一種Cr3系列熱作模具鋼及其熱處理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種Cr3系列熱作模具鋼，所述熱作模具鋼以重量％計(jì)，包含C0.38～0.50％，Si 0.15～0.70％，Mn 0.30～0.90％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr2.80～3.50％，Ni 1.40～2.00％，Mo1.80～2.60％，V0.10～0.50％，Al0.020～0.10％，Nb 0.02～0.20％，余量的Fe。本發(fā)明提出一種新的Cr3系列熱作模具鋼(記為YD3系列模具鋼)的化學(xué)成分配方，與現(xiàn)有的Cr3Mo3(4Cr3Mo3SiV，H10)系熱作模具鋼比較，YD3系列模具鋼C、Mn、Cr含量相當(dāng)，降低了Mo、V、Si含量，添加Ni元素、添加了Nb元素、添加了Al元素。從而提高了韌性。
【專利說明】
一種Cr3系列熱作模具鋼及其熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于鐵基合金領(lǐng)域，具體涉及一種用于鍛造模具的合金及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 5CrNiMo和5CrNiMoV是當(dāng)前工業(yè)上的主要模具材料(GB/T11880-89模鍛錘和大型 機(jī)械鍛壓機(jī)用模塊技術(shù)條件）;GB1299-2000合金工具鋼;《我國(guó)熱作模具鋼性能數(shù)據(jù)集》，朱 宗元，機(jī)械工程材料，第25卷第12期，Pl 2;其中5CrNiMo模具鋼熱強(qiáng)性和耐磨性較差。我國(guó)鍛 造用模具材料品種較少，應(yīng)用最多的是GB/T11880-89中的5CrNiMo、5CrNiMoV、4Cr2Mo VNi (B2); GB/T1299-2000中的Hl 3;這些品種中依據(jù)使用硬度來衡量，高的高，低的低，缺少中間 硬度的品種，GB/T11880-89中的5Cr2NiM〇VSi屬于硬度適中的品種，但因脆性大，易于開裂， 應(yīng)用不廣泛。故需開發(fā)合金化和硬度處于5CrNiMo和H13中間的或高于H13的系列品種。
[0003] H13(4Cr5MoSiVl)是世界應(yīng)用最廣泛的高合金熱作模具鋼，用途有型腔復(fù)雜、承受 沖擊載荷較大的錘鍛模，鍛造壓力機(jī)上的整體模具或鑲塊，以及熱擠模、熱切邊模、壓鑄模 等，具有較高的熱硬性和耐磨性(《H13模具鋼的應(yīng)用與發(fā)展》，李彩文，王孟君，武星星，中國(guó) 材料科技與設(shè)備，2009年，第4期）。!113鋼原是美國(guó)的一個(gè)鋼種，在我國(guó)一般稱作4Cr5M 〇SiVl 鋼。熱作模具鋼要求材料具有高的淬透性、高的高溫強(qiáng)度、高的耐磨性、高的韌度、高的抗熱 裂能力和尚的耐恪損性能等。Hl3鋼之所以被廣泛應(yīng)用，是因?yàn)樗哂幸韵绿匦?①具有尚 的淬透性和高的韌性;②優(yōu)良的抗熱裂能力，在工作場(chǎng)合可予以水冷;③具有中等的耐磨 性，可采用滲碳或滲氮工藝來提高其表面硬度;④在較高溫度下具有抗軟化能力;⑤熱處理 變形小;⑥良好的切削加工性能。H13的缺點(diǎn)在于不適合制造大中型、大型和超大型模具，易 于開裂。故國(guó)內(nèi)開發(fā)了大截面熱作模具鋼。
[0004] 鍛壓模塊的厚度彡350~500mm的稱為大型模塊，厚度彡500mm的稱特大型模塊。我 國(guó)開發(fā)了45Cr2NiMoVSi (45Cr2)、5Cr2NiMoVSi (5Cr2)、3Cr2MoVNi (B2)和3Cr2MoWVNi (B3) (JBT8431-1996《熱鍛成形模具鋼及其熱處理技術(shù)條件》）等大截面熱作模具鋼，與5CrNiMo 相比，45Cr2和5Cr2鋼提高了淬透性、高溫強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性，而沖擊韌性相當(dāng)，抗熱磨損和抗 熱疲勞的性能也好于5CrNiMo，（《模具材料應(yīng)用手冊(cè)》，林慧國(guó)、火樹鵬、馬紹彌主編，機(jī)械工 業(yè)出版社第二版，P410)。但45Cr2和5Cr2易于開裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)本領(lǐng)域存在的問題，本發(fā)明目的是提供一種適于大中小型模具的Cr3系列熱 作模具鋼。
[0006] 本發(fā)明的另一目的是提出所述Cr3系列熱作模具鋼制得的模具。
[0007] 本發(fā)明的第三個(gè)目的是提出用所述Cr3系列熱作模具鋼制得的模具的熱處理方 法。
[0008] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述目的的具體技術(shù)方案為：
[0009] -種Cr3系列熱作模具鋼，所述熱作模具鋼以重量％計(jì)，包含CO.38~0.50%， SiO .15~0.70%，Mn 0.30~0.90%，P彡0.020%，S彡0.010%，Cr2.80~3.50%，Ni 1.40~ 2.00%，Μ〇1·80~2.60%，V0.10~0.50%，，Α10·020~0.10%，Nb 0.02~0.20%，余量的 Fe0
[0010]本發(fā)明提出的新型Cr3系列熱作模具鋼的化學(xué)成分配方，材料命名為YD3,與現(xiàn)有 的Cr3Mo3(4Cr3Mo3SiV，H10)系熱作模具鋼比較，YD3系列模具鋼C、Mn、Cr含量相當(dāng)，降低了 Mo、V、Si含量，添加 Ni元素、添加了Nb元素、添加了 Al元素。從而提高了韌性。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)中，熱作模具鋼的主要合金元素和范圍為：(：0.26-0.75%、310.10-1.2%、Mn0.20-1.60%、Cr0.5-5.5%、Mo0-3.4%、W0-7.9%、V0-1.4%、Ni0-4.3%、Co0-4.5%、AL0-0.7%、Nb〇-〇. 3%，每一種成分含量的變化對(duì)鋼的組織和性能起著有益作用和 不利的作用，本發(fā)明目標(biāo)是發(fā)明一種Cr3的碳化物含量較Cr5略低的高強(qiáng)韌性的替代H13的 熱作模具鋼，取每一種元素的常處，規(guī)避其短處，重點(diǎn)考慮的方面如下：
[0012] 1)C在鋼中的作用
[0013] 擴(kuò)大γ相區(qū)，但因滲碳體的形成，不能無限固溶；隨含量的增加，提高鋼的硬度和 強(qiáng)度，但降低其塑性和韌性。提高鋼的淬透性；
[0014] 降低Ms點(diǎn)，故保持相對(duì)較低的碳含量，使鋼的Ms取于相對(duì)較高的水平，淬火獲得較 多的板條馬氏體組織提高韌性，同時(shí)也能降低在回火后鋼中的碳化物數(shù)量提高韌性，故C比 5CrNiMo 降低0.1~0.2%。
[0015] 為提高鋼的耐磨性，應(yīng)使鋼獲得馬氏體+合金碳化物組織，與含鉻5%的鋼比，Cr降 低2 %，故為了提高合金碳化物含量，C比Cr5系列(Hl3)略有提高至0.38-0.50%，保持在形 成一定量的合金碳化物的水平上。
[0016] 故本發(fā)明鋼種取C 0.38-0.50%。
[0017] 2)、娃在鋼中的作用：
[0018] (1)提高鋼中固溶體的強(qiáng)度和冷加工硬化程度使鋼的韌性和塑性降低。
[0019] (2)Si是提高回火抗力的有效元素.Si降低碳在鐵素體中的擴(kuò)散速度，使回火析出 的碳化物不易聚集，增加了回火穩(wěn)定性；
[0020] (3)提尚鋼的尚溫抗氧化性能；
[0021] (4)不利方面易使鋼呈現(xiàn)帶狀組織，使鋼的橫向性能降低。
[0022] Si的不利方面還有是增加鋼中的碳偏析，其不利作用較比其有利作用大，故Si取 滿足冶煉脫氧的要求的略高水平。
[0023] 故本發(fā)明鋼種取SiO .15~0.70%。
[0024] 3)、錳在鋼中的作用
[0025] (1)錳提高鋼的淬透性。
[0026] (2)錳和鐵形成固溶體，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強(qiáng)度，Mn又可形成碳化 物，從而提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。
[0027] (3)錳對(duì)鋼的高溫瞬時(shí)強(qiáng)度有所提高。
[0028] (4)錳強(qiáng)烈降低鋼的Ms點(diǎn)，增加淬火鋼中的殘余奧氏體量，有利的方面可提高韌 性，不利的方面可增加變形量；
[0029] 錳鋼的主要缺點(diǎn)是，①含錳較高時(shí)，有較明顯的回火脆性現(xiàn)象;②錳有促進(jìn)晶粒長(zhǎng) 大的作用，因此錳鋼對(duì)過熱較敏感，故在熱處理工藝上必須注意。這種缺點(diǎn)可用加入細(xì)化晶 粒元素如鉬、釩、鈦等來克服。
[0030] Mn是良好的脫氧劑和脫硫劑，Mn在鋼中必須達(dá)到一定的量，Mn/S必須大于等于8。 本發(fā)明鋼種主要利用其提高淬透性和提高耐磨性的方面，故取其在較高的含量，與H13相比 提高了Mn含量。
[0031] 故發(fā)明鋼種Mn取0.30~0.90 %。
[0032] 4)、鉻在鋼中的作用
[0033] (1)鉻可提高鋼的強(qiáng)度和硬度。
[0034] (2)鉻可提高鋼的高溫機(jī)械性能。
[0035] (3)使鋼具有良好的抗腐蝕性和抗氧化性
[0036] (4)阻止石墨化
[0037] (5)提高淬透性。
[0038] (6)形成碳化物，提高耐磨性
[0039] (7)增加回火穩(wěn)定性
[0040] (8)Cr對(duì)鋼共析點(diǎn)的影響，它和Mn大致相似，降低共析點(diǎn)的含C量。
[0041] 缺點(diǎn):①鉻是顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度②鉻能促進(jìn)鋼的回火脆性。
[0042] Cr主要是碳化物形成元素，增加耐磨性，提高耐熱性，提高抗回火穩(wěn)定性。Cr3系列 的Cr含量與Cr5和Crl比取中等偏上的水平。
[0043] 故本發(fā)明鋼種Cr取2.8-3.5%。
[0044] 5)、鎳在鋼中的作用
[0045] (1)可提高鋼的強(qiáng)度，且提高其韌性，改善疲勞抗力。（2)鎳可降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫 度，即可提高鋼的低溫韌性。（3)鎳可以提高鋼的抗腐蝕能力，不僅能耐酸，而且能抗堿和大 氣的腐蝕。（4)提高淬透性，（5)擴(kuò)大奧氏體區(qū)，增加淬火鋼中的殘余奧氏體量，有利的方面 可提高韌性，不利的方面可增加變形量；（6)增加樹枝晶，提高橫向性能，（7)增加板條狀馬 氏體量，提高韌性，（8)加速碳在奧氏體中的擴(kuò)散，Ni為非碳化物形成元素，提高碳在奧氏體 中的擴(kuò)散系數(shù)，降低了一次碳化物，并使二次碳化物不易長(zhǎng)大。（9)Ni使奧氏體的層措能提 高。一般認(rèn)為層措能越低，越有利于位措的擴(kuò)展和形成位措，使滑移困難，導(dǎo)致鋼的加工硬 化趨勢(shì)增大。反之層措能越高，越易于變形加工。這可增在鍛造道次變形量，有利于組織破 碎和疏松焊合。故Ni取與5CrNiMo相當(dāng)?shù)幕蚵愿叩暮糠秶?br>[0046] 故本發(fā)明鋼種Ni取1.4-2.00%。
[0047] 6)、鉬在鋼中的作用
[0048] (1)鉬對(duì)鐵素體有固溶強(qiáng)化作用。（2)提高鋼熱強(qiáng)性，提高高溫強(qiáng)度在高溫時(shí)保持 足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力(長(zhǎng)期在高溫下受到應(yīng)力，發(fā)生變形，稱蠕變），（3)細(xì)化晶粒，提高 韌性，（4)提高鋼的淬透性。（5)起到二次硬化作用，加入量不低于1%，最高3%。（6)形成碳 化物，提高耐麻磨性。（7)增加回火穩(wěn)定性。（8)可抑制鋼的回火脆性。
[0049] 缺點(diǎn):鉬的主要不良作用是它能使低合金鉬鋼發(fā)生石墨化的傾向。
[0050] 為了提高抗回火穩(wěn)定性、提高高溫強(qiáng)度、提高耐磨性。本發(fā)明鋼種考慮與Cr5比Cr 含量已降低2%，需提高M(jìn)o來保證耐磨性和耐熱性不降低，故與Cr5比提高了 Mo的含量，但與 Cr3M〇3比為了提高沖擊韌性，Mo含量又略有降低。
[0051] 故本發(fā)明鋼種Mo取1.8~2.60%。
[0052] 7)、釩在鋼中的作用
[0053] 提高鋼熱強(qiáng)性。細(xì)化晶粒。起到二次硬化作用，形成碳化物，提高耐麻磨性。
[0054]缺點(diǎn):V高形成一次碳化物，溶解溫度高，不易溶解，從而降低韌性。
[0055] 本發(fā)明的YD3系列鋼與Cr5(H13)系列和Cr3M〇3(H10)比V大幅度降低。本發(fā)明鋼種V 取 0.05 ~0.20%。
[0056] 8)、鋁在鋼中的作用
[0057] (1)強(qiáng)化鐵素體，
[0058] (2)提高高溫硬度，
[0059] (3)提高固溶強(qiáng)度，
[0060] (4)細(xì)化晶粒，
[00611 (5)提高M(jìn)s點(diǎn)，增加板條M。
[0062] (6)為非碳化物形成元素，可提高碳的活度，提高碳的擴(kuò)散系數(shù)，使二次碳化物不 易長(zhǎng)大。
[0063] 故本發(fā)明鋼種Al取0.020-0.10%。
[0064] 9)、鈮在鋼中的作用
[0065] Nb和C、N、0有極強(qiáng)的親合力，與之形成極為穩(wěn)定的化合物，提高鋼的硬度。同時(shí)彌 散的化合物可以細(xì)化晶粒，提高晶粒的粗化溫度，降低鋼的過熱敏感性和回火脆性。
[0066] 故本發(fā)明鋼種Nb取0 · 02-0 · 20 %水平。
[0067] 12)其它元素和氣體含量:Cu:不形成碳化物，以固溶態(tài)存在于基體中，能改善鋼的 韌性，提高淬透性和耐腐蝕性。但其缺點(diǎn)是增加鋼的熱脆性，故其含量控制在<〇 . 20 %水 平；Ti:為碳化物形成元素，可細(xì)化晶粒，與V、Nb的作用類似，由于添加了 V和Ni，故Ti不添 加，應(yīng)控制在<0.01%水平。？、5、？13、311)8、313、81和氣體含量1!1、0均為有害元素，均應(yīng)控 制在較低水平，且越低越好。
[0068]進(jìn)一步地，所述Cr3系列熱作模具鋼，采用以下方法制備而得：電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉，LF 爐精煉，真空脫氣，模鑄或連鑄，退火，電渣重熔，緩冷，退火，鍛造，正火，球化退火，擴(kuò)氫，粗 加，檢驗(yàn)，粗加，調(diào)質(zhì)，精加，檢驗(yàn)。
[0069] 用本發(fā)明所述的Cr3系列熱作模具鋼制造的模具。
[0070] -種合金模具的熱處理方法，所述合金模具為低合金鋼用錘鍛或機(jī)鍛模具，所述 合金模具為本發(fā)明所述的 Cr3系列熱作模具鋼制備，所述合金模具的熱處理步驟：
[0071] Sl淬火：<680 °C裝爐，保持在680 °C溫度下等溫，等溫的時(shí)間按工件的有效尺寸 0 · 6min/mm計(jì)算，然后隨爐升溫至800°C溫度下保持等溫;等溫時(shí)間按0 · 6min/mm計(jì)算，再隨 爐升溫至930~970°C，保持時(shí)間按1.0~1.2min/mm計(jì)算，冷卻至150~180°C后立即回火； [0072] S2-次回火：彡280°C裝爐，保持在280°C溫度下，等溫時(shí)間按工件的有效尺寸 0.6min/mm計(jì)算，升溫至565~605 °C保溫，油冷冷至表面溫度100~150 °C后冷卻，確保模具 冷至室溫后才能進(jìn)行第二次回火；
[0073] S3二次回火：<300°C入爐，升溫至560~585°C，保溫時(shí)間按按工件的有效尺寸1.8 ~2.4min/mm計(jì)算，冷卻至室溫。
[0074] 所述冷卻為空冷、油冷、水冷中的一種或多種。
[0075] 進(jìn)一步地，所述Sl淬火時(shí)快冷，所述S2中從565~605°C快冷至表面溫度100~150 °C然后空冷，所述S3中空冷至室溫；
[0076]所述快冷為油冷或水冷。尺寸較大件或形狀復(fù)雜件油冷。
[0077]其中，所述Sl中，保持在680°C溫度下等溫的時(shí)間按工件的有效尺寸0.6min/mm計(jì) 算，然后隨爐升溫至800°C溫度下保持等溫的時(shí)間按按工件的有效尺寸0.6min/mm計(jì)算。
[0078]工件的有效尺寸又稱當(dāng)量尺寸，對(duì)于圓形工件，可指其直徑，對(duì)于方形工件，指其 厚度，餅件、帶孔的工件等，可查熱處理手冊(cè)而定。本發(fā)明中涉及時(shí)間以"/mm"計(jì)量的，均是 指按工件的有效尺寸計(jì)。
[0079] 優(yōu)選地，所述Sl中，第二次隨爐升溫至950~970°C。
[0080] 更優(yōu)選地，所述S2中，升溫至590~595°C，保溫時(shí)間按2.4~3.0min/mm計(jì)算。
[0081 ] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述S3中，升溫至580~585 °C。
[0082]其中，S3冷卻至室溫后，進(jìn)行洛氏硬度檢測(cè)，對(duì)于小型模具的硬度要求為：表面硬 度最大不能超過50HRC，最小不能低于46HRC;對(duì)于中型模具的硬度要求為:表面硬度最大不 能超過46HRC，最小不能低于43HRC;對(duì)于大型模具的硬度要求為：表面硬度最大不能超過 44HRC，最小不能低于40HRC。
[0083]模具大中小型的劃分通常按厚度劃分，可按照《模具標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)手冊(cè)》、《模具鋼手 冊(cè)》(冶金工業(yè)出版社.）提供的尺寸確定，參見P14、P18、P464。
[0084]本發(fā)明的有益效果在于：
[0085] 1)、本發(fā)明提出一種新的Cr3系列熱作模具鋼(記為YD3系列模具鋼）的化學(xué)成分配 方，與現(xiàn)有的Cr3Mo3(4Cr3Mo3SiV，H10)系熱作模具鋼比較，YD3系列模具鋼C、Mn、Cr含量相 當(dāng)，降低了 Mo、V、Si含量，添加 Ni元素、添加了Nb元素、添加了 Al元素。從而提高了韌性。 [0086] 2 )、本發(fā)明提出YD3模具鋼合理的冶煉、加熱、鍛造和預(yù)備熱處理工藝規(guī)范。關(guān)鍵點(diǎn) 是保證鋼的低倍組織致密，純潔度高、帶狀級(jí)別低、正火后組織細(xì)化，高溫回火后碳化物細(xì) 小且均勻等。
[0087] 3)、本發(fā)明制訂了最終熱處理工藝規(guī)范。其關(guān)鍵點(diǎn)為淬火冷卻要充分，回火消除應(yīng) 力要充分。所制得的YD3鋼強(qiáng)度和硬度較高，表明具有較高的抗回火穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0088]圖1為YD3不同淬火溫度屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度曲線(600°C回火）
[0089]圖2為YD3不同淬火溫度斷面收縮率、斷后伸長(zhǎng)率、沖擊功和硬度曲線(600°C回火） [0090]圖3為YD3不同回火溫度屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度曲線(950°C淬火）
[0091]圖4為YD3不同回火溫度斷面收縮率、斷后伸長(zhǎng)率、沖擊功和硬度曲線曲線（950°C 淬火）
[0092]圖5為幾種不同鋼種不同回火硬度對(duì)比曲線。
[0093]圖6為樣號(hào)214-2,14651爐號(hào)，950度45min油淬火(未回火)的樣品，4%硝酸酒精溶 液腐蝕，放大400倍的組織照片，為馬氏體+未溶碳化物。
[0094] 圖7為樣號(hào)326-2、爐號(hào)14651的熱處理模具，950度60min油冷、575水、580水冷，4% 硝酸酒精溶液腐蝕組織，回火托氏體，放大400倍。
[0095]圖8為YD3件，鍛后球化退火，4 %硝酸酒精溶液腐蝕，觀察組織為AS7級(jí)。
【具體實(shí)施方式】
[0096] 以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。以下所述僅是本發(fā)明 的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原 理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0097] 實(shí)施例中，如無特別說明，所使用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)手段。
[0098] 本發(fā)明提出的Cr3系列鋼的成分范圍如下表1。在實(shí)施例中示出了某一成分的具體 實(shí)例，在表1記載的范圍內(nèi)，制得的Crl系列熱作模具鋼具有同樣的性能。 Γ 00991 豐游.
[0101] 實(shí)施例1
[0102] Cr3系列熱作模具鋼的制備方法，其特征在于，包括步驟：電爐冶煉，LF爐精煉 (LADLE FURNACE，鋼包精煉爐），真空脫氣(VD)，模鑄，退火，電渣重熔(ESR)，緩冷，退火，鍛 造，正火，球化退火，擴(kuò)氫，粗加，檢驗(yàn)，精加，調(diào)質(zhì)，精加，檢驗(yàn)，投產(chǎn)(得到模塊或模具）。標(biāo)記 為YD3模具鋼。
[0103] 通過控制鋼水的成分，制得的模具鋼中，以重量％計(jì)，包含CO. 40%，Si 0.23%，Mn 0.70%,PO.003%,SO.001%,Cr3.23%,Nil.41%,Mo 1.84%,V 0.16%,Al 0.020%,Nb 0.03%，余量的Fe。和不可避免的夾雜。
[0104] 圖8為YD3模具鋼試件，鍛后球化退火，4 %硝酸酒精溶液腐蝕，觀察組織為AS7級(jí)。
[0105] 實(shí)施例2
[0106] 冶煉的方法同實(shí)施例1。通過控制鋼水的成分，制得的模具鋼中，以重量％計(jì)，包含 C 0.45%,Si 0.40%,Mn 0.50%,P 0.007%,S 0.002%,Cr 2.80%,Ni 1.60%, M〇2.20%，V0.30%，A1 0.060%，Nb 0.10%，余量的Fe和不可避免的夾雜。
[0107] 實(shí)施例3
[0108]冶煉的方法同實(shí)施例1。通過控制鋼水的成分，制得的模具鋼中，以重量％計(jì)，包含 C 0.46%,Si 0.40%,Mn 0.70%,P 0.007%,S 0.002%,Cr 3.00%,Ni 1.80%,Mo 2.00%，V 0.20%，A1 0.080%，Nb0.15%，余量的Fe和不可避免的夾雜。
[0109] 實(shí)施例4
[0110]用實(shí)施例1YD3鋼熱處理制備模具，規(guī)格為:900 X 700 X 450。
[0111] Sl淬火：彡680 °C裝爐，保持在680 °C溫度下等溫時(shí)間按工件的有效尺寸（下同） 0.6min/mm計(jì)算，再隨爐升溫至800°C溫度下等溫時(shí)間按0.6min/mm計(jì)算，再隨爐升溫至930 ~970°C，保持按1.0~1.2min/mm計(jì)算，油冷冷卻至150~180°C出油后立即回火；
[0112] S2-次回火：彡280 °C裝爐，保持在280 °C溫度下等溫按0.6min/mm計(jì)算，升溫至565 ~600°C，保持按2.4~3.0min/mm計(jì)算，冷卻至表面溫度100~150°C后冷卻（回火后的冷卻 方式可有多種，小試可選擇空冷或水冷，工業(yè)條件下采用油冷），出油空冷時(shí)，確保模具冷至 室溫后才能進(jìn)行第二次回火；
[0113] S3二次回火：<300°C入爐，升溫至580~600°C，保持按1.8~2.4min/mm計(jì)算，冷卻 至室溫(實(shí)驗(yàn)室條件下可以用水冷，工業(yè)條件下為空冷）。
[0114] 熱處理最后一步冷至室溫后，進(jìn)行洛氏硬度檢測(cè)，對(duì)于小型模具的硬度要求為:表 面硬度最大不能超過50HRC，最小不能低于46HRC;對(duì)于中型模具的硬度要求為:表面硬度最 大不能超過46HRC，最小不能低于43HRC;對(duì)于大型模具的硬度要求為:表面硬度最大不能超 過44HRC，最小不能低于40HRC。圖6和圖7示出了淬火熱處理后組織為條片狀馬氏體+碳化 物，淬火+回火熱處理后組織為回火托氏體。
[0115] YD3不同熱處理工藝對(duì)力學(xué)性能的影響見表2-1，表2-2和表3、圖1、圖2。
[0116] 表2-1:爐號(hào)14651，規(guī)格257X300方，Φ 25mm熱處理試驗(yàn)結(jié)果
[0119]表2-2不同的淬火溫度效果比較
[0121] 表2-1和2-2中，600水表示600°C回火溫度，然后水冷。
[0122] 結(jié)論:淬火溫度950-970°C抗拉強(qiáng)度最高，且塑性和韌性略有上升，所以最佳淬火 溫度950-970 °C。
[0123] 設(shè)置不同的回火溫度，回火溫度的影響見表3和表4、圖3、圖4。取一、二次回火溫度 較高者，比較列于表3-2中。
[0124] 表3-1爐號(hào)14651，規(guī)格40方，Φ 25mm熱處理試驗(yàn)結(jié)果
[0127]表3-2:不同回火溫度效果比較
[0129] 表4:257 X 300方鍛件取樣，Φ 25mm試樣熱處理，性能結(jié)果
[0132] 結(jié)論:該鋼抗回火性能高，560 °C回火兩次，硬度HRC為51.5-52，抗拉強(qiáng)度1800Mpa， 沖擊功KV2 12J，伸長(zhǎng)率橫向7%，縱向9%，略低，580°C回火兩次，硬度HRC為46.5-48.5，抗 拉強(qiáng)度1520Mpa，沖擊功KV2橫向15J、縱向19.5J，伸長(zhǎng)率橫向9.5 %，縱向10.5 %，可滿足使 用。
[0133] 試驗(yàn)例
[0134] 1)不同鋼種不同回火溫度硬度對(duì)比
[0135] 表5 ￥03、!113、￥85六、￥858、￥85(：不同回火溫度的硬度，邢〇

[0137] 表中YB5系列鋼中Cr的含量為C0.40~0.48%，Si 0.20~1.2%，Mn 0.40~ 0.80%，P<0.020%，S<0.010%，Cr4.80~5.50%，Nil.40~2.0%，Mo0.80~1.50%， ￥0.50~0.70%，抑.50-1.00%，(：〇0~0.75%，厶10.01~0.20%，恥0.02~0.20%，余量的 Fe0
[0138] 結(jié)論：1、￥03、!113、￥854、￥858、￥85(：不同回火溫度的硬度處于同一水平，故￥03可以 替代Hl 3。
[0139] 2、YD3、YB5C抗回火能力比H13、YB5A、YB5B要高，故調(diào)質(zhì)熱處理回火溫度略高。
[0140] 實(shí)施例5
[0141] 名稱:鍛模上、下，外形尺寸:840 X 490 X 390，
[0142] 調(diào)質(zhì)熱處理工藝為：
[0143] SI :680°C保溫3小時(shí)，升溫至800°C保溫3小時(shí)，升溫至950°C保溫8小時(shí)，出爐油冷 60分鐘，至150~170°C。
[0144] S2:280°C保溫4小時(shí)，升溫至595°C保溫19.5小時(shí)，出爐油冷60分鐘，至150~180°C 空冷至室溫。
[0145] 硬度檢測(cè)，結(jié)果為HRC42，42.5，42.2三點(diǎn)。S3:升溫至570°C保溫15.6小時(shí)，出爐空 冷至室溫，硬度檢測(cè)，結(jié)果為HRC41，40.5，40.8三點(diǎn)。符合HRC40~44的要求。
[0146] 實(shí)施例6
[0147] 名稱:鍛模上、下，外形尺寸:840 X 490 X 390，
[0148] 調(diào)質(zhì)熱處理工藝為：
[0149] SI :680°C保溫3小時(shí)，升溫至800°C保溫3小時(shí)，升溫至950°C保溫8小時(shí)，出爐油冷 60分鐘，至150~170°C。
[0150] S2:280°C保溫4小時(shí)，升溫至585°C保溫19.5小時(shí)，出爐油冷60分鐘，至150~180°C 空冷至室溫。
[0151] 硬度檢測(cè)，結(jié)果為HRC44，43.5，44.2三點(diǎn)。S3:升溫至570°C保溫15.6小時(shí)，出爐空 冷至室溫，硬度檢測(cè)，結(jié)果為HRC44，43.5，43.8三點(diǎn)。符合HRC40~44的要求。
[0152] YD3在熱鍛模具上應(yīng)用的結(jié)論
[0153] 1、用YD3替代H13,使用壽命與H13相當(dāng)，YD3在熱處理工藝上較H13簡(jiǎn)單，制造成本 低。
[0154] 2、H13易裂，而YD3不易裂，用于制造大中型模具較H13有優(yōu)勢(shì)。
[0155] 以上所公開或要求的實(shí)施例在不超過現(xiàn)有公開的實(shí)驗(yàn)手段的范圍內(nèi)可以制出或 實(shí)施。本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式所描述的所有的產(chǎn)物和/或方法，明白地指那些不違反本發(fā)明 的概念、范圍和精神的可以用于該產(chǎn)物和/或?qū)嶒?yàn)方法以及接下來的步驟。對(duì)所述的工藝中 技術(shù)手段的所有的改動(dòng)和改進(jìn)，均屬于本發(fā)明權(quán)利要求定義的概念、范圍和精神。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種Cr3系列熱作模具鋼，其特征在于，所述熱作模具鋼以重量％計(jì)，包含CO. 38~ 0.50%，Si0.15~0.70%，Mn0.30~0.90%，P<0.020%，S<0.010%，Cr2.80~3.50%， Ni 1.40~2·00%，Μ〇1·80~2.60%，V0.10~0·50%，，Α10·020~0.10%，Nb 0.02~ 0.20%，余量的Fe。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述Cr3系列熱作模具鋼，其特征在于，采用以下方法制備而得：電爐 或轉(zhuǎn)爐冶煉，LF爐精煉，真空脫氣，模鑄或連鑄，退火，電渣重恪，緩冷，退火，鍛造，正火，球 化退火，擴(kuò)氫，粗加，檢驗(yàn)，粗加，調(diào)質(zhì)，精加，檢驗(yàn)。3. 用權(quán)利要求1或2所述的Cr3系列熱作模具鋼制造的模具。4. 一種合金模具的熱處理方法，所述合金模具為低合金鋼用錘鍛或機(jī)鍛模具，其特征 在于，所述合金模具為權(quán)利要求1或2所述的Cr3系列熱作模具鋼制備，所述合金模具的熱處 理步驟： S1淬火：彡6 8 0 °C裝爐，保持在6 8 0 °C溫度下等溫，等溫的時(shí)間按工件的有效尺寸 0 · 6min/mm計(jì)算，然后隨爐升溫至800°C保持等溫;等溫時(shí)間按0 · 6min/mm計(jì)算，再隨爐升溫 至930~970°C，保持時(shí)間按1.0~1.2min/mm計(jì)算，冷卻至150~180°C后立即回火； S2-次回火：彡280°C裝爐，保持在280°C溫度下，等溫時(shí)間按工件的有效尺寸0.6min/ mm計(jì)算，升溫至565~605 °C保溫，冷卻至表面溫度100~150 °C后冷卻，確保模具冷至室溫后 才能進(jìn)行第二次回火； S3二次回火：<300°C入爐，升溫至560~585°C，保溫時(shí)間按按工件的有效尺寸1.8~ 2.4min/mm計(jì)算，冷卻至室溫； 所述冷卻為空冷、油冷、水冷中的一種或多種。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱處理方法，其特征在于，所述S1淬火時(shí)快冷，所述S2中從565 ~605 °C快冷至表面溫度100~150 °C然后空冷，所述S3中空冷至室溫； 所述快冷為油冷或水冷。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱處理方法，其特征在于，所述S1中，保持在680°C溫度下等溫 的時(shí)間按工件的有效尺寸〇.6min/mm計(jì)算，然后隨爐升溫至800°C溫度，保持等溫的時(shí)間按 按工件的有效尺寸0.6min/mm計(jì)算。7. 根據(jù)權(quán)利要求4~6任一項(xiàng)所述的熱處理方法，其特征在于，所述S1中，第二次隨爐升 溫至950~970°C。8. 根據(jù)權(quán)利要求4~6任一項(xiàng)所述的熱處理方法，其特征在于，所述S2中，升溫至590~ 595 °C，保溫時(shí)間按2.4~3. Omin/mm計(jì)算。9. 根據(jù)權(quán)利要求4~6任一項(xiàng)所述的熱處理方法，其特征在于，所述S3中，升溫至580~ 585 Γ。10. 根據(jù)權(quán)利要求4~6任一項(xiàng)所述的熱處理方法，其特征在于，S3冷卻至室溫后，進(jìn)行 洛氏硬度檢測(cè)，對(duì)于小型模具的硬度要求為:表面硬度最大不能超過50HRC，最小不能低于 46HRC;對(duì)于中型模具的硬度要求為:表面硬度最大不能超過46HRC，最小不能低于43HRC;對(duì) 于大型模具的硬度要求為:表面硬度最大不能超過44HRC，最小不能低于40HRC。
【文檔編號(hào)】C22C38/12GK106086688SQ201610749641
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月29日
【發(fā)明人】潘孝忠, 于成文
【申請(qǐng)人】營(yíng)口市特殊鋼鍛造有限責(zé)任公司