一种Cr1系列热作模具钢及其热处理方法技术

本发明专利技术提供一种Cr1系列热作模具钢，其特征在于，所述热作模具钢以重量％计，包含C0.40～0.48％，Si0.17～0.40％，Mn0.80～1.20％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr0.80～1.60％，Ni1.00～1.70％，Mo0.80～1.60％，V0.05～0.30％，Al0.010～0.050％，Nb 0.02～0.20％，余量的Fe；本发明专利技术提出的新型Cr1系列热作模具钢的化学成分配方，材料名称命名为YD1，与现有的Cr1系(5CrNiMo、5CrNiMoV)热作模具钢比较，YD1系列模具钢降低了碳含量，提高了Mn和Cr含量，大幅度提高了Mo含量，略微降低了Ni含量、添加了Nb元素、添加了Al元素。从而提高了高温强度和抗蠕变性能、且提高了韧性等。

Cr1 series hot working die steel and heat treatment method thereof

The present invention provides a series of Cr1 hot die steel, which is characterized in that the hot die steel in weight%, including C0.40 ~ 0.48%, Si0.17 ~ 0.40%, Mn0.80 ~ 1.20%, P = 0.020%, S = 0.010%, Cr0.80 ~ 1.60%, Ni1.00 ~ 1.70%, Mo0.80 ~ 1.60%, V0.05 ~ 0.30%. Al0.010 - 0.050%, Nb 0.02 ~ 0.20%, the balance of Fe; the new Cr1 series heat provided by the invention can be used as the ingredient of chemical composition of steel mold, material name named YD1, with the existing Cr1 system (5CrNiMo, 5CrNiMoV) hot die steel, die steel YD1 series reduces carbon content increased by Mn and the content of Cr, increase the content of Mo, slightly reduced the content of Ni, the addition of Nb element, add a Al element. Therefore, the high temperature strength and creep resistance are improved, and the toughness is improved.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铁基合金领域，具体涉及一种用于锻造模具的合金及其制备和应用。
技术介绍
5CrNiMo和5CrNiMoV是当前工业上的主要模具材料(GB/T11880-89模锻锤和大型机械锻压机用模块技术条件)；GB1299-2000合金工具钢；《我国热作模具钢性能数据集》，朱宗元，机械工程材料，第25卷第12期，P12；其中5CrNiMo模具钢热强性和耐磨性较差。我国锻造用模具材料品种较少，应用最多的是GB/T11880-89中的5CrNiMo、5CrNiMoV、4Cr2MoVNi(B2)；GB/T1299-2000中的H13；这些品种中依据使用硬度来衡量，高的高，低的低，缺少中间硬度的品种，GB/T11880-89中的5Cr2NiMoVSi属于硬度适中的品种，但因脆性大，易于开裂，应用不广泛。故需开发合金化和硬度处于5CrNiMo和H13中间的或高于H13的系列品种。5CrNiMo是国标模具钢产品，适用于使用硬度HRC42-47(小型)、HRC39-44(中小型)、HRC37-42(中型)的钢，(《模具材料应用手册》，林慧国、火树鹏、马绍弥主编，机械工业出版社第二版，P14，P32)，用途形状简单，厚度250-350mm。该钢合金化较为合理,在锻造变形抗力小的低合金钢时应用效果较好。如果用于更大截面或更高温度的热锻模时,这种钢由于淬透性和淬硬性低,热稳定性差,而造成模具的使用寿命低。锻压模块的厚度≥350～500mm的称为大型模块，厚度≥500mm的称特大型模块。我国开发了45Cr2NiMoVSi(45Cr2)、5Cr2NiMoVSi(5Cr2)、3Cr2MoVNi(B2)和3Cr2MoWVNi(B3)(JBT8431-1996《热锻成形模具钢及其热处理技术条件》)等大截面热作模具钢，与5CrNiMo相比，45Cr2和5Cr2钢提高了淬透性、高温强度、热稳定性，而冲击韧性相当，抗热磨损和抗热疲劳的性能也好于5CrNiMo，但45Cr2和5Cr2易于开裂。
技术实现思路
针对本领域存在的问题，本专利技术目的是提供一种适于大、中、小型模块Cr1系列热作模具钢。本专利技术的另一目的是提出所述Cr1系列热作模具钢的制备方法。本专利技术的第三个目的是提出用所述Cr1系列热作模具钢制备模具的方法。实现本专利技术上述目的的具体技术方案为：一种Cr1系列热作模具钢，所述热作模具钢以重量％计，包含C0.40～0.48％，Si 0.17～0.40％，Mn 0.80～1.20％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr0.80～1.60％，Ni 1.00～1.70％，Mo0.80～1.60％，V0.05～0.30％，，Al0.010～0.050％，Nb 0.02～0.20％，余量的Fe。本专利技术提出的新型Cr1系列热作模具钢的化学成分配方，内部材料名称命名为YD1，与Cr1系(5CrNiMo、5CrNiMoV)热作模具钢比较，YD1系列模具钢降低了碳含量，提高了Mn含量，提高了Cr含量，大幅度提高了Mo含量，添加/提高了V含量，略微降低了Ni含量、添加了Nb元素、添加了Al元素。从而提高了高温强度和抗蠕变性能、且提高了韧性等。现有技术中，热作模具钢的主要合金元素和范围为:C0.26-0.75％、Si0.10-1.2％、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％、Nb0-0.3％，每一种成分含量的变化对钢的组织和性能起着有益作用和不利的作用，本专利技术目标是专利技术一种低Cr的碳化物含量较低的高强韧性的取代5CrNiMo的热作模具钢，取每一种元素的常处，规避其短处，重点考虑的方面如下：1)C在钢中的作用扩大γ相区，但因渗碳体的形成，不能无限固溶；随含量的增加，提高钢的硬度和强度，但降低其塑性和韧性。提高钢的淬透性；降低Ms点,故保持相对较低的碳含量,使钢的Ms取于相对较高的水平，淬火获得较多的板条马氏体组织提高韧性,同时也能降低在回火后钢中的碳化物数量提高韧性。故比5CrNiMo的碳含量降低。故本专利技术钢种取C0.40-0.48％。2)、硅在钢中的作用:(1)提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。(2)Si是提高回火抗力的有效元素.Si降低碳在铁素体中的扩散速度,使回火析出的碳化物不易聚集,增加了回火稳定性；(3)提高钢的高温抗氧化性能；(4)不利方面易使钢呈现带状组织,使钢的横向性能降低。Si的不利方面还有是增加钢中的碳偏析，其不利作用较比其有利作用大，故Si取满足冶炼脱氧的要求即可。故本专利技术钢种取Si0.17～0.40％。3)、锰在钢中的作用(1)锰提高钢的淬透性。(2)锰和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，Mn又可形成碳化物，从而提高钢的强度、硬度和耐磨性。(3)锰对钢的高温瞬时强度有所提高。(4)锰强烈降低钢的Ms点,增加淬火钢中的残余奥氏体量,有利的方面可提高韧性,不利的方面可增加变形量；锰钢的主要缺点是，①含锰较高时，有较明显的回火脆性现象；②锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对过热较敏感，故在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服。Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，Mn在钢中必须达到一定的量，Mn/S必须大于等于8。本专利技术钢种主要利用其提高淬透性和提高耐磨性的方面,故取其在较高的含量,与5CrNiMo相比提高了Mn含量。故专利技术钢种Mn取0.80～1.20％。4)、铬在钢中的作用(1)铬可提高钢的强度和硬度。(2)铬可提高钢的高温机械性能。(3)使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性(4)阻止石墨化(5)提高淬透性。(6)形成碳化物,提高耐磨性(7)增加回火稳定性(8)Cr对钢共析点的影响，它和Mn大致相似，降低共析点的含C量。缺点：①铬是显著提高钢的脆性转变温度②铬能促进钢的回火脆性。对比5CrNiMo和5CrNiMoV的性能可知,Cr降低冲击韧性。Cr是碳化物形成元素，增加耐磨性，但用于冲击力量较大的大型锻模时，因其脆性大而易于开裂。但是考虑碳已比5CrNiMo降低,Cr相应的比5CrNiMo提高。故本专利技术钢种Cr取0.80-1.60％。5)、镍在钢中的作用(1)可提高钢的强度，且提高其韧性，改善疲劳抗力。(2)镍可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性。(3)镍可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐蚀。(4)提高淬透性,(5)扩大奥氏体区,增加淬火钢中的残余奥氏体量,有利的方面可提高韧性,不利的方面可增加变形量，(6)增加树枝晶,提高横向性能，(7)增加板条状马氏体量,提高韧性，(8)加速碳在奥氏体中的扩散，Ni为非碳化物形成元素,提高碳在奥氏体中的扩散系数,降低了一次碳化物，并使二次碳化物不易长大。(9)Ni使奥氏体的层措能提高。一般认为层措能越低，越有利于位措的扩展和形成位措，使滑移困难，导致钢的加工硬化趋势增大。反之层措能越高，越易于变形加工。这可增在锻造道次变形量，有利于组织破碎和疏松焊合。故Ni取与5CrNiMo相当的或略低的含量范围。故本专利技术钢种Ni取1.0-1.70％。6)、钼在钢中的作用(1)钼对铁素体有固溶强化作用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Cr1系列热作模具钢，其特征在于，所述热作模具钢以重量％计，包含C 0.40～0.48％，Si 0.17～0.40％，Mn 0.80～1.20％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr 0.80～1.60％，Ni 1.00～1.70％，Mo0.80～1.60％，V0.05～0.30％，，Al0.010～0.050％，Nb 0.02～0.20％，余量的Fe。

【技术特征摘要】
1.一种Cr1系列热作模具钢，其特征在于，所述热作模具钢以重量％计，包含C 0.40～0.48％，Si 0.17～0.40％，Mn 0.80～1.20％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr 0.80～1.60％，Ni 1.00～1.70％，Mo0.80～1.60％，V0.05～0.30％，，Al0.010～0.050％，Nb 0.02～0.20％，余量的Fe。2.根据权利要求1所述的Cr1系列热作模具钢，其特征在于，通过以下步骤制备：电炉或转炉冶炼，LF炉精炼，真空脱气，模铸或连铸，退火，电渣重熔，缓冷，退火，锻造，正火，高温回火，扩氢，粗加，检验，粗加，调质，精加，检验。3.用权利要求1或2所述Cr1系列热作模具钢制备的合金模具。4.一种合金模具的热处理方法，所述合金模具为低合金钢用锤锻或机锻模具，其特征在于，以权利要求1或2所述的热作模具钢制造，其热处理包括步骤：S1淬火：≤680℃装炉，保持在680℃温度下，再随炉升温至890～930℃保温，然后冷却至150～180℃后立即回火；S2一次回火：≤280℃装炉，保持在280℃温度下等温按0.6min/mm计算，升温至585～640℃保温，冷却至表面温度100～150℃后冷却，确保模具冷至室温后才能进行第二次回火；S3二次回火：≤300℃入炉，升温至5...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘孝忠，于成文，
申请(专利权)人：营口市特殊钢锻造有限责任公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21