CN104264060B - 一种高冲击韧性、高热稳定性热挤压模具钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体为一种高冲击韧性、高热稳定性热挤压模具钢及其制备方法，解决了现有热作模具钢由于含碳量较低造成高温下强度差且热稳定性能差的问题。一种高冲击韧性、高热稳定性热挤压模具钢，是由如下质量百分比的原料制成的，C？0.32-0.45%；Si？0.80-1.20%；Mn？0.20-0.50%；Cr？4.75-5.50%；Mo？1.00-1.75%；V？0.80-1.20%；P≤0.018%；S≤0.005%；Cu≤0.30%；Ni+Cu≤0.55；Nb？0.04-0.10%；其余为Fe和杂质。本发明在高温强度、高温韧性不降低的情况下，提高热稳定性和耐冷热疲劳性及热耐磨性，使模具的使用寿命大大提高，从而降低使用成本。
Description
技术领域
本发明涉及热作模具钢技术，具体为一种高冲击韧性、高热稳定性热挤压模具钢及其制备方法。
背景技术
H13是美国ASTMA681－1994《合金工具钢技术条件》中的一个钢号，这是一种国际通用型的热作模具钢，几乎所有发达工业国家都将它纳入了自己的国家标准，在我国为4Cr5MoSiV1钢；德国为DIN1.2344；瑞典为SS142242；法国为AFNORZ40COV5；日本为JISSKD61。H13钢在淬硬条件下具有较高韧度，并具有优良的抗热裂能力，是一种强韧兼有的空冷硬化型热作模具用钢。因此，应用广泛，是典型的热挤压模具用钢。
H13的显著特点是具有高的淬透性和高的韧性，优良的抗热裂能力、高温稳定性和耐磨损能力；但因其含碳量较低，回火中二次硬化能力较差，在较高温度下具有抗软化能力，但使用温度高于540℃（1000℉）时，硬度迅速下降（即能耐的工作温度为540℃）。
发明内容
本发明为了解决现有热作模具钢由于含碳量较低造成高温下强度差且热稳定性能差的问题，提供了一种高冲击韧性、高热稳定性热挤压模具钢及其制备方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种高冲击韧性、高热稳定性热挤压模具钢，是由如下质量百分比的原料制成的，C0.32-0.45%；Si0.80-1.20%；Mn0.20-0.50%；Cr4.75-5.50%；Mo1.00-1.75%；V0.80-1.20%；P≤0.018%；S≤0.005%；Cu≤0.30%；Ni+Cu≤0.55；Nb0.04-0.10%；其余为Fe和杂质。
本发明通过添加铌元素，起到晶粒细化，改善碳化物形态，提高二次硬化峰值的作用；降低磷、硫元素含量，提高耐热疲劳性和抗破裂性；铌元素及磷、硫元素含量的选取，是经过大量反复试验得出的，在保证冲击韧性的前提下，大大提高热稳定性和耐冷热疲劳性。克服了现有热作模具钢由于含碳量较低造成高温下强度差且热稳定性能差的问题。
一种高冲击韧性、高热稳定性热挤压模具钢的制备方法，采用如下步骤：a、将上述质量百分比的原料在感应炉内进行熔炼，熔炼温度1600-1640℃，随后在1550-1590℃浇铸成铸锭并空冷；b、将钢锭作为自耗电极进行电渣重熔，液体金属经过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、加热温度到1180℃进行锻造，始锻温度为1150℃，终锻温度为850℃，得到锻钢件；d、在880℃保温3h，炉冷至750℃等温4h，炉冷至500℃以下出炉空冷，完成等温球化退火；e、随炉升温到1080℃，保温2h，出炉后油淬20min；随后在590-620℃下回火，保温4h，回火两次。
该方法中淬火、回火工艺及参数的选取结合原料配方的选取，提高了热稳定性能。
本发明通过加入铌元素，发挥凝固细化、形变再结晶细化和热处理细化综合技术，细化热挤压模具钢的组织，得到细小片状马氏体；同时，铌的加入，形成面心立方结构的NbC，其高温溶解度高，使钢内存在稳定性高的细小颗粒的碳化物，弥散于晶界，从而提高使用温度；而且通过优化热处理，并且奥氏体保温过程中（包括锻前和淬火前加热）NbC析出阻止奥氏体晶粒长大，获得细化的使用组织；同时通过降低磷、硫元素含量，减少有害元素，达到减少偏析，改善夹杂物和共晶碳化物形态，避免脆化现象的出现；在高温强度、高温韧性不降低的情况下，提高提高热稳定性和耐冷热疲劳性及热耐磨性，从而扩大使用范围，可有效满足高温环境下大载荷、长寿命等特殊使用要求；使模具的使用寿命大大提高，从而降低使用成本。
通过大量试验数据得出，在保证回火硬度和抗拉强度基本不变的前提下，冲击韧性从原来的28.6J/cm2提高到31-33J/cm2，回火温度在600-640℃，硬度从原来的HRC40.4-33.2提高到HRC46.4-35.4。
具体实施方式
实施例1
一种高冲击韧性、高热稳定性热挤压模具钢，是由如下质量百分比的原料制成的，C0.32%；Si0.80%；Mn0.20%；Cr4.75%；Mo1.00%；V0.80%；P0.005%；S0.001%；Cu0.08%；Ni+Cu0.21；Nb0.04%；其余为Fe和杂质。
2、一种如权利要求1所述的一种高冲击韧性、高热稳定性热挤压模具钢的制备方法，采用如下步骤：a、将上述质量百分比的原料在感应炉内进行熔炼，熔炼温度1600℃，随后在1550℃浇铸成铸锭并空冷；b、将钢锭作为自耗电极进行电渣重熔，液体金属经过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、加热温度到1180℃进行锻造，始锻温度为1150℃，终锻温度为850℃，得到锻钢件；d、在880℃保温3h，炉冷至750℃等温4h，炉冷至500℃以下出炉空冷，完成等温球化退火；e、随炉升温到1080℃，保温2h，出炉后油淬20min；随后在590℃下回火，保温4h，回火两次。
实施例2
一种高冲击韧性、高热稳定性热挤压模具钢，是由如下质量百分比的原料制成的，C0.45%；Si1.20%；Mn0.50%；Cr5.50%；Mo1.75%；V1.20%；P0.018%；S0.005%；Cu0.30%；Ni+Cu0.55；Nb0.10%；其余为Fe和杂质。
2、一种如权利要求1所述的一种高冲击韧性、高热稳定性热挤压模具钢的制备方法，采用如下步骤：a、将上述质量百分比的原料在感应炉内进行熔炼，熔炼温度1640℃，随后在1590℃浇铸成铸锭并空冷；b、将钢锭作为自耗电极进行电渣重熔，液体金属经过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、加热温度到1180℃进行锻造，始锻温度为1150℃，终锻温度为850℃，得到锻钢件；d、在880℃保温3h，炉冷至750℃等温4h，炉冷至500℃以下出炉空冷，完成等温球化退火；e、随炉升温到1080℃，保温2h，出炉后油淬20min；随后在620℃下回火，保温4h，回火两次。
实施例3
一种高冲击韧性、高热稳定性热挤压模具钢，是由如下质量百分比的原料制成的，C0.36%；Si1.05%；Mn0.36%；Cr5.18%；Mo1.32%；V0.98%；P0.014%；S0.004%；Cu0.29%；Ni+Cu0.49%；Nb0.07%；其余为Fe和杂质。
2、一种如权利要求1所述的一种高冲击韧性、高热稳定性热挤压模具钢的制备方法，采用如下步骤：a、将上述质量百分比的原料在感应炉内进行熔炼，熔炼温度1628℃，随后在1573℃浇铸成铸锭并空冷；b、将钢锭作为自耗电极进行电渣重熔，液体金属经过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、加热温度到1180℃进行锻造，始锻温度为1150℃，终锻温度为850℃，得到锻钢件；d、在880℃保温3h，炉冷至750℃等温4h，炉冷至500℃以下出炉空冷，完成等温球化退火；e、随炉升温到1080℃，保温2h，出炉后油淬20min；随后在611℃下回火，保温4h，回火两次。
通过该配方及工艺步骤，该热挤压模具钢的冲击韧性从原来的28.6J/cm2提高到33J/cm2；回火温度在600℃，硬度提高到HRC46.4，回火温度在620℃，硬度提高到HRC44.2，回火温度在640℃，硬度提高到HRC36.5。
Claims (1)
1.一种高冲击韧性、高热稳定性热挤压模具钢的制备方法，其特征在于：是由如下质量百分比的原料制成的，C0.32-0.45%；Si0.80-1.20%；Mn0.20-0.50%；Cr4.75-5.50%；Mo1.00-1.75%；V0.80-1.20%；P≤0.018%；S≤0.005%；Cu≤0.30%；Ni+Cu≤0.55；Nb0.04-0.10%；其余为Fe和杂质；采用如下步骤：a、将上述质量百分比的原料在感应炉内进行熔炼，熔炼温度1600-1640℃，随后在1550-1590℃浇铸成铸锭并空冷；b、将钢锭作为自耗电极进行电渣重熔，液体金属经过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、加热温度到1180℃进行锻造，始锻温度为1150℃，终锻温度为850℃，得到锻钢件；d、在880℃保温3h，炉冷至750℃等温4h，炉冷至500℃以下出炉空冷，完成等温球化退火；e、随炉升温到1080℃，保温2h，出炉后油淬20min；随后在590-620℃下回火，保温4h，回火两次。
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- 2014-10-23 CN CN201410569795.8A patent/CN104264060B/zh active Active
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| CN104264060A (zh) | 2015-01-07 |
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Denomination of invention: A high impact toughness and high thermal stability hot extrusion die steel and its preparation method Effective date of registration: 20230911 Granted publication date: 20160120 Pledgee: China CITIC Bank Co.,Ltd. Taiyuan Branch Pledgor: SHANXI BUYEASY MACHINERY MANUFACTURE Co.,Ltd. Registration number: Y2023140000049 |