一种超低氧氮中高耐热性热作模具钢锻件及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种超低氧氮中高耐热性热作模具钢锻件及其制备方法；其中，所述模具钢锻件除了铁元素和不可避免的杂质以外，按照质量占比还包括以下元素：碳0.3

【技术实现步骤摘要】
一种超低氧氮中高耐热性热作模具钢锻件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及冶金、锻造加工
，尤其涉及一种超低氧氮中高耐热性热作模具钢锻件及其制备方法。

技术介绍

[0002]根据王邦杰编,机械工业出版社出版的《实用模具材料与热处理速查手册》，常用的热作模具钢一般分为：低耐热高韧性热作模具钢、中耐热性热作模具钢、高耐热性热作模具钢、奥氏体型热作模具钢、高速工具钢型耐热钢、马氏体时效型耐热钢、析出硬化型热作模具钢、冷热兼用基体钢这八类。汽车高端热作模具钢锻件作为一种先进的钢铁材料，锻造后的模具钢锻件做成模具工作温度一般都是在500
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700℃高温下工作,属于中高耐热性热作模具钢锻件,是国家重点攻关项，目前国产的中高耐热性热作模具钢锻件制造的模具寿命仅为进口的1/2
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1/5，特别是大型、复杂、重要的高端热作模具几乎全部采用进口模具钢锻件。
[0003]国产的中高耐热性热作模具钢锻件在耐热强度、耐磨损、耐高温热疲劳方面的性能不如国外同类产品，具体体现有害元素含量高，S≥0.003%,P≥0.01%，N含量≥0.01%，O含量≥0.001%；造成钢材偏析严重，夹杂物级别高，对性能指标影响大，平均无缺口冲击功≤300J，横、纵向无缺口冲击功之比≤85%，与国外顶尖水平有比较大的差距。
[0004]对于其他钢种而言，例如申请公布号CN109642294A的专利，其主要合金元素只有Mn，其他为非合金元素和残余元素，按国家标准分类为低合金钢(合金元素≤5%)，该专利技术专利涉及钢板及其制造方法，适于利用冷压而成型的汽车、家电等部件的制造的钢板，其适用温度较低，而非热作用途模具钢；该案中，按照质量占比包括：锰1.8
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4%、铬0.01
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1%、钼0.01
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0.5%，则造成高温条件下强度不够的技术问题。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供的模具钢锻件做成的模具工作温度一般是500
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700℃，属于中高耐热性热作模具钢。中耐热性热作模具钢的特点是碳质量分数较低，含碳量为中碳，其质量分数为0.3%
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0.5%，同时加入Cr、Mn、Si、Ni、W、Mo、V等合金元素改善模具钢锻件的性能，Cr一般质量分数为3%
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5%，Mo的质量分数为1%
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3%，Cr和Mo使钢的淬透性大大提高，钼在马氏体回火时弥散析出的M2C型碳化物能提高高温强度，同时钼能提高基体的再结晶温度，对高温强度也有利，但含量过多时不利于强韧性，因而调整钼含量为2.00
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3.2%；当硅含量大于0.6%以上，特别是与锰同时存在钢材中时易偏析，因而调整硅含量为0.1
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0.5%，V元素使钢具有较好的抗过热敏感性，从而可提高热硬性和热强性，在工作温度达 500
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600℃时仍具有较高的硬度、热强度和耐磨性，最高可达 650℃。高耐热性热作模具钢：高耐热性热作模具钢锻件合金元素含量高，合金元素的质量分数为8%
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11%，这类钢有高的耐热性，即高的高温强度和高温硬度，可以在600
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700℃高温下工作。
[0006]本专利技术采用真空感应炉和/或真空自耗炉熔炼，降低所述热作模具钢锻件中的有
害元素含量，特别是氧元素和氮元素，并采取锻造而非轧板方式加工模具钢锻件，以提高其综合性能。
[0007]一方面，本专利技术提供一种超低氧氮中高耐热性热作模具钢锻件，除了铁元素和不可避免的杂质以外，按照质量占比还包括以下元素：碳0.3
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0.45%、硅0.1
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0.5%、锰0.2
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0.8%、铬4.5
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5.5%、钼2
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4%、钒0.3
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1%、磷0.002
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0.02%、硫0.0001
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0.005%、氧0.0002
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0.0008%、氮0.002
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0.006%；所述模具钢锻件的平均缺口冲击性能KV2≥15J，平均无缺口冲击功AK≥350J，带状级别是SA1或SA2或SB1或SB2，组织级别是AS1或AS2或AS3或AS4或AS5或AS6，晶粒度大于等于7。
[0008]其中，组织级别和带状级别是按照北美压铸协会NADCA
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2003#的标准进行评定（该标准由北美压铸协会出版，2003#版权，属于行业标准，可以在网上查到）。
[0009]作为优选，上述模具钢锻件中氮元素的质量占比为0.002
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0.003%，和/或氧元素的质量占比为0.0002
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0.0004%。
[0010]作为优选，所述超低氧氮模具钢锻件，除了铁元素和不可避免的杂质以外，按照质量占比还包括以下元素：碳0.3
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0.45%、硅0.1
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0.3%、锰0.2
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0.8%、铬4.8
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5.2%、钼2
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2.6%、钒0.3
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0.7%、磷0.002
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0.015%、硫0.0005
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0.002%、氧0.0002
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0.0004%、氮0.002
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0.006%。
[0011]进一步地，模具钢锻件的平均缺口冲击性能KV2≥20J，平均无缺口冲击功为AK≥380J，带状级别是SA1或SA2或SB1或SB2，组织级别是AS1或AS2或AS3或AS4，晶粒度大于等于8。
[0012]进一步地，可以添加镍元素，钨元素和钴元素来增加所述模具钢锻件的综合性能；作为优选，钨元素、钴元素和镍元素的质量占比之和不大于2%。
[0013]氧元素在钢中易与铝元素结合，生产含有AL2O3脆性非金属夹杂物，该夹杂物硬而脆，在AL2O3脆性夹杂物周围钢中易形成应力集中，是模具开裂裂纹源，制作的模具在冷热循环工作状况下，裂纹源发展后会造成模具表面剥落，开裂等缺陷，影响模具寿命,把氧控制在极低水平，得到洁净度高的模具钢锻件，可以大大提高其综合性能。其它成分等基本相同情况下，氧元素的含量对模具冲击功的影响如表1所示。
[0014]表1氮元素易与C结合生成粗大的碳氮化物，其在热加工过程中不易破碎且会割裂基体诱发裂纹，同时大尺寸的碳氮化物具有较高的稳定性，会存在于回火组织中，引起碳氮化物偏析导致合金各向性能的差异，使材料的综合性能下降。其它成分等基本相同情况下,氮
元素的含量对模具冲击功的影响如表2所示。
[0015]表2由上表可见，氧元素和氮元素的含量越低，对于所述模具钢锻件的性能提升越有利，因而，本专利技术提出了上述热作模具钢锻件。
[0016]另一方面，本专利技术提供上述模具钢锻件的制备方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超低氧氮中高耐热性热作模具钢锻件，其特征在于，除了铁元素和不可避免的杂质以外，按照质量占比还包括以下元素：碳0.3
‑
0.45%、硅0.1
‑
0.5%、锰0.2
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0.8%、铬4.5
‑
5.5%、钼2
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3.2%、钒0.3
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1%、磷0.002
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0.02%、硫0.0001
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0.005%、氧0.0002
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0.0008%、氮0.002
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0.006%；所述模具钢锻件的平均缺口冲击性能KV2≥15J，平均无缺口冲击功为AK≥350J，带状级别是SA1或SA2或SB1或SB2，组织级别是AS1或AS2或AS3或AS4或AS5或AS6，晶粒度大于等于7。2.根据权利要求1所述的模具钢锻件，其特征在于，所述氮元素的质量占比为0.002
‑
0.003%，和/或所述氧元素的质量占比为0.0002
‑
0.0004%。3.根据权利要求1所述的模具钢锻件，其特征在于，所述模具钢锻件的平均缺口冲击性能KV2≥20J，平均无缺口冲击功为AK≥380J，带状级别是S...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢伟炜，黎作先，
申请(专利权)人：中特泰来模具技术有限公司，
类型：发明
国别省市：