一种高红硬模具钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高红硬模具钢及其制备方法，按化学成分重量百分比含量为：C：0.28～0.30wt％；Si：2.20～2.50wt％；Mn：1.40～2.00wt％；Cr：4.50～4.70wt％；Mo：0.80～1.00wt％；V：0.30～0.50wt％；P≤0.03wt％，S≤0.03wt％，其余为Fe以及不可避免杂质；且上述合金元素的配比还需满足以下的数学关系式：C＝1/30Cr+1/25(Si+Mn)。本发明专利技术采用一种全新的化学成份配比，以达到提高材料的冲击韧性和抗回火稳定性等关键性能指标的经济型热作模具钢。

A high red die steel and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种高红硬模具钢及其制备方法
本专利技术涉及热作模具钢及其制备，更具体地说，涉及一种高红硬模具钢及其制备方法。
技术介绍
模具钢通常可以分为热作模具钢、冷作模具钢和塑料模具钢三大类产品。热作模具钢主要用于制造铝合金压铸模和铜锌压铸模等，是目前使用最广和消耗最大的模具钢之一，它的工况条件复杂，在工作时需长时间与加热的坯料甚至液态金属相接触，当炽热的金属放入热作模具型腔时，型腔表面急剧升温，表层产生压应力和压应变；当金属件取出时，型腔表面由于急剧降温而受到拉应力和拉应变作用，极易产生热疲劳等，并且热作模具钢在服役过程中，还要受到较大冲击载荷。因此要求模具材料具有高的热强度、高温硬度、冲击韧性、淬透性和好的热稳定性和抗冷热疲劳性能等。我国模具材料市场目前大量使用的热挤压模具钢材料的钢号为4Cr5MoSiV1。这种热挤压模具钢的化学成分采用C：0.32-0.45wt％、Cr：4.75-5.50wt％、Mo：1.20-1.75wt％、V：0.80-1.20wt％、Si：0.80-1.20wt％、Mn：0.20-0.50wt％、P：≤0.03wt％、S：≤0.03wt％。由于这种热挤压模具钢的化学成份含有较高的钼元素、铬元素和一定量的碳元素，因此其材料电渣锭的偏析严重，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。由于这种材料含有大量的二次硬化元素，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，从而降低钢的高温性能。这种钢的性能指标为：经淬火+回火后冲击韧性值Ak为150J，抗回火稳定指标为：620℃高温持续8小时后硬度为38HRC、620℃高温持续12小时后硬度为35HRC、620℃高温持续20小时后硬度为31HRC，这些冲击韧性值和抗回火稳定性指标是衡量热挤压模用钢质量好坏的主要关键技术参数指标。上述热作模具钢的冶金制造工艺是采用电炉熔炼加电渣重熔，然后锻造成材的工艺。在其制造工序中，电炉熔炼加电渣重熔工序完成之后获得500Kg-3000Kg的电渣锭，径锻机锻造成材。因此，在目前国内外可持续、经济的发展模式下，再从降低成本的角度出发，需要一种具有高抗回火稳定性以及良好冲击韧性的低成本经济型高红硬模具钢。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种高红硬模具钢及其制备方法，采用一种全新的化学成份配比，以达到提高材料的冲击韧性和抗回火稳定性等关键性能指标的经济型热作模具钢。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一方面，一种高红硬模具钢，按化学成分重量百分比含量为：C：0.28～0.30wt％；Si：2.20～2.50wt％；Mn：1.40～2.00wt％；Cr：4.50～4.70wt％；Mo：0.80～1.00wt％；V：0.30～0.50wt％；P≤0.03wt％，S≤0.03wt％，其余为Fe以及不可避免杂质；且上述合金元素的配比还需满足以下的数学关系式：C＝1/30Cr+1/25(Si+Mn)。另一方面，一种高红硬模具钢的制备方法，包括以下步骤：1)按化学成分的配比，采用电炉冶炼浇铸成的电极棒，电制度电压57～59/电流11000～12000A，将电渣重熔成2000Kg～3000Kg的电渣锭；2)将步骤1)所得的电渣锭置入温度为700℃～800℃的径锻机加热炉内形成钢锭，钢锭在径锻机加热炉内以80℃/h～120℃/h的升温速度，加热至1230℃～1250℃后保温8～10小时；3)将钢锭在径锻机加热炉内锻造开坯的开锻温度设置为1100℃～1150℃；4)将钢锭在径锻机加热炉内的停锻温度设置为850℃～900℃；5)将锻后的钢锭置入温度为1080℃～1120℃的退火炉中保温8～10小时，然后对钢锭进行风冷降至室温，最后将钢锭再置入温度为740℃～860℃的退火炉中保温8～10小时后，钢锭出炉空冷至室温。所述的步骤1)中的电极棒为φ400mm～450mm。在上述的技术方案中，本专利技术所提供的一种高红硬模具钢及其制备方法，还具有以下几点有益效果：1)本专利技术化学成分的配比更加经济、合理，降低了碳元素的含量、铬元素以及钼元素含量，而是提高硅元素和锰元素的含量，使得这种热作模具钢的合金成本下降9％，较高含量的硅元素和锰元素，使钢回火马氏体和合金碳化物更稳定，固溶后促使材料机体形成更多的VC和Mo2C碳化物，并且在回火过程中有效的阻止了VC和Mo2C碳化物向M23C6型碳化物转变和长大倾向，同时提高钢淬火后残余奥氏体含量和增加回火过程中残余奥氏体的稳定，从而提高钢的冲击韧性和高温回火稳定性及其红硬性；2)本专利技术合理的锻造锻造加热工艺参数和锻后热处理工艺参数的控制可以有效消除材料中的大块状液析碳化物，并使得材料的显微组织均匀细小，从而提高了钢的综合性能；3)通过本专利技术的化学成分配比及合理的锻造工艺和热处理工艺使得材料的冲击韧性较现有的材料提升100％，高温红硬性能：620℃持续8小时，材料硬度值提升10.5％，620℃持续12小时，材料硬度值提升41.3％，620℃持续20小时，材料硬度值提升12.9％。附图说明图1是本专利技术实施例1中采用本专利技术制造的高红硬热作模具钢退火态的金相组织；图2是本专利技术实施例1中采用本专利技术制造的高硅高锰热作模具钢在1030℃淬火后的显微组织；图3是本专利技术实施例1中采用本专利技术制造的高硅高锰热作模具钢在淬火和回火后的显微组织。具体实施方式下面结合附图和实施例进一步说明本专利技术的技术方案。本专利技术所提供的一种高红硬模具钢，按化学成分重量百分比含量为：C：0.28～0.30wt％碳元素是高热强性热作模具钢的主要化学元素之一，是形成铬碳化物、钼碳化物、钒碳化物和各种类型碳化物的不可缺少的基本元素，也是影响钢的成分偏析和钢的组织均匀性的重要元素，本设计碳含量相对原有的材料4Cr5MoSiV1有所降低，其目的是改善钢的显微组织中的碳化物的分布和性质，改善钢的液析碳化物的级别和分布，提高钢材基体的冲击韧性。较低的碳元素含量可以防止钢在凝固的过程中产生偏析组织从而造成钢的硬度的不均匀和冲击韧性下降。因此，碳含量如果高于此成分设计上限，将导致过多的碳化物的形成和组织的偏析产生，影响钢的冲击韧性性能指标，特别是造成钢的液析碳化物的不均匀性严重使得钢的冲击韧性降低；但是碳元素低于此成分的设计范围也将要造成碳元素和其他合金元素结合形成碳化物的当量发生偏差，不能有效地形成稳定的铬碳化物、钼碳化物、钒碳化物和各种类型碳化物复合作用，影响钢的硬度和钢的冲击韧性。Si：2.20～2.50wt％硅是一个对铁素体进行置换固溶强化非常有效的元素，硅元素不是碳化物形成元素，但硅元素是提高回火抗力的有效元素，提高钢中硅元素的含量主要是可以使得钢在回火的过程中马氏体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高红硬模具钢，其特征在于：按化学成分重量百分比含量为：/nC：0.28～0.30wt％；/nSi：2.20～2.50wt％；/nMn：1.40～2.00wt％；/nCr：4.50～4.70wt％；/nMo：0.80～1.00wt％；/nV：0.30～0.50wt％；/nP≤0.03wt％，S≤0.03wt％，其余为Fe以及不可避免杂质；/n且上述合金元素的配比还需满足以下的数学关系式：/nC＝1/30Cr+1/25(Si+Mn)。/n

【技术特征摘要】
1.一种高红硬模具钢，其特征在于：按化学成分重量百分比含量为：
C：0.28～0.30wt％；
Si：2.20～2.50wt％；
Mn：1.40～2.00wt％；
Cr：4.50～4.70wt％；
Mo：0.80～1.00wt％；
V：0.30～0.50wt％；
P≤0.03wt％，S≤0.03wt％，其余为Fe以及不可避免杂质；
且上述合金元素的配比还需满足以下的数学关系式：
C＝1/30Cr+1/25(Si+Mn)。


2.一种如权利要求1所述的高红硬模具钢的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)按化学成分的配比，采用电炉冶炼浇铸成的电极棒，电制度电压57～59/电流11000～12000A，将电渣重熔成2000K...

【专利技术属性】
技术研发人员：续维，赵亮，
申请(专利权)人：宝钢特钢有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31