本发明专利技术涉及一种铌微合金化高强度热作模具钢，属合金钢制造工艺技术领域。该钢的成分及重量百分比为：Ｃ ０．３～０．６％，Ｓｉ ０．１～０．５％，Ｍｎ ０．１～０．５％，Ｃｒ ４．０～６．５％，Ｍｏ １．０～３．５％，Ｖ ０．４～１．４％，Ｎｂ ０．０２～０．１０％，Ｐ＜０．０３％，Ｓ＜０．０３％，Ｆｅ余量。本发明专利技术热作模具钢的制备过程如下：配料、熔炼及炉外精炼，然后电渣重熔；在１２１０～１３００℃，匀质化处理５～１０ｈ，锻造、退火，及淬回火：在６５０℃、８００℃进行“阶梯式加热”之后加热至１０００～１１００℃进行奥氏体化，随后进行二次回火，最终制得热作模具钢。该模具钢的优点是：热强性好，热稳定性好，热疲劳性能好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，该模具钢具有高强 度和高热稳定性，同时兼有良好的韧性和热疲劳性能，属合金钢制造工艺
技术介绍
在热作模具钢领域中，国内目前广泛应用的钢种有5CrNiMo， 5CrMnMo， 3Cr2W8V 和H13钢。由于热作模具钢的工作条件的特殊性，对热作模具钢的性能要求也就十 分严格。5CrNiMo和5CrMnMo由于其热强性较低，容易造成模具工作部分的塌陷和在 冲击应力下的热磨损、热疲劳，不适宜制造尺寸较大，工作温度较高的热作模具。 3Cr2W8V热硬性较好，但其热疲劳抗力差，模具常因发生龟裂而产生失效。H13钢的 热稳定性不够理想，使用温度不能超过60(TC。因此，开发具有高热强性、高热稳定 性和优良的热疲劳性能的热作模具钢具有十分重要的意义。目前，铌作为微合金化元素添加到结构钢中已经得到十分广泛的应用并取得较好 的效果，而铌在工模具钢中的应用却鲜有报道。由于铌具有细化晶粒、沉淀强化和阻 止晶粒长大等作用，因此，尝试在热作模具钢中用铌代替部分的钒来进行钢的强化和 韧化来提高钢的热强性和热疲劳性能是一条新途径。在1985年申请的专利号为85100822、专利名为"热作模具钢"的专利中， 4Cr3Mo2NiVNb的铌加入量为0.3%;在2000年申请的专利号为00117148.8、专利 名为"一种中合金铬系热作模具钢"的专利中，铌加入量为0. 15% 0. 3%;另外，文 献中表明，铌加入量小于0.01%时，钢的力学性能不能得到明显的改善。在铌微合金 化的过程中，关键的问题在于控制好铌的加入量。铌加入量过多则容易在钢液凝固的 过程中产生较多的大颗粒伪共晶碳化物，严重影响钢的冲击韧性，加入量太少，则效 果不明显。本专利技术钢的铌加入量采用0.02% 0.1%，结果表明，钢的热强性、热稳定 性和热疲劳性能得到明显的提高，并且形成的少量的伪共晶碳化物可以通过高温均匀 化的方法予以消除。在这样的技术背景下，本专利技术通过铌微合金化的方法开发了此具有高热强性、高 热稳定性，同时兼有良好的韧性和热疲劳性能的热作模具钢。此热作模具钢不仅可以 在某些场合下代替3Cr2W8V和H13钢等常用钢种，还可以在某些当前广泛应用的钢 种难以胜任的工作条件下填补空缺，如用于精锻模，锻造不锈钢、气门等难锻的零件。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有高热强性，高热稳定性和优良热疲劳性能的铌微合 金化高强度热作模具钢。本专利技术的另一目的是提供一种铌微合金化高强度热作模具钢的制备方法。 本专利技术热作模具钢的特征在于具有以下的成分及重量百分比-0.1 0.5%， 4.0 6.5%， 0.4 1.4%， <0.03%，C 0.3 0.6%， Si Mn 0.1 0.5%， Cr Mo 1.0 3.5%， V Nb 0.02 0.10%， P S <0.03%， Fe上述铌微合金化高强度热作模具钢的制备方法，其特征在于该方法具有以下的工 艺过程和步骤a. 熔炼及炉外精炼按上述的合金元素配比进行电炉熔炼或感应熔炼，而后进 行炉外精炼；b. 电渣重熔对于要求高的钢可在锻造之前进行电渣重溶，普通钢锭则可在熔炼及精炼后直接进行锻造，c. 高温匀质化针对铌的大颗粒伪共晶碳化物，采用温度为1210 130(TC的高 温匀质化工艺对其进行消除，匀质化时间为5 10h，以达到均匀铸态组织， 减少偏析，消除铌的伪共晶碳化物的目的；d. 锻造将上述钢锭在1100 900。C温度范围内进行锻造加工；e. 退火退火温度为820 86(TC，保温时间为6 10h,炉冷的冷却速度〈100。C/h;f. 淬回火热处理采用两段预热方式，在65(TC、 800'C进行"阶梯式加热"，在 65(TC保温1 5h， 80(TC保温1 5h，而后加热至1000 1100。C进行奥氏体 化，保温1 5h (上述各阶段具体加热时间依材料尺寸和加热速度而定)，采 用油淬或水淬；随后进行600 65(TC二次回火，每次回火时间为2 6h，从 而对钢种的铌元素进行有效的分配。分配35 45%的铌元素固溶在奥氏体中； 分配55 65y。的铌元素在Nb(C,N)中，从而起到阻止晶粒长大、细化晶粒的作 用；分配5 10%的铌元素在二次硬化的过程中从马氏体中析出，从而起到弥 散强化的作用。本专利技术的热作模具钢其成分设计的理论依据如下所述本专利技术热作模具钢中主要的合金元素为Nb、 Mo、 V、 Cr。 NbC或NbN等间隙中间 相可以"钉扎"在奥氏体晶界上，通过析出钉扎机制阻止奥氏体晶粒长大，固溶铌由 于原子半径比铁大得多，可以产生强烈的拖拽晶界移动的能力。因此，加入适量的铌 元素能够起到细化晶粒和沉淀强化的作用，从而提高钢的强度和抗疲劳软化性能。钼 含量的提高可以增加Mo2C和MoC碳化物形成的驱动力，延缓Mo2C和MoC向Mo23C6转变，从 而进一步提高材料的高温强度及热稳定性。并且钼含量的提高可以增加Nb(C、 N)在奧 氏体中的溶度积，使大量的Nb保持在固溶体中，以便在低温转变的铁素体中弥散析 出，产生较高的沉淀强化效果。加入V元素可以在高温回火的过程中出现明显的二次 硬化效应，并降低钢的过热敏感性。Cr固溶于奥氏体中有助于提高过冷奥氏体的稳定 性，固溶于马氏体中有助于提高马氏体的回火抗力。此外，由于本专利技术热作模具钢采用的合金度较高，因此考虑适当提高碳含量，以 与高合金度相配合。高碳高合金度对于提高钢的热强性、热稳定性和热疲劳性能具有 良好的效果，但是同时也会带来一些不利的影响，如形成大颗粒伪共晶碳化物等。对 于这些不利影响，本专利技术考虑采用配套的热处理工艺予以消除，如高温均匀化。结果 表明，采用本专利技术的热处理工艺对本专利技术的热作模具钢进行处理，能够在减少不利因 素的情况下切实地达到高热强性、高热稳定性和高热疲劳性能的效果，这也正是本发 明与众不同之处。 附图说明图1为本专利技术热作模具钢(简称SDH8Nb)在高温匀质化前后的显微组织观察及EDX 分析图。(a) 高温匀质化前SDH8Nb铸态显微组织(b) 伪共晶碳化物消除后SDH8Nb铸态显微组织(c) 高温匀质化前SDH8Nb铸态组织SEM观察(d) (c)图中①点的EDX能谱分析图图2为本专利技术热作模具钢(简称SDH8Nb)在620'C条件下与H13钢对比的热稳定性图。图3为本专利技术热作模具钢(简称SDH8Nb)与H13钢的热疲劳性能对比图。(a) SDH8Nb的热疲劳性能(b) H13的热疲劳'l4^具体实施例方式现将本专利技术的具体实施例叙述于下。 实施例1本实例中，采用热作模具钢的组成成分及其重量百分比如下C 0.46%， Si 0.26%， Mn 0.45%， Cr 4.48%， Mo 2.88%， V 0.56%， Nb0.063%P 0.015%， S 0.015%， Fe 余量。本实施例中，热作模具钢的工艺过程和步骤如下a. 感应熔炼按上述的合金元素配比于中频感应炉中熔炼，熔炼温度大于1500 °C，而后浇铸成①80mm钢锭并空冷；b. 电渣重熔将上述钢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本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铌微合金化高强度热作模具钢，其特征在于该钢的化学成分及重量百分比为：Ｃ０．３～０．６％，Ｓｉ０．１～０．５％，Ｍｎ０．１～０．５％，Ｃｒ４．０～６．５％，Ｍｏ１．０～３．５％，Ｖ０．４～１．４％，Ｎｂ０．０２～０．１０％，Ｐ＜０．０３％，Ｓ＜０．０３％，Ｆｅ余量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：闵永安，宋雯雯，吴晓春，张海东，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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