[發明專利]一種組織致密噴射工模具鋼的制備方法

有效

• 申請號: 202010020115.2
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111112623B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 周雪峰;劉凱文;張偉超;蔣建清;朱小坤
• 申請（專利權）人: 東南大學;天工愛和特鋼有限公司
• 主分類號: B22F3/115
• 分類號: B22F3/115;B22F3/17;C22C33/04;B22F3/24
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 沈廉

本發明的一種組織致密噴射工模具鋼的制備方法，對工模具鋼熔體進行氮、鋯微合金化，氮加入量0.02～0.08wt％，鋯加入量0.05～0.15wt％；中間包鋼水過熱度控制在30～80℃，利用高純氮氣使鋼水霧化，噴嘴角度20～26°，沉積器旋轉速度35～45轉/分，得到工模具鋼沉積坯；沉積坯在850～1000℃進行中溫開坯，500～600℃穩定化處理后，在1050～1150℃擴散退火；采用“鍛?停?鍛??！狈沁B續鍛造工藝，鍛造溫度900～1100℃，每次鍛造總壓下量20～80％，中間停鍛次數不少于2次，每次停鍛等溫時間15～60s；鍛坯在400～600℃保溫1～3h，進行退火預處理；再對鍛坯進行爐冷退火或等溫退火，得到成品。本方法生產出的噴射成型工模具鋼組織致密均勻，碳化物細小、彌散，產品具有高硬度、耐磨性和韌性。

技術領域

本發明涉及一種組織致密噴射工模具鋼的制備方法，具體涉及一種可獲得組織致密、均勻的工模具鋼的方法。

背景技術

工模具鋼是指高速鋼和模具鋼，具有高硬度、高耐磨性等優點，廣泛應用于制造切削工具、精密模具等。為保證工模具鋼的性能要求，工模具鋼添加大量的碳和合金元素，形成大量的硬質、穩定的合金碳化物。然而，這同時使工模具鋼易產生一次碳化物粗大、分布不均勻、帶狀組織偏析等組織質量問題，導致其硬度、紅硬性和耐磨性下降。

傳統工模具鋼生產工藝為鑄鍛工藝，其流程為：冶煉→澆鑄成電極棒→電渣重熔→高溫開坯→鍛造→軋制→退火。改善組織質量主要依賴高溫開坯、鍛造、軋制及熱處理等熱加工手段，然而該方法只有在鍛壓比很大的情況下對一次碳化物分布和元素偏析的改善效果才明顯，但對一次碳化物尺寸的細化效果不夠理想。鑄鍛工藝生產的工模具鋼組織質量達不到高品質工模具鋼對組織質量的嚴格要求。

粉末冶金工藝能夠解決傳統鑄鍛工模具鋼組織質量問題，生產的產品組織細小、均勻。然而，粉末冶金工藝生產步驟繁瑣、能耗大、生產成本高，導致粉末冶金工模具鋼產品市場競爭力受到很大限制。

噴射成型作為一種先進工藝技術，同時具有粉末冶金快速冷卻和材料近終成型的優點，制備工藝短、成本低，一次碳化物分布均勻，晶粒細小、偏析低。近年來，人們采用此工藝進行了高溫合金、耐熱鋼、鋁合金、高速鋼等的研究與制備工作，取得了一定進展。然而，噴射成型工模具鋼沉積坯容易存在組織疏松、致密度低等問題，一次碳化物尺寸較粉末冶金產品仍有一定差距，基體中析出的小顆粒二次碳化物數量偏少、彌散度不足，對材料性能產生不利影響。

發明內容

技術問題：本發明的目的在于提供一種組織致密噴射工模具鋼的制備方法，可獲得組織致密、細小、均勻的工模具鋼，解決了噴射成型沉積坯致密度低、一次碳化物尺寸偏大及二次碳化物數量不足等問題。

技術方案：本發明的一種組織致密噴射工模具鋼的制備方法對鋼液進行氮、鋯微合金化，細化沉積坯組織；控制鋼水過熱度和沉積器旋轉速度，提高沉積坯致密性，形成具有六方結構碳化物類型的沉積坯；對沉積坯進行中溫開坯，誘導產生碳化物晶格缺陷，隨后進行穩定化和擴散退火處理，使碳化物充分球化；采用“鍛-停-鍛-停”非連續鍛造工藝，控制鍛造溫度、壓下量、停鍛次數和停鍛等溫時間，控制碳化物析出；鍛坯經過必要的退火預處理，控制微區組織均勻性，最后進行成品退火。

該方法具體包括如下步驟：

1)熔體預處理：工模具鋼熔化、精煉后，對鋼液進行氮、鋯微合金化；

2)低過熱度澆注：將鋼水倒入加熱的中間包內，控制鋼水過熱度；

3)控制霧化沉積：中間包內的熔體通過霧化噴嘴噴射到沉積室內，控制霧化噴嘴角度和沉積器旋轉速度，得到高致密度的沉積坯，形成具有六方結構的碳化物類型；

4)中溫開坯：沉積坯經過去應力處理后，在設定溫度區間進行預開坯；

5)穩定化：對上述沉積坯在設定的溫度進行穩定化處理；