本發(fā)明的原理說(shuō)明如下:
奧氏體熱作模具鋼的性能取決于奧氏體基體晶粒的尺寸及奧氏體基體上析出相的種類(lèi)、形態(tài)、大小和分布。本發(fā)明的奧氏體模具鋼的化學(xué)元素的選擇與控制原因如下:
C:0.72%?0.80%，碳元素能夠擴(kuò)大奧氏體區(qū)域，提高碳含量可降低配方中氮和錳含量、降低原料成本。同時(shí)增加碳含量可提高基體的強(qiáng)度，形成的不同的合金碳化物，達(dá)到強(qiáng)化基體的效果。但碳含量過(guò)高，會(huì)降低模具鋼的韌性和高溫抗疲勞性能。
[0022]S1: 0.90%?1.10%，硅固溶于奧氏體能固溶強(qiáng)化模具鋼、增強(qiáng)加工硬化效果，高溫時(shí)效可有效抑制合金滲碳體的析出，提高合金碳化物的彌散度，增強(qiáng)基體抗軟化能力和抗氧化能力。本發(fā)明成分模具鋼的硅含量超過(guò)1.1%，上述效果不明顯。
[0023]Mn: 11.0%?15.0%，錳是奧氏體形成元素，錳大于11%是本發(fā)明模具鋼固溶處理后獲得奧氏體基體的重要條件。錳大于15%后，加工硬化強(qiáng)烈，機(jī)械加工變得困難。
[0024]Cr: 0.60%?0.90%，鉻溶入奧氏體，對(duì)奧氏體基體起固溶強(qiáng)化作用，時(shí)效處理時(shí)析出的合金碳化物起沉淀強(qiáng)化作用。根據(jù)本發(fā)明模具鋼的碳含量，將鉻的含量控制在0.60%?
0.90%，能夠有效抑制Cr23C6的析出，防止晶粒粗化的同時(shí)降低原料成本。
[0025]Mo: 0.80%?1.20%，鉬溶入奧氏體，對(duì)奧氏體基體起固溶強(qiáng)化作用。時(shí)效處理時(shí)析出碳化物起沉淀