一种热作模具钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种热作模具钢，其为Cr3系马氏体型热作模具钢，包含以下合金元素：C 0.35～0.42％，Si 0.80～1.20％，Mn 0.30～0.60％，Cr 2.50～3.50％，Mo 2.30～3.20％，V 0.45～0.65％，P＜0.015％，S＜0.002％，Fe余量。本发明专利技术还公开了一种热作模具钢的制备方法，包括配料、冶炼、浇涛，电渣重熔；高温扩散退火，多向锻造热加工；预备热处理；最终热处理。本发明专利技术制备的钢具有高的热稳定性、热强性及良好的韧性等优势，满足当前模具制造对其材料的高温性能要求。

A kind of hot working die steel and its preparation method

The invention discloses a hot-working die steel, which is Cr3 martensitic hot-working die steel. It contains the following alloy elements: C 0.35-0.42%, Si 0.80-1.20%, Mn 0.30-0.60%, Cr 2.50-3.50%, Mo 2.30-3.20%, V 0.45-0.65%, P < 0.015%, S < 0.002%, and Fe margin. The invention also discloses a preparation method of hot-working die steel, including batching, smelting, pouring, electroslag remelting, high temperature diffusion annealing, multi-direction forging hot processing, preparation heat treatment and final heat treatment. The steel prepared by the invention has the advantages of high thermal stability, thermal strength and good toughness, and meets the high temperature performance requirements of the current die manufacturing for its materials.

【技术实现步骤摘要】
一种热作模具钢及其制备方法
本专利技术涉及合金钢制造领域，具体涉及一种热作模具钢及其制备方法。
技术介绍
热稳定性、热强性及韧性是热作模具钢极为重要的性能指标，关系到其服役寿命的长短。目前国内常用的热作模具钢为Cr5系热作模具钢，如：4Cr5MoSiV1、4Cr5MoSiV和4Cr5Mo2V等，其具有良好的淬透性、淬硬性、强韧性及冷热疲劳性能。其中使用最为广泛的热作模具钢为4Cr5MoSiV1，其具体的化学成分质量百分比为C0.32～0.45％、Cr4.75～5.50t％、Mo1.20～1.75％、V0.80～1.20％、Si0.80～1.2％、Mn0.20～0.5％、P≤0.030％、S≤0.005％。其中含有较高的Cr、Mo和V元素，属于过共析钢。4Cr5MoSiV1的冶金制造方法是采用电炉熔炼加电渣重熔，然后锻造成材。该钢在冶炼过程中由于Cr和V元素含量较高，成材后的组织中存在大量的大块液析碳化物，使得材料的韧性不足，容易出现早期开裂失效。除此以外，由于4Cr5MoSiV1中含有大量的Cr元素，其回火态二次碳化物容易在服役条件下长大粗化和发生类型转变，而且回火马氏体中的合金元素也容易析出而降低钢的强度，故其高温性能不佳，一般使用温度不能超过600℃。
技术实现思路
针对现有Cr5系热作模具钢存在的技术缺陷，本专利技术提供了一种Cr3系马氏体型热作模具钢及其制备和热处理方法，以满足国内市场对于高热稳定性及热强性热作模具钢的需求。其具体技术方案如下：本专利技术在第一方面提供了一种热作模具钢，其为Cr3系马氏体型热作模具钢，包含以下合金元素(重量百分比)：C0.35～0.42％，Si0.80～1.20％，Mn0.30～0.60％，Cr2.50～3.50％，Mo2.30～3.20％，V0.45～0.65％，P＜0.015％，S＜0.002％，Fe余量。在较优实施例中，上述热作模具钢包含以下合金元素(重量百分比)：C0.38％，Si1.10％，Mn0.50％，Cr2.50％，Mo3.00％，V0.50％，P0.010％，S0.001％，Fe余量。本专利技术在第二方面提供了一种热作模具钢的制备方法，包括以下步骤：步骤1、电炉冶炼：按照Cr3系马氏体型热作模具钢的化学成分及重量百分比：C0.35～0.42％，Si0.80～1.20％，Mn0.30～0.60％，Cr2.50～3.50％，Mo2.30～3.20％，V0.45～0.65％，P＜0.015％，S＜0.002％，Fe余量，配料后放入电炉中进行熔炼，然后经过精炼、真空脱气，浇铸成电极棒，最后电渣重熔成电渣锭，备用；步骤2、高温扩散退火：对电渣锭进行高温扩散退火，以均匀组织、消除合金成分偏析和液析碳化物；步骤3、锻造：将经高温扩散退火的电渣锭进行多向锻造加工；步骤4、预备热处理：对锻造成形后的锻坯进行固溶处理，然后水冷；再采用两段式等温球化退火工艺对锻坯进行处理；步骤5、最终热处理：将预备热处理后的锻坯置于真空炉中进行奥氏体化，高压气淬冷却后出炉，随后进行回火热处理。优选地，本专利技术还提供了一种热作模具钢的制备方法，包括以下步骤：步骤1、电炉冶炼：按照Cr3系马氏体型热作模具钢的化学成分及重量百分比：C0.38％，Si1.10％，Mn0.50％，Cr2.50％，Mo3.00％，V0.50％，P0.010％，S0.001％，Fe余量，配料后放入电炉中进行熔炼，然后经过精炼、真空脱气，浇铸成电极棒，最后电渣重熔成电渣锭，备用；步骤2、高温扩散退火：对电渣锭进行高温扩散退火，以均匀组织、消除合金成分偏析和液析碳化物；步骤3、锻造：将经高温扩散退火的电渣锭进行多向锻造加工；步骤4、预备热处理：对锻造成形后的锻坯进行固溶处理，然后水冷；再采用两段式等温球化退火工艺对锻坯进行处理；步骤5、最终热处理：将预备热处理后的锻坯置于真空炉中进行奥氏体化，高压气淬冷却后出炉，随后进行回火热处理。优选地，上述步骤2中，在1250～1280℃温度范围内进行高温扩散退火，保温时间不小于12小时。优选地，上述步骤3中，多向锻造加工在1100～1200℃温度范围内进行，终锻温度≥900℃。优选地，上述步骤3中，镦粗比≥2，两镦两拔。优选地，上述步骤4中，固溶处理在1050～1100℃温度范围内进行，然后水冷至250℃以下；两段式等温球化退火工艺的第一段温度为820～880℃；第二段温度为720～780℃。优选地，上述步骤5中，奥氏体化在1000～1050℃温度范围内进行，高压气淬冷却至80℃以下出炉。优选地，上述步骤5中，回火热处理在540～620℃温度范围内进行，回火次数为2～3次。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：大幅度改善了目前常用的Cr5系热作模具钢由于Cr系碳化物在回火过程中不稳定，易于转变和粗化，而大大降低其热稳定性能；以及V含量较高生成较多液析碳化物，后续无法消除，导致冲击韧性较低等性能缺陷，通过增加Mo元素，显著提高本专利技术钢的热稳定性和淬透性。与Cr5系热作模具钢相比，本专利技术钢具有更佳的高温抗回火软化性能和热强性，且将当前非常昂贵的V元素减少了一半，经济性更加突出，节约了合金成本，也符合目前国内可持续、经济型的发展模式。应理解，在本专利技术范围内中，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。所以凡是不脱离本专利技术所公开的原理下完成的等效或修改，都落入本专利技术保护的范围。以下将结合附图对本专利技术作进一步说明，以充分说明本专利技术的目的、技术特征和技术效果。附图说明图1示出了本专利技术较优实施例中制备得到的钢的退火组织、淬火组织和回火组织；图2示出了本专利技术较优实施例中制备得到的钢的回火特性曲线；图3示出了本专利技术较优实施例中制备得到的钢与4Cr5MoSiV1钢620℃热稳定性对比；图4示出了本专利技术较优实施例中制备得到的钢与4Cr5MoSiV1钢高温抗拉性能对比。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。实施例1本实例中，采用Cr3系马氏体型热作模具钢的化学成分及其重量百分比如下：本实施例中，Cr3系马氏体型热作模具钢的工艺过程和步骤如下：步骤1、电炉冶炼：按上述的合金元素配比在电炉中进行熔炼，熔炼温度大于1500℃，然后经过真空脱气，然后浇铸成电极棒，最后电渣重熔成φ600mm电渣锭，备用。步骤2、高温扩散退火：将电渣锭加热至1250℃保温12小时进行高温扩散退火，均匀组织，消除合金成分偏析和液析碳化物。步骤3、锻造：将上述电渣锭温度调整到1100℃进行多向锻造加工；镦粗比≥2，两镦两拔，终锻温度≥900℃。步骤4、预备热处理：将锻造成形后的锻坯(截面尺寸300×800mm)加热到1050℃进行固溶处理，然后放入水槽中进行水冷，冷至250℃以下。然后采用两段式等温球化退火工艺：第一段温度为875℃；第二段温度为765℃。步骤5、最终热处理：从预备热处理后的模块端部中心区域取60×60×120mm试料，将工件在真空炉中加热至1050℃进行奥氏体化，采用高压气淬冷却至80℃以下出炉；随后进行540℃、620℃和560℃三次回火热处理。经过上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热作模具钢，其特征在于，所述热作模具钢为Cr3系马氏体型热作模具钢，包含以下合金元素：C 0.35～0.42％，Si 0.80～1.20％，Mn 0.30～0.60％，Cr 2.50～3.50％，Mo 2.30～3.20％，V 0.45～0.65％，P＜0.015％，S＜0.002％，Fe余量。

【技术特征摘要】
1.一种热作模具钢，其特征在于，所述热作模具钢为Cr3系马氏体型热作模具钢，包含以下合金元素：C0.35～0.42％，Si0.80～1.20％，Mn0.30～0.60％，Cr2.50～3.50％，Mo2.30～3.20％，V0.45～0.65％，P＜0.015％，S＜0.002％，Fe余量。2.根据权利要求1所述的热作模具钢，其特征在于，所述热作模具钢包含以下合金元素：C0.38％，Si1.10％，Mn0.50％，Cr2.50％，Mo3.00％，V0.50％，P0.010％，S0.001％，Fe余量。3.一种热作模具钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：步骤1、电炉冶炼：按照Cr3系马氏体型热作模具钢的化学成分及重量百分比：C0.35～0.42％，Si0.80～1.20％，Mn0.30～0.60％，Cr2.50～3.50％，Mo2.30～3.20％，V0.45～0.65％，P＜0.015％，S＜0.002％，Fe余量，配料后放入电炉中进行熔炼，然后经过精炼、真空脱气，浇铸成电极棒，最后电渣重熔成电渣锭，备用；步骤2、高温扩散退火：对所述电渣锭进行高温扩散退火，以均匀组织、消除合金成分偏析和液析碳化物；步骤3、锻造：将经高温扩散退火的所述电渣锭进行多向锻造加工；步骤4、预备热处理：对锻造成形后的锻坯进行固溶处理，然后水冷；再采用两段式等温球化退火工艺对所述锻坯进行处理；步骤5、最终热处理：将预备热处理后的所述锻坯置于真空炉中进行奥氏体化，高压气淬冷却后出炉，随后进行回火热处理。4.一种热作模具钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：步骤1、电炉冶炼：按照Cr3系马氏体型热作模具钢的化学成分及重量百分比...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓春，
申请(专利权)人：上大鑫仑材料科技广东有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44