一种模具钢及其中碳化物弥散化的预热处理方法技术

本发明专利技术公开了一种模具钢及其中碳化物弥散化的预热处理方法；该模具钢，按质量百分比计，其化学成分组成为：C 0.23～0.45、Si 0.1～0.9、Mn 0.45～0.75、Cr 11.0～14.5、Mo≤0.4、V≤0.4、Ni≤0.6、N≤0.1，余量为Fe。预热处理方法包括：S1.高温固溶；S2.去应力退火；S3.高温正火；S4.球化退火。本申请通过优化合金组成以及合理的预热处理，可以消除模具钢中的带状偏析、明显的网状和链状碳化物，使二次碳化物均匀分布、颗粒细化、球化良好，无明显的δ铁素体和大块碳化物，淬回火后可得到较高的热处理硬度、良好的韧性和耐腐蚀性能。良好的韧性和耐腐蚀性能。良好的韧性和耐腐蚀性能。

【技术实现步骤摘要】
一种模具钢及其中碳化物弥散化的预热处理方法


[0001]本专利技术属于模具钢制造
，具体涉及了一种模具钢及其中碳化物弥散化的预热处理方法。

技术介绍

[0002]Cr13型模具钢是一种重要的耐蚀型镜面塑料模具钢，热处理后硬度达到50HRC以上，具有优良的抛光性能和较高的抗腐蚀性能，可用于光学仪器、导光板、电子零件等产品部件的生产。由于合金中含有较高的Cr含量和一定含量的C，控制不当时退火组织中会存在网状碳化物、链状碳化物，且碳化物分布不均、球化不良，给热处理后的硬度均匀性、抛光性及耐蚀性等带来不利影响，并恶化模具钢的塑韧性，可能导致模具使用过程中开裂现象发生。
[0003]国内优质模具钢生产工艺通常为电弧炉(或转炉或中频炉)冶炼
→
LF
→
VD
→
模铸(或连铸)
→
电渣重熔
→
锻造(或轧制)
→
退火，前端冶炼工序为模具钢纯净度和夹杂物控制提供了良好的条件，锻造(或轧制)退火后的组织主要为合金二次碳化物，在锻造退火时由于控制不当易产生碳化物偏析、网状碳化物和链状碳化物，对模具钢的产品质量产生重要影响，并最终影响到模具的使用。
[0004]因此本申请在原有冶炼和锻造(或轧制)工艺基础上，优化合金组成并优化预热处理工艺，使生产制造的模具钢组织均匀细化，与现有常规工艺相比经热处理后模具钢的硬度有所提升，并使模具钢具有更佳的抛光性能、韧性和耐蚀性，提高模具钢的综合使用性能。

技术实现思路
r/>[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种模具钢以及其中碳化物弥散化的预热处理方法，解决了Cr13型模具钢退火组织中网状碳化物、链状碳化物、碳化物球化不良、碳化物偏析和碳化物粗大等问题，提高了模具钢的淬火硬度和硬度均匀性，改善了模具钢的抛光性和耐蚀性，提高Cr13型模具钢的综合性能。
[0006]本专利技术的目的是以下述技术方案实现的：
[0007]一种模具钢，按质量百分比计，其化学成分组成为：C 0.23～0.45、Si 0.1～0.9、Mn 0.45～0.75、Cr 11.0～14.5、Mo≤0.4、V≤0.4、Ni≤0.6、N≤0.1，余量为Fe。
[0008]优选的，所述模具钢中Cr和Ni含量符合Schaeffler组织图无铁素体的范围要求。
[0009]如上所述的模具钢中碳化物弥散化的预热处理方法，包括以下步骤：
[0010]S1.高温固溶：将锻造后的模具钢装炉，以≤100℃/h升温至500～600℃保温2～5h，保温结束后以≤120℃/h升温至800～900℃保温3～5h，保温结束后以200～300℃/h升温至1050～1110℃之间，根据所述模具钢厚度或直径按照30～50mm/h进行保温，之后出炉空冷30s～2min或喷雾冷却至表面温度为980～1030℃后，采用水冷或喷雾冷却方式快速冷却，冷却至表面返温温度不高于400℃；
[0011]S2.去应力退火：将步骤S1处理后的模具钢装炉，以≤100℃/h升温至720～760℃，根据所述模具钢厚度或直径按照30～60mm/h进行保温，保温后随炉冷却至300～350℃出炉；
[0012]S3.高温正火：将步骤S2处理后的模具钢装炉，以≤100℃/h升温至500～600℃保温2～5h，然后≤120℃/h升温至800～900℃保温3～5h，保温结束后以200～300℃/h升温至1010～1050℃，根据所述模具钢厚度或直径按照20～40mm/h进行保温，之后出炉入水快速冷却，冷却至表面返温温度不高于400℃；
[0013]S4.球化退火：将步骤S3处理后的模具钢装炉，以≤100℃/h升温至500～600℃保温2～4h，然后≤120℃/h升温至820～880℃保温5～10h，然后冷却至720～780℃，根据所述模具钢厚度或直径按照20～30mm/h进行保温，保温结束后以≤20℃/h冷至400℃后出炉空冷，完成模具钢预热处理。
[0014]优选的，当所述模具钢锻造时最后火次变形量超过20％且终锻温度低于800℃、或锻后采用雾冷或水冷时，在步骤S1所述高温固溶前还包括如下步骤：
[0015]去应力退火：将锻造后的模具钢装炉，以≤120℃/h升温至720～760℃，根据所述模具钢厚度或直径按照40～60mm/h进行保温，保温后随炉冷却至300～350℃出炉。
[0016]优选的，所述锻造后的模具钢经过充分锻造，总变形量超过6，锻造加热温度不低于1100℃，锻造尺寸达到既定要求。
[0017]本申请通过优化合金组成以及合理的预热处理，可以消除模具钢中的带状偏析、明显的网状和链状碳化物，使二次碳化物均匀分布、颗粒细化、球化良好，无明显的δ铁素体和大块碳化物，淬回火后可得到较高的热处理硬度、良好的韧性和耐腐蚀性能。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例2预热处理后模具钢的退火组织图；
[0019]图2为对比例1采用现有常规工艺生产的模具钢退火组织图。
具体实施方式
[0020]本专利技术提供了一种模具钢，按质量百分比计，其化学成分组成为：C 0.23～0.45、Si 0.1～0.9、Mn 0.45～0.75、Cr 11.0～14.5、Mo≤0.4、V≤0.4、Ni≤0.6、N≤0.1，余量为Fe。
[0021]现有技术Cr13型模具钢化学成分组成如表1所示(参照GB/T 24594
‑
2009《优质合金模具钢》)：
[0022]表1 Cr13模具钢的成分范围
[0023][0024]本申请提供的Cr13型模具钢与现有技术相比，调整了元素含量，具体的，调整了Mn、Ni含量，并添加了V、Mo和N，其中的Mo、V可以起到提高强度、耐磨性及细化晶粒、提高抛
光性能的作用，调节Ni含量可以提高耐腐蚀性、增加淬透性及抑制δ铁素体的生成(δ铁素体会使局部硬度下降并显著降低抛光性能)，添加N会提高合金的耐腐蚀性、耐磨性、抛光性能又不会恶化合金的韧性，从而提高合金的抛光性、耐腐蚀性、耐磨性及强度等。
[0025]优选的，按照下述公式计算模具钢中Cr当量和Ni当量，使上述成分组成的模具钢中Cr和Ni含量符合Schaeffler组织图无铁素体的范围要求，可以抑制或减少铁素体的含量。
[0026]Cr
eq
＝Cr+2Si+1.5Mo+5V+5.5Al+1.75Nb+1.5Ti+0.75W
[0027]Ni
eq
＝Ni+Co+0.5Mn+0.3Cu+25N+30C
[0028]因此，本申请通过优化调整元素成分含量，为模具钢的优异性能提供了一个良好的基础，但是较高的Cr含量及V、Mo、N等元素的加入和调整对将影响碳化物的析出温度、析出时间、碳化物种类等等，对碳化物的控制提出更高要求。
[0029]因此，本申请针对上述模具钢，还提供了一种碳化物弥散化的预热处理方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模具钢，其特征在于，按质量百分比计，其化学成分组成为：C 0.23～0.45、Si 0.1～0.9、Mn 0.45～0.75、Cr 11.0～14.5、Mo≤0.4、V≤0.4、Ni≤0.6、N≤0.1，余量为Fe。2.如权利要求1所述的模具钢，其特征在于，所述模具钢中Cr和Ni含量符合Schaeffler组织图无铁素体的范围要求。3.如权利要求1～2任一项所述的模具钢中碳化物弥散化的预热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.高温固溶：将锻造后的模具钢装炉，以≤100℃/h升温至500～600℃保温2～5h，保温结束后以≤120℃/h升温至800～900℃保温3～5h，保温结束后以200～300℃/h升温至1050～1110℃之间，根据所述模具钢厚度或直径按照30～50mm/h进行保温，之后出炉空冷30s～2min或喷雾冷却至表面温度为980～1030℃后，采用水冷或喷雾冷却方式快速冷却，冷却至表面返温温度不高于400℃；S2.去应力退火：将步骤S1处理后的模具钢装炉，以≤100℃/h升温至720～760℃，根据所述模具钢厚度或直径按照30～60mm/h进行保温，保温后随炉冷却至300～350℃出炉；S3.高温正火：将步骤S2处理后的模具钢装炉，以≤100℃/h升温至500～...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓林，
申请(专利权)人：河北工程大学，
类型：发明
国别省市：