[發(fā)明專利]高熱穩(wěn)定性高強度的熱作模具鋼

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710171693.0
• 申請日: 2007-12-06
• 公開（公告）號: CN101220442A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳曉春;王良平;閔永安;謝豪杰;汪宏斌
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: C22C38/38
• 分類號: C22C38/38;C22C33/06;C21D1/00;C21D9/70;C21D8/00;C21D1/26;C21D1/18
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所
• 代理人: 顧勇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型的高熱穩(wěn)定性高強度的熱作模具鋼，屬合金鋼制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

熱作模具鋼的工作條件相當(dāng)復(fù)雜，對模具材料的性能要求也很嚴(yán)格。熱作模具鋼的種類很多，如：3Cr2W8V、4Cr5MoSil(H13)以及較新的DIEVAR鋼。

3Cr2W8V是常用的熱擠壓模具鋼，它是一種高熱強性熱作模具鋼，并且具有良好的鍛造、機械加工和熱處理工藝性能，但其冷熱疲勞性能較差、韌性較低，模具常因發(fā)生龜裂而早期失效，尤其是用水冷卻時，模具的熱疲勞壽命很低。

H13鋼具有良好的綜合力學(xué)性能、抗冷熱疲勞性能及抗液體金屬沖蝕性，但其使用溫度應(yīng)≤600℃，同樣DIEVAR鋼也難以在650℃條件下工作。通常，模具鋼的實際工作條件要求達到700℃以上。

因此，目前在熱作模具鋼領(lǐng)域，利用成分均勻設(shè)計，開發(fā)出一種兼具超高的熱穩(wěn)定性、良好強度和韌性的鋼種，是具有十分重要意義，可以帶來巨大經(jīng)濟效益。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高熱穩(wěn)定性高強度的熱作模具鋼及其制備方法。

本發(fā)明一種高熱穩(wěn)定性高強度的熱作模具鋼，其特征在于具有以下的成分及重量百分比：

C??0.3～0.6％，??????Si?0.5～0.7％，

Mn?10.5～14.5％，????Cr?2.0～6.0％，

Mo?1.5～3.5％，??????V??0.5～2.0％，

P??0.01～0.02％，????S??＜0.005％，

Fe?余量。

上述的高熱穩(wěn)定性高強度的熱作模具鋼的制備方法，其特征在于具有以下的工藝過程和步驟：

a.熔煉：按傳統(tǒng)常規(guī)方法熔煉；將按上述配方稱量配合的配合料放置于中頻感應(yīng)爐中，在1500～1700℃溫度下進行熔煉，然后澆注鋼錠；

b.電渣重熔：將上述錠作為自耗電極放于電渣重熔裝置中，進行二次精煉；利用電流通過電渣層產(chǎn)生電阻熱來熔化自耗電極合金鋼母材，液體金屬以熔滴形式經(jīng)渣池的渣層下落至下面的水冷結(jié)晶器中，再重新凝固成鋼錠；

c.高溫均勻化：將上述鋼錠加熱到1200～1240℃，并保溫8～10小時，使鋼成分均勻化，防止成分偏析，改善鋼的凝固組；然后埋砂冷卻；

d.鍛造：將上述鋼錠加熱室1200～1230℃，隨后進行粗鍛，終鍛溫度為950℃，得到鋼鍛件；

e.毛坯鍛造：將上述鋼鍛件毛坯再次加熱至1100～1150℃，在950～1100℃溫度范圍內(nèi)再次進行鍛造加工；

f.退火：然后在830℃溫度下退火8小時，以清除鍛造過程中產(chǎn)生的應(yīng)力；隨后隨爐冷卻；制得熱作模具鋼；

g.淬火處理：將上述熱作模具鋼最后經(jīng)淬火處理；淬火溫度為1100～1200℃；

其時效溫度為700～800℃，時效時間為2～8小時。

本發(fā)明的熱作模具鋼其設(shè)計成分配方的理論依據(jù)如下所述：

傳統(tǒng)的熱作模具鋼的組織通常是馬氏體，而馬氏體在高溫下會分解，所以難以在高溫下工作。

本鋼種是一種高錳奧氏體態(tài)模具鋼，通常適當(dāng)?shù)腻i碳比例使得本鋼種始終保持在奧氏體態(tài)，而通過加入Cr、Mo、V這三種合金元素來形成碳化物，在時效熱處理過程中，將析出它們的碳化物，強化基體。

其使用組織是奧氏體加彌散析出的碳化物，無論是在熱處理過程中還是使用中都保持奧氏體態(tài)，因此其具有良好的韌性，而析出的碳化物強化了基體，使得基體硬度達到模具使用要求。正是由于這些碳化物是在高溫下析出來的，所以本鋼種可以在高溫下工作，其能在700℃以上工作條件下，保持良好的熱穩(wěn)定性。

本發(fā)明工藝方法上的特點是采用了電渣重熔工藝，這是優(yōu)質(zhì)鋼生產(chǎn)的二次精煉技術(shù)；利用電渣重熔裝置，將鋼錠母材作為自耗電極，利用電流通過電渣層產(chǎn)生電阻熱來熔化自耗電極合金鋼母材，其液體金屬以熔滴形式經(jīng)渣池的渣層下落至下面的水冷結(jié)晶器熔池中，再重新凝固成鋼錠。鋼錠由下而上逐步結(jié)晶。電渣重熔工藝可降低鋼錠中氣體的夾雜物的含量，可有效地脫氧脫硫，并且可以控制凝固，改善重熔鋼錠的宏觀和微觀組織。因此電渣重熔工藝可獲得成分均勻、組織致密、質(zhì)量優(yōu)良的鋼錠。

本發(fā)明方法制得的熱作模具鋼具有較高的洛氏硬度、良好的熱穩(wěn)定性、并且具有良好的沖擊韌性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明熱作模具鋼(簡稱SDHA鋼)在700℃條件下的熱穩(wěn)定性圖。

圖2為本發(fā)明熱作模具鋼(簡稱SDHA鋼)在700℃條件下與已有模具鋼H13和DIEVAR鋼的熱穩(wěn)定性比較圖。

具體實施方式