一种高强度高韧性轻量化工具钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度高韧性轻量化工具钢及其制备方法，所述的工具钢具有下列质量比的化学成分C:1.80～2.00wt%；Si:0.90～1.35wt%；Mn:30.6～31.5wt%；Cr:4.80～6.2wt%；Al:9.0～11.0wt%；B：0.0020 wt%～0.0045wt%；S:≤0.008 wt%；P:≤0.015 wt%；O：≤0.0008 wt%；且C+Mn：Al=3.0～3.5；余量为不可避免的不纯物。本发明专利技术采用高C、高Mn、高Cr含量控制，并加入较高的Al含量达到降低工具钢密度的目的，从而降低了材料重量，提高使用寿命、降低能源消耗。避免了Mo、Ni、V、Nb、Ti等贵重合金的加入，降低了成本。发明专利技术提供制备所必须的冶炼、轧制、高温缓冷等系列关键技术，所制备的工具钢具有低密度、高强度、高塑性等特性，可以进一步加工成各种工具。

A Lightweight Tool Steel with High Strength and Toughness and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高韧性轻量化工具钢及其制备方法
本专利技术属于金属材料加工
，具体涉及一种高强度高韧性轻量化工具钢及其制备方法。
技术介绍
钢铁是一种基础金属材料，其密度为7.8～7.9g/cm3，基本接近于纯铁。通常人们认为钢铁产品属于有一定强韧性，但重量较大的材料。随着节能减排环保意识的深入，如何在减轻钢材自身重量，保持或提高钢铁产品强韧性成为材料工作者关注的一个重点。近年来，一种提高钢铁材料性能的新思路引起钢铁结构材料研究人员的关注。它主要通过向钢中加入轻量化合金元素使合金钢的密度降低，材料不仅具有较高强度、良好塑性和一定的耐蚀性能，而所具有的低密度特征满足了钢铁材料的未来发展需求。研究表明，钢中每添加1％的Al，钢的密度下降0.101g/cm3，可减重约1.3％；每添加1％的C，钢的密度下降0.41g/cm3，可减重约5.2％；同时，钢中每添加1％的Mn含量也可使其密度下降0.0085g/cm3，取得0.1％的减重效果。工具模具的使用是提高生产率，减少材料消耗，降低成本，提高产品质量和市场竞争力的重要手段。随着工业技术不断发展，要求工具在更苛刻、更高速的工作条件下使用，要求工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度高韧性轻量化工具钢，其特征在于所述工具钢具有下列质量比的化学成分：C1.80～2.00wt%，Si0.90～1.35wt%，Mn30.6～31.5wt%，Cr4.80～6.20wt%，Al 9.0～11.0wt%，B0.0020～0.0045wt%，S ≤0.008 wt%，P≤0.015 wt% ，O≤0.0008wt%；且C+Mn：Al=3.0～3.5；其余为Fe及不可避免的不纯物。

【技术特征摘要】
1.一种高强度高韧性轻量化工具钢，其特征在于所述工具钢具有下列质量比的化学成分：C1.80～2.00wt%，Si0.90～1.35wt%，Mn30.6～31.5wt%，Cr4.80～6.20wt%，Al9.0～11.0wt%，B0.0020～0.0045wt%，S≤0.008wt%，P≤0.015wt%，O≤0.0008wt%；且C+Mn：Al=3.0～3.5；其余为Fe及不可避免的不纯物。2.一种根据权利要求1所述的高强度高韧性轻量化工具钢的制备方法，其特征在于所述制备方法包括电弧炉冶炼、LF炉精炼、VD炉真空精炼、钢水浇铸、电渣重熔、钢坯加热、钢坯轧制及轧后冷却步骤，具体为：A、电弧炉冶炼：按900kg/t钢的废钢装入配比，在50吨超高功率电弧炉加入优质废钢；之后按220kg/t钢的铁水装入配比，在50吨超高功率电弧炉加入优质低硫铁水进行熔炼，下电极通电熔化废钢；废钢熔化后按12.0～15.0kg/t钢、8.0kg/t钢的加入量，加入石灰、轻烧白云石造渣；之后按310～325kg/t钢的量，加入电解锰；按13.0～19.5kg/t钢的量，加入硅铁；按85～105kg/t钢的量，加入高碳铬铁；按102～115kg/t钢的量，加入纯铝；下电极通电熔化电解锰、硅铁及纯铝；之后按14.0～15.5kg/t钢的量，加入增碳剂；下电极通电升温至1260～1280℃，将钢水倒入钢包；出钢完毕后，将钢水吊送至LF炉精炼工序；B、LF炉精炼：将A步骤出钢完毕钢水吊至LF炉精炼工位接好氩气带，开启氩气采用20～25NL/min是小氩量吹氩2分钟，然后下电极采用档位6～7档化渣；通电3分钟后，抬电极观察炉内化渣情况，之后测温、取样；若渣况较稀，补加石灰3.0～4.0kg/t钢，控制渣碱度为5.5～6.5；之后适当加大氩气流量至30～40NL/min，按0.10～0.30kg/t钢的量，加入硼铁，软吹氩2分钟；之后将钢水温度加热至1310～1330℃后进行喂线处理，喂入硅钙线，喂线速度为2.7m/s，喂线量为200m；喂线结束采用流量为10～15NL/min的小氩气量对钢水进行软吹氩，软吹时间为3分钟，之后加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，然后将钢水吊至VD炉真空精炼工位；C、VD炉真空精炼：将B步骤钢水吊至VD真空精炼炉后，接通吹氩管，开启氩气采用15～25NL/min的小氩量吹氩2分钟，之后对钢水定氧定氢，同时测温取样；取样完毕后，将真空罐盖车开至工作位，合上真空罐盖，进行抽真空，真空抽至75Pa时，开始进行保真空脱气处理，同时进行底吹氩处理，氩气流量控制为30～40NL/min，在真空度67Pa条件下钢水脱气处理时间≥20分钟；真空脱气处理完毕后关闭真空主阀，提升罐盖，对钢水取样和定氧定氢，控制钢水氧含量≤5×10-6wt%、氢含量≤1.5×10-6wt%；之后对钢水进行小氩气量软吹氩处理，氩气流量为20～30NL/min，软吹氩时间为2分钟；钢水软吹氩结束后，加入钢水覆盖剂，加入量控制为1.0kg/t钢，将钢包钢水吊离VD真空精炼炉至模铸浇铸工位；D、钢水浇铸：在中间包钢水温度为1245~1270℃，拉速为0.6~0.7m/min，结晶器冷却水流量为95~105m3/h，二冷比水量为0.7~0.8L/kg，结晶器电磁搅拌电流强度为300A、运行频率为4.0HZ的条件下，通过大型圆坯铸机将C步骤的钢水浇铸成Φ440mm×1820mm的钢坯；E、电渣重熔：为防止D步骤钢坯冷重熔过程中出现崩裂，钢坯冷却至250-350℃范围内进行热重熔，使用20吨电渣炉，在Ar气保护状态下双联工艺冶炼，重熔电压35-50kV，重熔电流9000-11000A；自耗电极移动速度30～80mm/min，电渣熔铸温度1230～1255℃；结晶器为水冷铜结晶器，选用渣系为CaF258%，Al2O320%，CaO22%；重熔过程中采用0.1MPa氩气气氛保护，自耗电极长度剩余量为400mm时降低电流，降低...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑜，陈伟，赵宇，张卫强，杨银辉，李金柱，武天寿，赵卫东，曹云，房业坤，张红斌，王文峰，杨树宝，
申请(专利权)人：武钢集团昆明钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：云南,53