一种高性能热作钢及其制备方法技术

技术编号:13949646 阅读:68 留言:0更新日期:2016-10-31 14:29
本发明专利技术涉及一种高性能热作钢及其制备方法,其特征在于:主要包括如下物质组分Fe、C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Mo、V和Al,所述物质组分所占的质量百分含量为:C 0.18‑0.45%、Si 0.90‑1.30%、Mn 1.10‑1.30%、P≤0.030%、S≤0.030%、Cr 5.10‑5.40%、Ni≤0.50%、Mo 1.90‑3.20%、V 0.90‑1.20%、Al 1.0‑1.30%,余量为Fe。本发明专利技术通过掺杂不同含量的元素,使热作钢的高红硬性、高回火稳定性大大提高,能够解决现有技术中的热作钢存在适用范围局限、对于需要耐回火稳定性、耐高温的航空和国防工业机械零件不能达到标准的问题,具有高红硬性、高回火稳定性,经氮化处理后具有超高显微硬度等有益效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种热作钢,特别是涉及一种高性能热作钢及其制备方法,具有高红硬性、高回火稳定性、超高显微硬度的特点,适用于制作热作模具及高温零件。属于特殊钢及冶炼

技术介绍
目前,国内外的高要求热作模具一般选用H13钢,其中瑞典8407、日本大同公司的DH31-S、日本日立公司的DAC3、DAC40、DAC45模具钢是性能比较优秀的品种。但是,当所述瑞典8407、日本大同公司的DH31-S、日本日立公司的DAC3、DAC40、DAC45模具钢,用于制造大型压铸模、热镦模和大型工业铝型材挤压模时,仍然存在耐磨性低、热疲劳性能差和稳定性波动大等缺陷,因此其满足不了大工业生产的要求。另外,所述瑞典8407、日本大同公司的DH31-S、日本日立公司的DAC3、DAC40、DAC45模具钢,也不能满足航空和国防工业中高温工作条件下机械零件的耐高温、耐回火稳定性的要求。为此,需要制作一种高性能热作钢,以解决现有热作钢存在的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的之一,是为了解决现有热作钢耐磨性低、热疲劳性能差和稳定性波动大的问题,提供一种高性能热作钢。该高性能热作钢具有高红硬性、高回火稳定性和超高显微硬度的特点。本专利技术的目的之二,是为了提供一种高性能热作钢的制备方法。本专利技术的目的之一可以通过采取以下技术方案达到:一种高性能热作钢,其特征在于:主要包括如下物质组分Fe、C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Mo、V和Al,所述物质组分所占的质量百分含量为:C 0.18-0.45%、Si 0.90-1.30%、Mn 1.10-1.30%、P≤0.030%、S≤0.030%、Cr 5.10-5.40%、Ni≤0.50%、Mo 1.90-3.20%、V 0.90-1.20%、Al 1.0-1.30%,余量为Fe。本专利技术的目的之一还可以通过采取以下技术方案达到:作为一种优选方式,所述物质组分所占的质量百分含量为:C 0.31-0.45%、Si 1.10-1.30%、Mn 1.10-1.30%、P≤0.030%、S≤0.030%、Cr 5.10-5.40%、Ni≤0.50%、Mo 3.0-3.20%、V 0.90-1.20%、Al 1.0-1.30%,余量为Fe;构成通用型新型热作模具钢,即301钢。作为一种优选方式,所述物质组分所占的质量百分含量为:C 018-0.25%、Si 0.90-1.20%、Mn 1.10-1.30%、P≤0.030%、S≤0.030%、Cr 5.10-5.40%、Ni≤0.50%、Mo 1.90-2.20%、V 0.90-1.20%、Al 1.0-1.30%,余量为Fe;构成压铸模专用新型热作模具钢,即302钢。本专利技术的目的之二可以通过采取以下技术方案达到:一种高性能热作钢的制备方法,其特征在于:1)按质量百分含量为:C 0.18-0.45%、Si 0.90-1.30%、Mn 1.10-1.30%、P≤0.030%、S≤0.030%、Cr 5.10-5.40%、Ni≤0.50%、Mo 1.90-3.20%、V 0.90-1.20%、Al 1.0-1.30%,余量为Fe,准备原料;2)采用碱性电弧炉生产,在冶炼时采用氧化法或返回法冶炼;含高合金以及特殊要求的模具钢,采用氧化法冶炼,为保证氧化期沸腾的脱碳量,熔清碳控制在成品规格0.40%以上,废钢中的硫磷含量在熔清后含量在0.03%以下;铬、镍、钼、钒、铝合金元素按95%-100%配入,硅、锰按常规加入;采用返回法冶炼时,配碳量在熔清后控制在规格上限0.20%以上,加入上述合金炉料带入的磷含量,必须严格控制在0.025%以下,此外还要注意到有害元素砷、锡、铅、铜等的带入;3)出钢后及时补炉,装钢铁料前加入适量石灰或碎矿石,以利提前造渣和脱磷;装炉时以尽快使钢铁料熔化形成熔池为原则,将部分小料敷在底部,中间装入大块料和废钢,中块料放在上面和四周,上层放入剩余小块料;铁合金和石灰等炉料要干燥和烤焙。本专利技术的目的之二还可以通过采取以下技术方案达到:作为一种优选方式,高性能热作钢的制备过程包括:熔化期使用大功率供电,开始采用低电压小电流,逐渐调整功率使之尽快形成熔池;并注意调整熔渣,形成高的碱度和低的熔化温度以有利于脱磷,碱度控制在2.5-3.0,FeO含量为16%-20%;熔化末期采用流渣操作,特别是在返回法冶炼时,当炉料熔化70%-80%时,吹氧助熔,以便提高合金回收率;当炉渣变稠时,加入硅铁粉或硅钙粉调渣;氧化期炉料全部熔化后,氧化初期继续脱磷,此时炉渣是高碱度、高氧化性的氧化渣,且是大渣量,即渣量保持炉料重的2%-3%,同时采用流渣和换渣操作,以保证良好的脱磷和脱硫作用;当温度达到规定温度后开始氧化操作,采用矿石和氧气联合氧化,并做到高温氧化,分批加矿保持炉内均匀激烈沸腾,利用碳和氧所产生的激烈沸腾,使钢液中的夹杂物上浮到渣中,以去除氢和氮有害气体;氧化末期取样分析钢液的碳含量达到规定范围,经脱磷后液中磷含量小于或等于0.015%,然后再进行静沸腾,静沸腾时间不小于10分钟;还原精炼期:钢液中碳和所需合金元素达到设定要求,磷含量不大于0.015%,且钢液温度大于岀钢温度和渣液流动性良好的条件下,除去氧化渣;按8:1-5:1的比例加入石灰、萤石和耐火砖,以混合渣料,钢渣量为钢液量的3%-5%,当新渣形成后,即开始还原,以期达到富集氧和氧化物还原;岀钢:岀钢过程常采用钢渣混岀,增加钢液与渣的接触,继续起脱硫作用,同时钢
渣混岀也起保护作用,使钢液尽可能少的二次氧化和吸气。当采用炉外精炼,为避免氧化渣的污染,一般采用挡渣岀钢的方法,现在发展最快的是采用偏心炉底岀钢,避免氧化渣进入钢包;锻造及退火:高性能新型热作钢锻造工艺为:加热温度1100-1140℃,始锻1050-1080℃,终锻温度≥850℃,锻后缓冷即砂冷;球化退火工艺为:860℃保温4h,降温至720℃保温6h,随炉冷却。作为一种优选方式,在还原精炼期,还原期的炉渣必须是低FeO的,用碳粉2-3Kg/t钢水和硅铁粉3-4%Kg/t钢水或加电石块2-3Kg/t钢水分批加入混合还原脱氧调渣;在整个过程中注意控制炉渣碱度和流动性,炉内保持还原气氛,脱氧良好,控制炉内温度不要高低波动,保持中温精炼,防止后期升温产生过热,补加合金达到规定范围,准备岀钢。作为一种优选方式,在合金元素Al加入过程为,将要加入的纯Al用铁丝捆绑,并用铁棒撑在钢包底部;岀钢时,钢水的含氧量要尽量低,这对保证钢获得较低氧化物夾杂和铝的低烧损率很必要;然后岀钢,并及时加入防止钢水氧化的保护剂,所述纯铝的规格为:每块≤0.45Kg。作为一种优选方式,为有效提高钢的质量和纯净度,将还原精炼阶段移到钢包采用炉外喷粉精炼,所述喷粉精炼是把电弧炉的钢液注入钢包后,向钢液的深部喷入Ca-Si粉或CaC2-CaF2粉或其他增碳、合金化粉,并进行吹氩、脱硫、脱磷、脱气钢液的工艺;喷粉量为2.5-3.0Kg/t钢水,喷粉时间不大于10分钟;采用CaC2-CaF2系混合粉末精炼脱磷,喷粉量约为20-50Kg/分钟;以提高钢的纯净度,及改善了钢的性能;喷粉精炼包括:喷粉脱硫,当高碱度渣的渣量在2%-3%时能使钢中的硫含量下降到本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种高性能热作钢,其特征在于:主要包括如下物质组分Fe、C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Mo、V和Al,所述物质组分所占的质量百分含量为:C 0.18‑0.45%、Si 0.90‑1.30%、Mn 1.10‑1.30%、P≤0.030%、S≤0.030%、Cr 5.10‑5.40%、Ni≤0.50%、Mo 1.90‑3.20%、V 0.90‑1.20%、Al 1.0‑1.30%,余量为Fe。

【技术特征摘要】
1.一种高性能热作钢,其特征在于:主要包括如下物质组分Fe、C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Mo、V和Al,所述物质组分所占的质量百分含量为:C 0.18-0.45%、Si 0.90-1.30%、Mn 1.10-1.30%、P≤0.030%、S≤0.030%、Cr 5.10-5.40%、Ni≤0.50%、Mo 1.90-3.20%、V 0.90-1.20%、Al 1.0-1.30%,余量为Fe。2.根据权利要求1所述的一种高性能热作钢,其特征在于:所述物质组分所占的质量百分含量为:C 0.31-0.45%、Si 1.10-1.30%、Mn 1.10-1.30%、P≤0.030%、S≤0.030%、Cr 5.10-5.40%、Ni≤0.50%、Mo 3.0-3.20%、V 0.90-1.20%、Al 1.0-1.30%,余量为Fe;构成通用型新型热作模具钢,即301钢。3.根据权利要求1所述的一种高性能热作钢,其特征在于:所述物质组分所占的质量百分含量为:C 018-0.25%、Si 0.90-1.20%、Mn 1.10-1.30%、P≤0.030%、S≤0.030%、Cr 5.10-5.40%、Ni≤0.50%、Mo 1.90-2.20%、V 0.90-1.20%、Al 1.0-1.30%,余量为Fe;构成压铸模专用新型热作模具钢,即302钢。4.一种高性能热作钢的制备方法,其特征在于:1)按质量百分含量为:C 0.18-0.45%、Si 0.90-1.30%、Mn 1.10-1.30%、P≤0.030%、S≤0.030%、Cr 5.10-5.40%、Ni≤0.50%、Mo 1.90-3.20%、V 0.90-1.20%、Al 1.0-1.30%,余量为Fe,准备原料;2)采用碱性电弧炉生产,在冶炼时采用氧化法或返回法冶炼;含高合金以及特殊要求的模具钢,采用氧化法冶炼,为保证氧化期沸腾的脱碳量,熔清碳控制在成品规格0.40%以上,废钢中的硫磷含量在熔清后含量在0.03%以下;铬、镍、钼、钒、铝合金元素按95%-100%配入,硅、锰按常规加入;采用返回法冶炼时,配碳量在熔清后控制在规格上限0.20%以上,加入上述合金炉料带入的磷含量,必须严格控制在0.025%以下,此外还要注意到有害元素砷、锡、铅、铜等的带入;3)出钢后及时补炉,装钢铁料前加入适量石灰或碎矿石,以利提前造渣和脱磷;装炉时以尽快使钢铁料熔化形成熔池为原则,将部分小料敷在底部,中间装入大块料和废钢,中块料放在上面和四周,上层放入剩余小块料;铁合金和石灰等炉料要干燥和烤焙。5.根据权利要求4所述的一种高性能热作钢的制备方法,其特征在于:高性能热作钢的制备过程包括:熔化期使用大功率供电,开始采用低电压小电流,逐渐调整功率使之尽快形成熔池;并注意调整熔渣,形成高的碱度和低的熔化温度以有利于脱磷,碱度控制在2.5-3.0,FeO含量为16%-20%;熔化末期采用流渣操作,特别是在返回法冶炼时,当炉料熔化70%-80%时,吹氧助熔,以便提高合金回收率;当炉渣变稠时,加入硅铁粉或硅钙粉调渣;氧化期炉料全部熔化后,氧化初期继续脱磷,此时炉渣是高碱度、高氧化性的氧化
\t渣,且是大渣量,即渣量保持炉料重的2%-3%,同时采用流渣和换渣操作,以保证良好的脱磷和脱硫作用;当温度达到规定温度后开始...

【专利技术属性】
技术研发人员:黎炳雄董小虹梁航
申请(专利权)人:广东世创金属科技股份有限公司
类型:发明
国别省市:广东;44

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