一种热作模具钢及退火组织均匀化的热处理工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种热作模具钢，其特征在于，化学成分按质量百分比包括：C 0.32~0.45、Si 1.5~1.8、Mn 0.20~0.50、Cr 3.00~3.50、Mo 1.50~1.75、V 0.80~1.20、Ni 0.80~1.20、Nb 0.06~0.10、P<0.01、S<0.005，其余为Fe和不可避免的杂质。此外，本发明专利技术还公开了热作模具钢的退火组织均匀化的热处理。本发明专利技术的有益效果为：退火组织由球状珠光体组成，相比传统球化退火工艺，生产周期缩短至少6小时以上；工艺流程简单易行，有利于工业化生产，制备效率高。制备效率高。制备效率高。

A heat treatment process of hot working die steel and annealing structure homogenization

【技术实现步骤摘要】
一种热作模具钢及退火组织均匀化的热处理工艺


[0001]本专利技术涉及模具钢
，特别涉及一种热作模具钢及退火组织均匀化的热处理，退火组织由球状珠光体组成，即铁素体基体+分布均匀的球状碳化物，其球状碳化物的尺寸为0.2~0.8 μm。根据NADCA #207
‑
2003北美压铸协会标准H13钢，其退火组织评级均为AS3级以上，根据GBT 1299
‑
2014工模具钢中合金工模具钢珠光体组织标准和网状碳化物标准，其退火组织评级均为2级以上。热作模具钢及退火组织均匀化的热处理，优选的，退火组织均匀化的热处理：980 ℃
‑
0.5 h正火+840 ℃
‑
0.5 h
‑
760 ℃
‑
1 h
×
2两次循环等温球化退火，相比传统球化退火工艺，生产周期缩短至少6小时以上。

技术介绍

[0002]现代工业中模具行业的生产制造水平已引起制造行业的高度关注，工业水平的高低己成为衡量国家制造业水平的重要标志之一。热作模具钢在模具行业中应用最为广泛，其中热作模具钢中的主流钢种是H13、3Cr2W8V和5CrMnMo钢。均匀的退火组织是保证热作模具钢高强韧性的重要前提。
[0003]一般来说，热作模具钢在冶炼、热锻或热轧后组织为马氏和珠光体的混合组织，其组织硬度较高，在最终热处理前通常需退火处理，以降低材料硬度、并为后续热处理做好组织准备。
[0004]为解决上述技术问题，许多研发单位也做了诸多热作模具钢的改进和研发的探索工作，现做如下介绍：公开号为CN 110317934 A 的专利文件提出提高H13钢退火组织均匀性的热处理工艺，本专利技术公开了一种提高H13钢退火组织均匀性的热处理工艺，其工艺过程为：（1）将锻造后的H13钢冷却至400～500 ℃，装入加热炉，加热温度680～750 ℃、保温2～4 h，出炉空冷；（2）所述H13钢空冷至300～400 ℃后热装炉，以50～120 ℃/h的升温速率升温至800～850 ℃预热保温、保温时间2～4 h；再以50～120 ℃/h的升温速率升温至1060～1100 ℃，炉料透保后保温1～2 h；出炉空冷至≤100 ℃；（3）将H13钢装入加热炉，升温至860～900 ℃、保温4～6 h；然后冷却至720～740 ℃、保温6～8 h；再升温至840～880 ℃、保温4～6 h；再冷却至720～740 ℃、保温6～8 h；最后冷却至≤500 ℃，出炉空冷。此工艺避免了碳化物沿晶界呈链状分布，显著提高了材料退火组织均匀性和等向性能。
[0005]授权公告号为CN 106811580 B的专利技术专利“一种H13热作模具钢的球化退火工艺”，此专利技术中包括：(1)锻后H13钢坯料冷却至400～500 ℃，装入炉中，以25～80 ℃/h的升温速度升温至720～750 ℃预热保温，保温时间1
‑
2 h，再以25～80 ℃/h的升温速度升温至980~1050 ℃，炉料透保后再保温3
‑
5 h，随后炉冷至≤550 ℃空冷出炉；热装炉，以25～80 ℃/h的升温速度升温至900~950 ℃，炉料透保后保温0.5
‑
1 h，空冷出炉，完成预处理过程；300~400 ℃装炉，以25～80 ℃/h的升温速度升温至880 ℃
±
10℃，保温4
‑
6 h,以15
‑
20 ℃/h的冷却速度冷至760 ℃
±
10 ℃，保温8
‑
12 h后，以15
‑
20℃/h的冷却速度冷至≤500℃空冷出炉。优点在于，组织中碳化物分布均匀性，细化组织，消除原始组织中的网状碳化物
等缺陷、降低退火硬度。
[0006]授权公告号为CN 104060055 A的专利文件提出一种H13锻材的退火方法，其特征是锻材入炉后，以每小时不超过120 ℃的速度升温至890 ℃时，保温8小时；然后以每小时不超过50 ℃的速度炉冷，当温度至750 ℃时，保温10小时；然后以每小时不超过50 ℃的速度炉冷至500 ℃时，出炉，空冷。本专利技术通过延长两段保温时间，改变中间的冷却方式，延长总保温处理时间达到均匀扩散，消除了组织不均匀现象，提高了锻材成材率，降低了生产成本。
[0007]然而，上述退火工艺均针对H13钢，且生产周期至少在18 h以上，而且对新型研发的热作模具钢不一定适用。因此，为克服现有的技术缺陷，能够提高热作模具钢的退火组织中碳化物分布均匀性，细化组织，消除原始组织中的网状碳化物等缺陷、降低退火硬度，需要开发出热作模具钢以及退火组织均匀化的热处理工艺。

技术实现思路

[0008]为解决现有技术不能解决退火组织中碳化物分布均匀性，消除原始组织中的网状碳化物等缺陷。本专利技术通过成分设计和热处理工艺，提供了一种热作模具钢及退火组织均匀化的热处理工艺，以节省生产周期和节约生产成本。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种热作模具钢，其化学成分按质量百分比包括：C 0.32~0.45、Si 1.5~1.8、Mn 0.20~0.50、Cr 3.00~3.50、Mo 1.50~1.75、V 0.80~1.20、Ni 0.80~1.20、Nb 0.06~0.10、P<0.01、S<0.005，其余为Fe和不可避免的杂质。
[0010]上述化学成分按重量百分数计还满足：0.15≤I≤0.20，811≤A1≤829，901≤A2≤929，其中，I=(Ni+V+Nb
‑
Cr+Mo)/(Si+Mn+C)，A1=728+8[Nb]‑
12[Mn]‑
26[Si]‑
18[Ni]+20[Cr]+65[V]+16[Mo],A2=906
‑
246[C]0.5
‑
15.6[Ni]‑
18[Cr]+106[V]+32.6[Mo]。
[0011]此外，本专利技术还提供了一种热作模具钢的退火组织均匀化的热处理工艺，包括以下步骤：（1）、冶炼：按照钢材的组成成分设计要求进行投料，在真空感应炉中熔炼并浇注成钢锭，所述钢材的组成成分按质量百分比包括：C 0.32~0.45、Si 1.5~1.8、Mn 0.20~0.50、Cr 3.00~3.50、Mo 1.50~1.75、V 0.80~1.20、Ni 0.80~1.20、Nb 0.06~0.10、P<0.01、S<0.005，其余为Fe和不可避免的杂质；（2）、热轧：将所述钢锭退火、热轧，热轧后空冷到室温，得到热轧板坯；（3）、碳化物均匀化：将步骤（2）得到的热轧板坯进行步骤A、B和C中一种或多种叠加热处理；A、等温球化退火：将步骤（2）的热轧板坯装入加热炉，以100 ℃/h的速度加热到500~600 ℃保温1h，再以100℃/h的速度加热到830~900 ℃保温15 m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热作模具钢，其特征在于，化学成分按质量百分比包括：C 0.32~0.45、Si 1.50~1.80、Mn 0.20~0.50、Cr 3.00~3.50、Mo 1.50~1.75、V 0.80~1.20、Ni 0.80~1.20、Nb 0.06~0.10、P<0.01、S<0.005，其余为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的热作模具钢，其特征在于，所述热作模具钢中C、Si、Mn、Cr、Ni、V、Nb及Mo的化学成分配比符合：0.15≤I≤0.20，其中，I=(Ni+V+Nb
‑
Cr+Mo)/(Si+Mn+C)。3.根据权利要求1所述的热作模具钢，其特征在于，所述热作模具钢中C、Si、Mn、Cr、Ni、V、Nb及Mo的化学成分配比符合：811≤A1≤829，901≤A2≤929，其中，A1=728+8[Nb]
‑
12[Mn]
‑
26[Si]
‑
18[Ni]+20[Cr]+65[V]+16[Mo],A2=906
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246[C]
0.5
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15.6[Ni]
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18[Cr]+106[V]+32.6[Mo]。4.一种热作模具钢的退火组织均匀化的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：（1）、冶炼：按照钢材的组成成分设计要求进行投料，在真空感应炉中熔炼并浇注成钢锭，所述钢材的组成成分按质量百分比包括：C 0.32~0.45、Si 1.50~1.80、Mn 0.20~0.50、Cr 3.00~3.50...

【专利技术属性】
技术研发人员：王天生，孙晓文，王岳峰，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：