CN101220442A

CN101220442A - 高热稳定性高强度的热作模具钢

Info

Publication number: CN101220442A
Application number: CNA2007101716930A
Authority: CN
Inventors: 吴晓春; 王良平; 闵永安; 谢豪杰; 汪宏斌
Original assignee: SHANGHAI UNIVERSITY
Current assignee: SHANGHAI UNIVERSITY
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2027-12-06
Also published as: CN101220442B

Abstract

本发明涉及一种新型热作模具钢材料，属合金钢制造工艺技术领域。本发明一种高热稳定性高强度热作模具钢，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％，Fe余量。本发明热作模具钢的制备过程如下：(1)熔炼、(2)电渣重熔、(3)高温均匀化、(4)粗锻、(5)毛坯锻造、(6)退火、(7)淬火；最终制得热作模具钢。该模具钢的最大优点是：热稳定性好，可以在700℃条件下，保持较高硬度，硬度在HRC 45以上；该材料的室温冲击韧性值大于300丁。

Description

高热稳定性高强度的热作模具钢

技术领域

本发明涉及一种新型的高热稳定性高强度的热作模具钢，属合金钢制造工艺技术领域。

背景技术

热作模具钢的工作条件相当复杂，对模具材料的性能要求也很严格。热作模具钢的种类很多，如：3Cr2W8V、4Cr5MoSil(H13)以及较新的DIEVAR钢。

3Cr2W8V是常用的热挤压模具钢，它是一种高热强性热作模具钢，并且具有良好的锻造、机械加工和热处理工艺性能，但其冷热疲劳性能较差、韧性较低，模具常因发生龟裂而早期失效，尤其是用水冷却时，模具的热疲劳寿命很低。

H13钢具有良好的综合力学性能、抗冷热疲劳性能及抗液体金属冲蚀性，但其使用温度应≤600℃，同样DIEVAR钢也难以在650℃条件下工作。通常，模具钢的实际工作条件要求达到700℃以上。

因此，目前在热作模具钢领域，利用成分均匀设计，开发出一种兼具超高的热稳定性、良好强度和韧性的钢种，是具有十分重要意义，可以带来巨大经济效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种高热稳定性高强度的热作模具钢及其制备方法。

本发明一种高热稳定性高强度的热作模具钢，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％，

Fe 余量。

上述的高热稳定性高强度的热作模具钢的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

a.熔炼：按传统常规方法熔炼；将按上述配方称量配合的配合料放置于中频感应炉中，在1500～1700℃温度下进行熔炼，然后浇注钢锭；

b.电渣重熔：将上述锭作为自耗电极放于电渣重熔装置中，进行二次精炼；利用电流通过电渣层产生电阻热来熔化自耗电极合金钢母材，液体金属以熔滴形式经渣池的渣层下落至下面的水冷结晶器中，再重新凝固成钢锭；

c.高温均匀化：将上述钢锭加热到1200～1240℃，并保温8～10小时，使钢成分均匀化，防止成分偏析，改善钢的凝固组；然后埋砂冷却；

d.锻造：将上述钢锭加热室1200～1230℃，随后进行粗锻，终锻温度为950℃，得到钢锻件；

e.毛坯锻造：将上述钢锻件毛坯再次加热至1100～1150℃，在950～1100℃温度范围内再次进行锻造加工；

f.退火：然后在830℃温度下退火8小时，以清除锻造过程中产生的应力；随后随炉冷却；制得热作模具钢；

g.淬火处理：将上述热作模具钢最后经淬火处理；淬火温度为1100～1200℃；

其时效温度为700～800℃，时效时间为2～8小时。

本发明的热作模具钢其设计成分配方的理论依据如下所述：

传统的热作模具钢的组织通常是马氏体，而马氏体在高温下会分解，所以难以在高温下工作。

本钢种是一种高锰奥氏体态模具钢，通常适当的锰碳比例使得本钢种始终保持在奥氏体态，而通过加入Cr、Mo、V这三种合金元素来形成碳化物，在时效热处理过程中，将析出它们的碳化物，强化基体。

其使用组织是奥氏体加弥散析出的碳化物，无论是在热处理过程中还是使用中都保持奥氏体态，因此其具有良好的韧性，而析出的碳化物强化了基体，使得基体硬度达到模具使用要求。正是由于这些碳化物是在高温下析出来的，所以本钢种可以在高温下工作，其能在700℃以上工作条件下，保持良好的热稳定性。

本发明工艺方法上的特点是采用了电渣重熔工艺，这是优质钢生产的二次精炼技术；利用电渣重熔装置，将钢锭母材作为自耗电极，利用电流通过电渣层产生电阻热来熔化自耗电极合金钢母材，其液体金属以熔滴形式经渣池的渣层下落至下面的水冷结晶器熔池中，再重新凝固成钢锭。钢锭由下而上逐步结晶。电渣重熔工艺可降低钢锭中气体的夹杂物的含量，可有效地脱氧脱硫，并且可以控制凝固，改善重熔钢锭的宏观和微观组织。因此电渣重熔工艺可获得成分均匀、组织致密、质量优良的钢锭。

本发明方法制得的热作模具钢具有较高的洛氏硬度、良好的热稳定性、并且具有良好的冲击韧性。

附图说明

图1为本发明热作模具钢(简称SDHA钢)在700℃条件下的热稳定性图。

图2为本发明热作模具钢(简称SDHA钢)在700℃条件下与已有模具钢H13和DIEVAR钢的热稳定性比较图。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例1：本实施例中，采用热作模具钢的组成成分及其重量百分比如下：

C 0.51％，Si 0.64％，Mn 13.08％，Cr 5.0％，Mo 3.13％，V 1.12％，

P 0.019％，S＜0.004％，Fe 余量。

本实施例中，热作模具钢的工艺过程和步骤如下：

(1)熔炼：按传统常规方法熔炼；将按上述配方称量配合的配合料放置于中频感应炉中，在1600℃温度下进行熔炼，然后浇注钢锭；

(2)电渣重熔：将上述锭作为自耗电极放于电渣重熔装置中，进行二次精炼；利用电流通过电渣层产生电阻热来熔化自耗电极合金钢母材，液体金属以熔滴形式经渣池的渣层下落至下面的水冷结晶器中，再重新凝固成钢锭；

(3)高温均匀化：将上述钢锭加热到1230℃，并保温9小时，使钢成分均匀化，防止成分偏析，改善钢的凝固组；然后埋砂冷却；

(4)锻造：将上述钢锭加热室1220℃，随后进行粗锻，终锻温度为950℃，得到钢锻件；

(5)毛坯锻造：将上述钢锻件毛坯再次加热至1140℃，在1000℃温度下再次进行锻造加工；

(6)退火：然后在830℃温度下退火8小时，以清除锻造过程中产生的应力；随后随炉冷却；制得热作模具钢；

(7)淬火处理：将上述热作模具钢最后经淬火处理；淬火温度为1200℃；其时效温度为720℃，时效时间为2小时。

性能测试

将上述热作模具钢样品作性能测试，结果如下：

(1)硬度：HRC45。

(2)冲击：室温冲击大于300J。

(3)热稳定性：在700℃条件下，做热稳定性试验，附图中的图1即为本发明热作模具钢(SDHA钢)的热稳定性线图。

此处的热稳定性的表达方式为：合金钢材料在高温条件下保温一段时间，其硬度保持不变即不下降的能力，所以用材料保温后的硬度来反映。

本发明的热作模具钢(SDHA钢)与原有的H13钢及DIEVAR钢在700℃条件下，其热稳定性的比较，试验结果如图2所示。

H13钢及DIEVAR钢的成分如下表所示：

成分(wt％)	C	Si	Mn	Cr	Mo	V	P	S
成分(wt％)	C	Si	Mn	Cr	Mo	V	P	S	H13钢	0.373	0.990	0.270	5.457	1.234	0.990	0.016	0.005
DIEVAR钢	0.309	0.237	0.485	5.056	2.400	0.598	0.005	0.0004	H13钢	0.373	0.990	0.270	5.457	1.234	0.990	0.016	0.005

对于H13和DIEVAR钢，各自取其最佳淬火回火工艺，再做热稳定性试验。

H13钢热处理工艺：1100℃淬火+600℃回火2小时(2次)

DIEVAR钢热处理工艺：1025℃淬火+600℃回火2小时(2次)+560℃回火2小时

试验结果

从图2试验曲线中可看出，H13钢和DIEVAR钢在700℃条件下，热稳定性很差，而本发明热作模具钢(SDHA钢)在700℃条件热稳定性很好。

Claims

1.一种高热稳定性高强度的热作模具钢，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％，

Fe 余量。

2.一种根据权利要求1的高热稳定性高强度的热作模具钢的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

g.淬火处理：将上述热作模具钢最后经淬火处理；淬火温度为1100～1200℃；其时效温度为700～800℃，时效时间为2～8小时。