一种强韧性热作模具钢的生产方法技术

本发明专利技术公开了一种强韧性热作模具钢的生产方法，具体涉及合金制造领域，包括S1、熔炼过滤；S2、真空处理；S3、高温均质；S4、锻造；S5、阶段性热处理；S6、阶段性冷处理；S7、渗氮处理，最终制得热作模具钢。本发明专利技术通过将传统的Co基体固溶转换成以Co

【技术实现步骤摘要】
一种强韧性热作模具钢的生产方法


[0001]本专利技术涉及合金制造
，更具体地说，本专利技术涉及一种强韧性热作模具钢的生产方法。

技术介绍

[0002]模具被誉为“现代工业之母”，足可见工模具在现代工业中的重要性及不可磨灭的贡献，其中模具钢是模具最重要的组成部分，也是模具材料中应用最为广泛的材料，是模具制造产业重要的物质载体和技术基础，其品种、规格、质量对模具的性能、使用寿命和制造周期起着决定性的作用，钢是经济建设中极为重要的金属材料。按化学成分，分为碳素钢(简称碳钢)与合金钢两大类。碳钢是由生铁冶炼获得的合金，除铁、碳为其主要成分外，还含有少量的锰、硅，及硫、磷等杂质。碳钢具有一定的机械性能，又有良好的工艺性能，且价格低廉。因此，碳钢获得了广泛的应用。但随着现代工业与科学技术的迅速发展，碳钢的性能已不能完全满足需要，于是人们研制了各种合金钢。合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入某些元素(称为合金元素)而得到的多元合金。与碳钢比，合金钢的性能有显著的提高，故应用日益广泛。
[0003]一般的合金钢在生产时，是在TP310奥氏体耐热钢的基础上，通过限制碳含量，并复合添加质量分数为0.20％～0.60％的强碳氮化物形成元素铌和质量分数为0.15％～0.35％的氮，利用析出弥散分布、细小的NbCrN相和富Nb的碳氮化物以及M23C6(M是Cr和可置换Cr的金属元素，如Fe)型碳化物来进行强化，获得纳米强化相，但是一般的生产的相较为单一，而且颗粒直径较大，数量较少，因此需要改变其组成成分以及研究其相适应的生产工艺，以达到提高强化相的数量以及获取不同的相，缩小相的直径，以获得高密度纳米强化相。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术的实施例提供一种强韧性热作模具钢的生产方法，本专利技术所要解决的技术问题是：提高强化相的数量以及获取不同的相，缩小相的直径，以获得高密度纳米强化相。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种强韧性热作模具钢，其中模具钢所使用的主料包括以下重量百分比的原料：碳C:0.20～0.30％，硅Si:0.20～0.40％，锰Mn:0.40～0.6％，钼Mo:1.50～2.20％，镍Ni:0.50～0.80％，铌Nb:0.50～0.60％，钴Co:0.50～0.60％，铬Cr:5.00～5.40％，钇Y：0.01～0.03％，钒V:0.50～0.60％，O≤25ppm，N≤40ppm，其余为Fe及不可避免的不纯物硫S≤0.006％，磷P≤0.018％。
[0006]本专利技术提供一种强韧性热作模具钢的生产方法，包括以下操作骤：
[0007]S1、熔炼过滤：将原料在熔炼炉内加热至1500℃以上并熔炼成钢水,将所制得的钢水倒入过滤炉内去除多余的磷、硫等杂质；
[0008]S2、真空处理：向所述还原炉喷吹惰性气体，在吹气过程中可以对所述熔融态的物
料进行搅拌；
[0009]S3、高温均质：将冷却后的钢坯加热至1100℃,保温预定时间后,冷却至150℃进行第一次均质化，得到初次均质的钢锭，再次加热至1260℃
‑
1300℃下均质5～8小时；
[0010]S4、锻造：采用三墩三拔变形工艺，在X轴Y轴Z轴三个方向对钢坯进行锻造，始锻温度设定为1100℃～1150℃，终锻温度在900℃，加热完成后保温1
‑
2小时取出锻造,当温度降到900℃时，回炉加热至始锻温度后再次循环锻造；
[0011]S5、阶段性热处理：
[0012]第一阶段，将高温扩散后的锻件以10℃～15℃/min的升温速率，升温至500℃～650℃，保温1～2小时，水冷淬至室温；
[0013]第二阶段，将高温扩散后的锻件以7℃～12℃/min的升温速率至850℃～880℃，保温2～3小时，水冷淬至室温；
[0014]第三阶段，将高温扩散后的锻件以5℃～8℃/min的升温速率三次升温至1020℃～1050℃，保温20
‑
25小时；
[0015]S6、阶段性冷处理：
[0016]预冷阶段，向炉内加压，使得压力值维持在5～8bar，将热处理后的锻件随炉冷却至820～900℃，保温2小时；
[0017]初冷阶段，将热处理后的锻件随炉冷却至400～450℃，释放炉内压力，保温2小时后，空冷至常温；
[0018]深冷阶段，将热处理后的锻件降温冷却至
‑
120～
‑
90℃，维持2小时后，出炉空冷至常温；
[0019]S7、渗氮处理：
[0020]初次渗氮处理，将冷处理后的锻件随炉加热至800℃～900℃，通过搅拌装置使炉内气体形成对流，该加热过程的时间控制在50min～70min，在势为1～1.8的氮化气气氛中进行，同时导入不饱和烃气体和氨气；
[0021]二次渗氮处理，在第二氮化处理工序，将炉内温度下降至500℃～600℃，加热室内导入氨气和氢气，使得氮势成为0.16～0.25，在氮势成为0.16～0.25的气氛中，保持2～4小时，出炉空冷至常温。
[0022]在一个优选地实施方式中，在所述步骤S3中将钢坯加热至1100℃,保温预定时间后,冷却至175℃的步骤中，当所述钢坯的有效厚度大于350毫米时,所述冷却的速度为:为8
‑
10℃/分钟﹔当所述钢坯的有效厚度小于350毫米之间时,所述冷却的速度为:10
‑
20℃/分钟。
[0023]在一个优选地实施方式中，在所述步骤S5中阶段性热处理过程中，水冷淬至室温可以选择油冷至室温或者气冷至室温。
[0024]在一个优选地实施方式中，在所述步骤S6中，所述间隔性地导入不饱和烃气体和氨气的间隔时间为2min～6min，每次导入不饱和烃气体和氨气流量为(0.35～0.65)m3/h。
[0025]在一个优选地实施方式中，所述所使用的主料包括以下重量百分比的原料：碳C:0.20％，硅Si:0.20％，锰Mn:0.45％，钼Mo:2.00％，镍Ni:0.50％，铌Nb:0.55％，钴Co:0.50％，铬Cr:5.00％，钇Y：0.01％，钒V:0.50～0.60％，O≤25ppm，N≤40ppm，其余为Fe及不可避免的不纯物硫S≤0.006％，磷P≤0.01％。
[0026]在一个优选地实施方式中，所述所使用的主料包括以下重量百分比的原料：碳C:0.25％，硅Si:0.30％，锰Mn:0.50％，钼Mo:1.90％，镍Ni:0.65％，铌Nb:0.55％，钴Co:0.55％，铬Cr:5.20％，钇Y：0.023％，钒V:0.55％，O≤25ppm，N≤40ppm，其余为Fe及不可避免的不纯物硫S≤0.006％，磷P≤0.01％。
[0027]在一个优选地实施方式中，所述所使用的主料包括以下重量百分比的原料：碳C0.30％，硅Si:0.40％，锰Mn:0.6％，钼Mo:2.20％，镍Ni:0.80％，铌Nb:0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强韧性热作模具钢，其特征在于：其中模具钢所使用的主料包括以下重量百分比的原料：碳C:0.20～0.30％，硅Si:0.20～0.40％，锰Mn:0.40～0.6％，钼Mo:1.50～2.20％，镍Ni:0.50～0.80％，铌Nb:0.50～0.60％，钴Co:0.50～0.60％，铬Cr:5.00～5.40％，钇Y：0.01～0.03％，钒V:0.50～0.60％，O≤25ppm，N≤40ppm，其余为Fe及不可避免的不纯物硫S≤0.006％，磷P≤0.018％。2.一种用于权利要求1所述的一种强韧性热作模具钢的生产方法，其特征在于：包括以下操作骤：S1、熔炼过滤：将原料在熔炼炉内加热至1500℃以上并熔炼成钢水,将所制得的钢水倒入过滤炉内去除多余的磷、硫等杂质；S2、真空处理：向所述还原炉喷吹惰性气体，在吹气过程中可以对所述熔融态的物料进行搅拌；S3、高温均质：将冷却后的钢坯加热至1100℃,保温预定时间后,冷却至150℃进行第一次均质化，得到初次均质的钢锭，再次加热至1260℃
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1300℃下均质5～8小时；S4、锻造：采用三墩三拔变形工艺，在X轴Y轴Z轴三个方向对钢坯进行锻造，始锻温度设定为1100℃～1150℃，终锻温度在900℃，加热完成后保温1
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2小时取出锻造,当温度降到900℃时，回炉加热至始锻温度后再次循环锻造；S5、阶段性热处理：第一阶段，将高温扩散后的锻件以10℃～15℃/min的升温速率，升温至500℃～650℃，保温1～2小时，水冷淬至室温；第二阶段，将高温扩散后的锻件以7℃～12℃/min的升温速率至850℃～880℃，保温2～3小时，水冷淬至室温；第三阶段，将高温扩散后的锻件以5℃～8℃/min的升温速率三次升温至1020℃～1050℃，保温20
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25小时；S6、阶段性冷处理：预冷阶段，向炉内加压，使得压力值维持在5～8bar，将热处理后的锻件随炉冷却至820～900℃，保温2小时；初冷阶段，将热处理后的锻件随炉冷却至400～450℃，释放炉内压力，保温2小时后，空冷至常温；深冷阶段，将热处理后的锻件降温冷却至
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120～
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90℃，维持2小时后，出炉空冷至常温；S7、渗氮处理：初次渗氮处理，将冷处理后的锻件随炉加热至800℃～900℃，通过搅拌装置使炉内气体形成对流，该加热过程的时间控制在50min～70min，在势为1～1.8的氮化气气氛中进行，同时导入不饱和烃气...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩德强，吴玉，
申请(专利权)人：上海双舜科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：