一种析出强化型耐高温马氏体钢及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种析出强化型耐高温马氏体钢及其制备方法和应用，属于高性能合金钢技术领域。本发明专利技术提供的析出强化型耐高温马氏体钢，按质量百分比计，包括：C0～0.04％，Cr8.75～11.82％，Ni6.25～7.50％，Co7.50～8.50％，Mo2.25～3.00％，V0～0.50％，Al0.55～2.00％，W1.50～2.75％，Cu0.50～1.80％，Re0～0.05％，P＜0.015％，S＜0.010％和余量的Fe。本发明专利技术通过多种纳米相的共析出强化效应提高强度；通过Cr和W形成Laves相来保障马氏体层级结构的稳定性和高温强度，同时提高耐蚀性和摩擦磨损性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种析出强化型耐高温马氏体钢及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及高性能合金钢
，尤其涉及一种析出强化型耐高温马氏体钢及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]模具钢是用来制造注塑模、冷冲模、热锻模、压铸模等模具的钢材。模具是机械制造、无线电仪表、电机、电器、工业生产等主要加工的工具。目前，模具钢仍存有诸多不足，如显微组织和力学性能不稳定、服役寿命短、可靠性差、成本高等问题，所以多数高端模具仍依靠进口。新兴的增材制造技术改变了传统模具的制造方式，大大减缓了甚至避免了杂质元素、成分偏析等方面的不利影响，提高了模具的综合力学性能和品质；同时“自由设计”的随形水路大幅度提高了模具的冷却能力，进而提高了产品表面质量和生产效率。增材制造赋予模具的这些优势可以极大地降低模具生产的整体成本，进而扩宽了材料成分设计的窗口，即可以利用传统模具钢无法使用的Co、Ni、W、Cu等元素，而这些元素的添加配以优化的制备工艺，又进一步提升了模具在力学性能和服役寿命等方面的优势，形成良性循环。这种思路或理念使得增材制造模具钢的质量接近甚至超过国外水平，具有较高的性价比和市场竞争力。
[0003]尽管如此，在反复热疲劳载荷作用下，相对传统制造方式，增材制造的模具钢由于潜在的打印缺陷可能会诱发局部裂纹的萌生和扩展，而导致模具的过早失效。提升模具钢的塑性和韧性，或者提高其高温强度，可以弥补打印缺陷带来的不足。目前，在注塑模领域，增材制造18Ni300钢因良好的成型性已经有诸多应用案列，其属于马氏体时效钢的范畴。马氏体时效钢通常由C含量极低的相对较软但具有良好延展性的马氏体基体+弥散分布的具有优越析出强化效果的纳米级金属间化合物组成，往往表现出超高强度与良好韧性的完美结合。18Ni300钢含有18wt％的Ni，高含量的Co(8～13wt％)和Mo(3～5wt％)以及少量的Ti和Al。高Ni含量确保了合金钢即使在中等甚至较慢冷却速率时也能得到完全的马氏体组织，即提高淬透性；但同时Ni也限制了马氏体时效钢的高温组织稳定性和力学性能，因为较低的马氏体
‑
奥氏体逆相变温度(A
C1
)使得在较低的温度下即可形成“较软”的奥氏体相，无法满足部分模具钢特别是压铸模对高温强度的需求。此外，18Ni300钢的耐腐蚀性能和摩擦磨损性能欠佳，相对AISI420不锈钢等并无优势。而在更高温度使用的压铸模领域，增材制造的H13钢容易出现气孔、未熔合等缺陷，且出现粗大的链条型碳化物，因此也限制了其广泛使用。综上所述，亟需一种兼具超高强度和良好塑韧性的耐蚀合金钢以弥补现有注塑模具钢的不足。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种析出强化型耐高温马氏体钢及其制备方法和应用，本专利技术提供的析出强化型耐高温马氏体钢在常温下和高温下都具有良好的屈服强度和抗拉强度，高温性能优异。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种析出强化型耐高温马氏体钢，按质量百分比计，包括以下化学成分：C0～0.04％，Cr8.75～11.82％，Ni6.25～7.50％，Co7.50～8.50％，Mo2.25～3.00％，V0～0.50％，Al0.55～2.00％，W1.50～2.75％，Cu0.50～1.80％，Re0～0.05％，P＜0.015％，S＜0.010％和余量的Fe。
[0007]本专利技术提供了上述技术方案所述析出强化型耐高温马氏体钢的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将合金原料熔炼后浇铸，然后通过锻造或轧制，得到成型构件；
[0009]或者，将合金原料通过雾化法或旋转电极法制备成球形合金粉体，然后进行增材制造，得到成型构件；
[0010](2)将所述步骤(1)得到的成型构件进行后处理，得到析出强化型耐高温马氏体钢。
[0011]优选地，所述步骤(1)中球形合金粉体的粒径为15～75μm，球形合金粉体的封装密度为3.8～4.1g/cm3，球形合金粉体的振实密度为4.6～4.8g/cm3，球形合金粉体的霍尔流速≤15s/50g。
[0012]优选地，所述步骤(1)中增材制造的工艺参数包括：激光功率为120～380W，扫描速率为0.2～1.2m/s，铺粉层厚为42～110μm，层间扫描路径呈65～70
°
夹角。
[0013]优选地，所述步骤(2)中后处理包括奥氏体化淬火处理、低温深冷处理和回火处理中的一种、两种或三种的组合。
[0014]优选地，所述奥氏体化淬火处理的温度为1000～1070℃，奥氏体化淬火处理的时间为0.5～5h，奥氏体化淬火处理的冷却速率为2～50℃/s。
[0015]优选地，所述深冷处理的温度为
‑
196～
‑
120℃，深冷处理的时间为0.5～3h。
[0016]优选地，所述回火处理的温度为400～670℃，回火处理的时间为3～7h。
[0017]优选地，所述步骤(2)中析出强化型耐高温马氏体钢的显微组织呈现胞状晶粒+柱状晶粒相间的层状结构，或者为板条马氏体层级结构，且马氏体基体中分布有弥散的富Cu相、富Cr相、NiAl相、Laves相及残留奥氏体相。
[0018]本专利技术提供了上述技术方案所述析出强化型耐高温马氏体钢或上述技术方案所述制备方法制备得到的析出强化型耐高温马氏体钢在模具中的应用。
[0019]本专利技术提供了一种析出强化型耐高温马氏体钢，按质量百分比计，包括以下化学成分：C0～0.04％，Cr8.75～11.82％，Ni6.25～7.50％，Co7.50～8.50％，Mo2.25～3.00％，V0～0.50％，Al0.55～2.00％，W1.50～2.75％，Cu0.50～1.80％，Re0～0.05％，P＜0.015％，S＜0.010％和余量的Fe。本专利技术在18Ni300钢的基础上，一方面，通过大幅度降低Ni含量并调整Co含量，同时摒弃Ti添加及Ni3Ti的析出强化，而是通过保持Mo和Al含量，并添加适量的Cu以及在低C的情况下添加微量的V等碳化物形成元素，从而形成了潜在的纳米β
‑
NiAl相和/或富Cu相和/或VC碳化物的复合纳米相；β
‑
NiAl相或富Cu相主要分布在马氏体基体内，其尺寸在1.2～6nm之间，数量密度为10
24
m
‑3级别，相对均匀弥散，且往往为共析出或相邻析出，通过位错的切过机制产生析出强化，以提高室温和高温强度；VC碳化物为辅助引入，在较低C的情况下，少量V的存在可以诱发VC的弥散析出，且与β
‑
NiAl相和富Cu相的析出反应相互促进，进一步提高纳米析出相的强化效果和综合力学性能；另一方面，通过添加
Cr及适量的W形成(Fe,Cr)2(W,Mo)Laves相，其主要分为两种：一种为在增材制造过程或奥氏体化过程中形成的初生Laves相，主要分布在马氏体板条界面及原奥氏体晶界处，其尺寸在6～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种析出强化型耐高温马氏体钢，按质量百分比计，包括以下化学成分：C0～0.04％，Cr8.75～11.82％，Ni6.25～7.50％，Co7.50～8.50％，Mo2.25～3.00％，V0～0.50％，Al0.55～2.00％，W1.50～2.75％，Cu0.50～1.80％，Re0～0.05％，P＜0.015％，S＜0.010％和余量的Fe。2.权利要求1所述析出强化型耐高温马氏体钢的制备方法，包括以下步骤：(1)将合金原料熔炼后浇铸，然后通过锻造或轧制，得到成型构件；或者，将合金原料通过雾化法或旋转电极法制备成球形合金粉体，然后进行增材制造，得到成型构件；(2)将所述步骤(1)得到的成型构件进行后处理，得到析出强化型耐高温马氏体钢。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中球形合金粉体的粒径为15～75μm，球形合金粉体的封装密度为3.8～4.1g/cm3，球形合金粉体的振实密度为4.6～4.8g/cm3，球形合金粉体的霍尔流速≤15s/50g。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中增材制造的工艺参数包括：激光功率为120～380W，扫描速率为0.2～1.2m/s，铺粉层厚为42～110...

【专利技术属性】
技术研发人员：张占波，刘庆冬，王利军，赵波，
申请(专利权)人：上海毅速激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：