模具钢及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种模具钢及其制备方法，所述模具钢采用电渣重熔冶炼、均质化加热、吹风冷却和球化退火工艺制备，且其化学组分按质量百分比计包括：C:0.38

【技术实现步骤摘要】
模具钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钢合金领域，特别涉及一种模具钢，同时本专利技术还涉及一种上述模具钢制备方法。

技术介绍

[0002]热作模具使用最广泛和最具代表性的钢种是H13钢，牌号：4Cr5MoSiV1，该钢具有高的淬透性和抗热裂能力，含有较高含量的碳和钒，耐磨性好，韧性相对有所减弱，具有良好的耐热性，在较高温度时具有较好的强度和硬度，高的耐磨性的韧性，优良的综合力学性能和较高的抗回火稳定性。但是用于锻造和冲压模具时因被加工件温度较高1000℃
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790℃，冷却液温度较低，受冷热交替影响极易在模具表面产生疲劳裂纹。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提出了一种模具钢，以改善硬度和抗耐热疲劳，提高锻造模具、冲压模具的寿命。
[0004]一种模具钢，所述模具钢采用电渣重熔冶炼、均质化加热、吹风冷却和球化退火工艺制备，且其化学组分按质量百分比计包括：C:0.38
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0.42％,Si:0.30
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0.45％,Mn:0.70
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0.85％,Cr:2.55
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2.80％,Mo:2.30
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2.50％,V:0.80
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1.00％,Ni:0.30
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0.50％,Co:2.50
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3.00％，余量为Fe和杂质。
[0005]本专利技术通过优化C和Cr含量，加入Mo、Ni和Co元素，综合考虑不同元素碳化物在淬火过程中溶入奥氏体的规律与其细化晶粒的作用，采用专用工艺制备，具有高硬度，耐热疲劳，使用过程中不易发生热疲劳裂纹，可以提高锻造模具、冲压模具的寿命。使用寿命比现有H13热作模具钢提高50
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80％。
[0006]进一步的，所述杂质包括P，P：≤0.02％。
[0007]进一步的，所述杂质包括S,S：≤0.010％。
[0008]进一步的，所述杂质包括N,N：≤0.005％。
[0009]进一步的，所述模具钢的液析碳化物含量≤0.001％。
[0010]同时，本专利技术还提出了一种模具钢的制备方法，包括以下步骤：电渣重熔冶炼：将合金原料熔化倒入钢包，经LF炉外精炼，VD炉真空脱气，浇注为钢锭，进行电渣重熔冶炼；均质化加热：将电渣重熔冶炼过的钢锭经退火后用室式炉加热，加热温度在1260
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1310℃，加热后开坯摔圆，去应力退火后加热至1030
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1130℃锻轧成钢材；将所述钢材进行吹风冷却后，放入加热炉中球化退火，随炉冷到490
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510℃出炉。
[0011]进一步的，均质化加热温度在1260
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1310℃阶段的保温时间是15
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20小时。
[0012]进一步的，所述球化退火包括：第一台阶：将所述钢材放入加热炉中，以90
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100℃/h的速率升温至730
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800℃；第二台阶：将所述钢材以90
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100℃/h的速率升温至850
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880℃；第三台阶：将所述钢材将以≥50℃/h的速率快速降温至800℃；第四台阶：将所述钢材缓降到660
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700℃；第五台阶：将所述钢材缓降到520
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570℃。
[0013]进一步的，所述球化退火的第一台阶保温时间6
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8h，第二台阶保温时间5.5
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7h，第四台阶保温时间9
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11h，第五台阶保温时间3.5
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4.5h。
[0014]C元素的作用，C元素是碳化物的组成元素之一，部分元素固溶于基体，提高基体强度。C元素含量不高于0.42％，以使钢水在凝固过程中少产生或不产生液析碳化物；C元素不低于0.38％，以使热处理后达到合适的硬度。
[0015]Mo元素的作用，Mo元素是中碳化物形成元素，在非平衡冷却情况下，Mo元素形成的碳化物发生相变，产生亚稳态的M2C碳化物，呈片状的、扇形分布的M2C在凝固后冷却后进行锻造加热、保温时分解为细小的M6C+MC，并使其易于分布均匀，增加钢的韧性并提高其热塑性。提高碳化物的稳定性以及钢的强度耐磨性，本专利技术Mo含量为2.30
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2.50％。
[0016]Cr元素的作用，Cr元素不低于2.55％以极大减少珠光体中碳的浓度及奥氏体中碳的极限溶解度，促进了碳化物的析出，提高钢的强度与硬度，减缓奥氏体分解速率，显著提高钢的淬透性；Cr元素不高于2.80％以使大颗粒M23C6碳化物的含量小于4％，以提高钢的韧性。
[0017]V元素的作用，V元素是强碳化物形成元素，在钢中与C元素结合形成高硬度、高强度的MC碳化物，是钢耐磨性的决定性组织因素。溶解的V元素能大大加强钢的二次硬化，而保留的碳化物VC则可大大增加钢的耐磨性。因此本专利技术设计V元素的含量为0.80～1.00％。V元素的含量不低于0.80％，以形成足够数量的MC碳化物，当V的含量低于0.80％时，MC碳化物的数量相应减少，使钢的耐磨性降低。V的最大含量不高于1.00％，以使模具在使用过程中不产生因液析碳化物产生的开裂。
[0018]Si元素强化铁素体，增强钢热处理的二次硬化能力，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。本专利技术Si控制在0.30
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0.45％。
[0019]Mn元素提高钢的韧性、强度、硬度和耐磨性，本专利技术Mn控制0.70
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0.85％。
[0020]Co元素和铁形成连续固溶体，Co在使用过程中阻抑、延缓其他元素碳化物的析出和聚集，明显提升钢的热强性和高温硬度。本专利技术，Co控制在2.50
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3.00％。
[0021]Ni元素和铁无限固溶，扩大铁的奥氏体区，降低A3点，稳定奥氏体，降低各元素的扩散速率，提高淬透性，提高钢的强度，提高钢的疲劳抗力。本专利技术，Ni控制0.30
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0.50％。
[0022]P是合金中有害元素，增加合金的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏，因此本专利技术优选的P含量≤0.02％。
[0023]S是非金属夹杂物形成元素，为改善消除S与Fe等其它元素形成低熔点非金属夹杂的危害，控制适量Mn与S形成MnS，但MnS在压延方向延伸分布，使压延方向的韧性降低，希望S含量越低越好，本专利技术要求S≤0.010％。
[0024]N元素与C元素相似，与合金元素形成氮化物。氮化物一般作为先析出相在凝固开始阶段析出。在后续凝固过程中受热力学动力学作用极易长大。但氮化物作为第二相，增强钢的强度，耐磨性。为控制氮化物第二相大小及数量。本专利技术，N控制≤0.005％。
附图说明
[0025]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模具钢，其特征在于：所述模具钢采用电渣重熔冶炼、均质化加热、吹风冷却和球化退火工艺制备，且其化学组分按质量百分比计包括：C:0.38
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0.42％,Si:0.30
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0.45％,Mn:0.70
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0.85％,Cr:2.55
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2.80％,Mo:2.30
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2.50％,V:0.80
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1.00％,Ni:0.30
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0.50％,Co:2.50
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3.00％，余量为Fe和杂质。2.根据权利要求1所述的模具钢，其特征在于：所述杂质包括P，P：≤0.02％。3.根据权利要求1所述的模具钢，其特征在于：所述杂质包括S,S：≤0.010％。4.根据权利要求1任一项所述的模具钢，其特征在于：所述杂质包括N,N：≤0.005％。5.根据权利要求1
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4所述的模具钢，其特征在于：所述模具钢的液析碳化物含量≤0.001％。6.根据权利要求1
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5任一项所述的模具钢的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：电渣重熔冶炼：将合金原料熔化倒入钢包，经LF炉外精炼，VD炉真空脱气，浇注为钢锭，进行电渣重熔冶炼；均质化加热：将电渣重熔冶炼过的钢锭经退火后用室式炉加热，加热温度在1260
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【专利技术属性】
技术研发人员：李栋，梁敬斌，尤晓东，
申请(专利权)人：河冶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：