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一种提高冷作模具钢铸态热加工性能的方法技术

技术编号:14811465 阅读:138 留言:0更新日期:2017-03-15 03:01
本发明专利技术涉及冶金领域,更具体的说涉及一种用于提高高碳高合金冷作模具钢铸态加工性能的方法,其特征为向钢中加入一种合金,其化学质量百分比为:4-7%的镁(Mg)、13-16%的钼(Mo)和剩余量的镍(Ni)。本发明专利技术可以应用在高碳高合金冷作模具钢生产的精炼环节,通过加入该种合金,控制钢中镁Mg的质量百分含量在0.001%-0.005%范围内,可以显著改善铸态钢的热加工性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及冶金领域,更具体的说涉及一种用于提高高碳高合金冷作模具钢铸态加工性能的方法。
技术介绍
冷作模具钢主要用于制造在冷态(室温)下工作的模具,如冷冲压模具、冷拉伸模具、冷镦模具、冷挤压模具、压印模具和螺纹滚丝模等,其中最典型牌号是高碳、高铬型冷作模具钢,其特点是具有较高的耐磨性、淬透性、微变形、高热稳定性、高抗弯强度,其消耗量在冷作模具钢中居于首位。这类冷作模具钢由于其成分中具有很高的含碳量和含铬量,形成了大量的碳化物和高合金度的马氏体,使钢具有高硬度、高耐磨性的特点。但同时大量网状碳化物也造成其热加工塑性差,具体表现在变形抗力大、可锻性差。
技术实现思路
本专利技术提供了一种方法可以有效改善高碳、高铬型冷作模具钢的碳化物的形态和分布,从而显著提高其铸态高温塑性和压力加工过程的成品率,降低生产成本。本专利技术的目的是为了提供一种提高高碳高合金冷作模具钢铸态热加工性能的方法。可以在冷作模具钢生产过程中通过应用该方法,一方面改善钢中碳化物的形态和分布,另一方面可以降低钢中的氧含量和细化钢中的非金属夹杂物。本专利技术提供了一种提高高碳高合金冷作模具钢铸态热加工性能的方法,所述方法按照钢种成分,准备冶炼所需的包括纯铁、金属铬、钒铁、电解锰、工业硅、钼铁和石墨块等各种原料,并配置由镁Mg、钼Mo、镍Ni三种元素构成的镍镁钼处理合金,在真空感应炉或电炉中按如下步骤进行冶炼:(1)将纯铁、金属铬、钼铁和钒铁置于MgO坩埚内,抽真空至0.1Pa,通电加热直至原料全部熔化成金属液体;(2)待原料全部熔清后加入脱氧剂进行一次脱氧;(3)脱氧后,充氩,加入工业硅、电解锰和石墨块进一步熔化冶炼;(4)待原料全部熔化后,持续精炼10~20min,使成分更加均匀;(5)精炼后,充氩气,根据设计的不同成分加入镍镁钼处理合金;(6)加入镍镁钼合金保持反应3~10min,之后在氩气保护下进行浇注成锭。上述方法中所述镍镁钼处理合金,其特征是处理合金的化学质量百分比为:Mg含量为4~7%、Mo含量为13-16%、其余成分为Ni。在步骤(5)中,控制钢中Mg含量按质量百分数在0.001%~0.004%范围内。如众所知,在炼钢温度下,镁和氧、硫都具有很大的亲合力,同时,镁在钢中的溶解度小,不改变钢液的成分。因此,使用镁或者含镁合金处理钢液国内外都开展了相关的研究工作。实验室的研究结果表明,用Mg处理可以使钢水中的全氧含量和硫含量分别降低到0.001%和0.005%;Mg可以使簇状Al2O3夹杂变成微小、随机弥散的尖晶石型(MgO·Al2O3)夹杂物。镁在钢中的作用主要集中在三个方面:1)纯净化钢液;2)对夹杂物变性,使夹杂物无害化;3)微合金化以便提高钢的性能。实验证明,Mg对高温合金和超合金的热加工塑性和使用性能都有良好的影响。关于Mg在高温合金中的应用和作用机理的研究,早在60年代中期,前苏联冶金学者就已经做了大量的研究工作,自1970年以后,前苏联、美国和日本开始在杂志上公开发表文章和专利,报道这方面的研究成果。我国冶金学者在高温合金领域开展了大量的研究,分析了高温合金中镁的作用机制。但是,镁作为微合金化元素在其他品种领域的应用研究报道尚少见。国内对于不同的钢种,研究者采用镁或者镁合金对钢液进行处理后,得出的镁对钢材性能的影响结果表明,微量镁处理钢液后,钢材的力学性能、尤其是断裂韧性和高温塑性获得了明显的改善。镁的微合金化作用不仅适用于合金比高、热加工塑性差的高温合金,在特钢生产领域可更为广泛推广应用。特别是变形抗力大、可锻性差的高碳并含W、Mo、Nb、V、Cr等多种强碳化物形成元素的工模具钢、高温轴承钢及高强钢、超高强度钢完全可以借鉴应用。附图说明本专利技术所提供的附图是实施例与空白炉次的效果对比图。其中:图1为空白对比炉次的铸态试样高温拉伸后的断口形貌图(900℃);图2为实验例2的铸态试样高温拉伸后的断口形貌图(900℃);图3为空白对比炉次的锻后热处理碳化物分布图;以及图4为实验例2的锻后热处理碳化物分布图。具体实施方式按照钢种成分,准备好所需的原料纯铁、金属铬、钒铁、电解锰、工业硅、钼铁、石墨块等原料,并配置好本项
技术实现思路
中所述的镍镁钼合金,在普通真空感应炉或电炉中进行冶炼。具体实施情况如下。实施例1根据冶炼工艺条件,在25kg真空感应炉上对冷作模具钢D2(Cr12Mo1V1)进行了加入镍镁钼处理合金冶炼实验,具体方法如下:(1)将纯铁、金属铬、钼铁、钒铁置于MgO坩埚内,抽真空至0.1Pa,通电加热直至原料全部溶化成金属液体;(2)原料全部熔清后加入脱氧剂进行一次脱氧;(3)脱氧后,充氩,加入工业硅、电解锰和石墨块进一步熔化冶炼;(4)待合金再次全部熔化后,持续精炼10min,使成分更加均匀;(5)精炼后,充氩气,根据设计不同成分加入镍镁钼处理合金;(6)加入合金保持反应8min,之后在氩气保护下进行浇注成锭。前面所说的镍镁钼处理合金的成分为:镁Mg:4.8%,钼Mo:6.7%,镍Ni:88.5%;处理后钢水中镁的质量百分含量控制为0.0015%。本实施例所获钢锭与一般方法所获钢锭相比,其化学成分和力学性能对比结果见表1和表2。表1D2钢处理前后化学成分对比结果表2D2钢处理前后高温力学性能对比(铸态试样)实施例2根据冶炼工艺条件,在25kg真空感应炉上再次对冷作模具钢D2(Cr12Mo1V1)进行了加入镍镁钼处理合金冶炼实验,其使用的方法与实施1完全相同,但加入的镍镁钼处理合金的成分为:镁Mg:5.1%,钼Mo:4.7%,镍Ni:90.2%,钢水中镁的质量百分含量按照0.0050%控制。实验结束后所获得的钢锭与镍镁钼处理合金的空白钢锭进行对比,其化学成分和力学性能对比结果见表3和表4所示。表3D2钢处理前后化学成分对比结果表4D2钢处理前后高温力学性能对比(铸态试样)从实施例1和实施例2的结果可以看出,采用本专利技术的方法,实施钢种D2的主要化学成分没有多大变化,但是钢中镁Mg含量分别达到0.0012%和0.0041%。而钢中的氧含量得到明显降低,分别只有对比实验炉次的50.0%和57.1%。当加入的镁足够多时,也得到了一定的脱硫效果,实施例2的硫含量只有对比实验炉次的62.8%。而由铸态试样的力学性能对比可知,力学性能,尤其是塑性提高明显,最具有代表性的断面收缩本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种提高高碳高合金冷作模具钢铸态热加工性能的方法,所述方法按照钢种成分,准备冶炼所需的包括纯铁、金属铬、钒铁、电解锰、工业硅、钼铁和石墨块的原料,其特征是所述方法还包括配置由镁、钼、镍三种元素构成的镍镁钼处理合金,在真空感应炉或电炉中按如下步骤进行冶炼:(1)将纯铁、金属铬、钼铁和钒铁置于MgO坩埚内,抽真空至0.1Pa左右,通电加热直至原料全部熔化成金属液体;(2)待原料全部熔清后加入脱氧剂进行一次脱氧;(3)脱氧后,充氩,加入工业硅、电解锰和石墨块进一步熔化冶炼;(4)待原料全部熔化后,持续精炼10~20min,使成分更加均匀;(5)精炼后,充氩气,根据设计的不同成分加入镍镁钼处理合金;(6)加入镍镁钼处理合金保持反应3~10min,之后在氩气保护下进行浇注成锭。

【技术特征摘要】
1.一种提高高碳高合金冷作模具钢铸态热加工性能的方法,所述方法按
照钢种成分,准备冶炼所需的包括纯铁、金属铬、钒铁、电解锰、工业硅、
钼铁和石墨块的原料,其特征是所述方法还包括配置由镁、钼、镍三种元素
构成的镍镁钼处理合金,在真空感应炉或电炉中按如下步骤进行冶炼:
(1)将纯铁、金属铬、钼铁和钒铁置于MgO坩埚内,抽真空至0.1Pa
左右,通电加热直至原料全部熔化成金属液体;
(2)待原料全部熔清后加入脱氧剂进行一次脱氧;
(3)脱氧后,充氩,加入工业硅、电解锰和石墨块进一步熔化冶炼;
(4)待原料全部熔化后,持续精炼10~20m...

【专利技术属性】
技术研发人员:龚伟王承姜周华陈常勇彭娟王海东战东平
申请(专利权)人:东北大学
类型:发明
国别省市:辽宁;21

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