CN103014534B - 铸造热锻模具钢及其加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铸造热锻模具钢及其加工工艺，该模具钢中各化学组分的重量百分比为：C 0.3-0.5%、Si 0.4-0.6%、Mn 0.5-0.8%、Cr 3.5-5.5%、Mo 2.2-4.6%、V 0.7-1.3%、Ni 1.0-2.0、La 0.04-0.06%、Ce 0.01-0.03%、Y 0.02-0.04%、P≤0.03%、S≤0.03%，余量为铁和杂质。本发明采用稀土元素La、Ce、Y进行变质处理，钢中的夹杂物数量减少，其形态和尺寸明显得到改善，提高了钢的热疲劳性能。本发明采用了合理的热处理工艺，合适的退火处理以及采用高淬高回的方式，使模具钢的硬度性能和耐冲击性能都有显著提高。本发明的铸造热锻模具钢与现有的热锻模具钢相比，具有更高的耐磨性、强韧性以及抗热疲劳性。

Description

铸造热锻模具钢及其加工工艺

技术领域

    本发明涉及一种铸造热锻模具钢及其加工工艺，属于合金钢制造工艺技术领域。

背景技术

    热锻模具钢大多采用原锻造模具钢的化学成分，如 5CrNiMo、5CrMnMo、H13 等。而多数锻造模具钢属于低、中碳中合金钢；其铸造性能不佳，如流动性差、缩孔、缩松倾向大等，另一更重要的方面是铸态和锻态金属性能差异较大，合金化的特点不同，采用原锻造模具钢的化学成分进行精铸热锻模具钢生产不能获得最佳使用性能。精铸热锻模具钢合金化应充分发挥精铸热锻模具钢的性能优势，如抗热疲劳性、热稳定性和耐磨性，而避免其低塑性带来的问题，如显微开裂等。铸造热锻模的性能和寿命主要取决于模具材料。因此，铸造热锻模具钢的开发研究对铸造热锻模的应用是至关重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种铸造热锻模具钢及其加工工艺，提高热锻模具钢的强韧性和耐磨性。

本发明的技术方案如下：

铸造热锻模具钢中各化学组分的重量百分比为：C 0.3-0.5%、Si 0.4-0.6%、Mn 0.5-0.8%、Cr 3.5-5.5%、Mo 2.2-4.6%、V 0.7-1.3%、Ni 1.0-2.0、La 0.04-0.06%、 Ce 0.01-0.03%、Y 0.02-0.04%、P≤0.03%、S≤0.03%，余量为铁和杂质。

    铸造热锻模具钢的加工工艺，包括如下步骤：

    （1）熔炼：按配方配比将炼钢原料含碳量小于0.4%的废钢、低碳铬铁、钼铁、纯镍、铌铁、钒铁、钛铁、生铁加入中频感应电炉内进行熔炼，当钢水温度达到1540-1580℃时，插铝脱氧出钢；

（2）钢水铸造成型钢锭：将钢锭模预热至280-320℃，注入钢水，浇注温度为1490-1540℃，保温40-50min后脱模保温缓冷，48小时后出炉；

（3）电渣重熔:将钢锭作为自耗电极放入电渣重熔装置中进行二次精炼，降低气体和夹杂物的含量，获得成分均匀、组织致密、质量高钢锭；

    （4）退火处理：将电渣重熔后的钢锭加热至860-880℃，保温4-5小时，然后以20-30℃/小炉冷至540-560℃，出炉空冷，清理表面缺陷；

    （5）锻造：将钢锭加热至 1150-1250℃进行锻造，终锻温度940-960℃，锻造比2-3:1，得到钢锻件；

    （6）退火处理：先以50-70℃/小时的升温速度将锻件加热至870-910℃，保温2-4小时，以20-30℃/小炉冷至740-760℃，保温3-4小时，再以30-40℃/小时冷却至480-500℃，出炉空冷；

    （7）淬火回火：先在1040-1060℃保温1-2小时，油冷后，在620-640℃两次回火，每次回火2h；

（8）喷丸、抛光处理：淬火回火后，进行喷丸处理可以形成表面压应力层，改变淬火回火处理后的表面拉应力状态，进行模具抛光处理，可消除模具表面缺陷而提高模具寿命。

    本发明的有益效果：

本发明采用稀土元素La、Ce、Y进行变质处理，钢中的夹杂物数量减少，其形态和尺寸明显得到改善，提高了钢的热疲劳性能。本发明采用了合理的热处理工艺，合适的退火处理以及采用高淬高回的方式，使模具钢的硬度性能和耐冲击性能都有显著提高。本发明的铸造热锻模具钢与现有的热锻模具钢相比，具有更高的耐磨性、强韧性以及抗热疲劳性。由于本发明热锻模具钢综合性能俱佳，可适用制作的模具范围广，可代替5CrNiMo、5CrMnMo、H13类钢模具提高其韧性和耐磨性，使其寿命大大提高，降低生产使用成本，减少或避免在大冲击载荷、工作速度高、高精度长寿命等特殊环境下使用模具存在的不耐磨、韧性差崩刃、断裂等问题。

具体实施方式：

铸造热锻模具钢中各化学组分的重量百分比为：C 0.3-0.5%、Si 0.4-0.6%、Mn 0.5-0.8%、Cr 3.5-5.5%、Mo 2.2-4.6%、V 0.7-1.3%、Ni 1.0-2.0、La 0.04-0.06%、 Ce 0.01-0.03%、Y 0.02-0.04%、P≤0.03%、S≤0.03%，余量为铁和杂质。

    铸造热锻模具钢的加工工艺，包括如下步骤：

    （1）熔炼：按配方配比将炼钢原料含碳量小于0.4%的废钢、低碳铬铁、钼铁、纯镍、铌铁、钒铁、钛铁、生铁加入中频感应电炉内进行熔炼，当钢水温度达到1550℃时，插铝脱氧出钢；

    （2）钢水铸造成型钢锭：将钢锭模预热至320℃，注入钢水，浇注温度为1520℃，保温40min后脱模保温缓冷，48小时后出炉；

    （3）电渣重熔:将钢锭作为自耗电极放入电渣重熔装置中进行二次精炼，降低气体和夹杂物的含量，获得成分均匀、组织致密、质量高钢锭；

    （4）退火处理：将电渣重熔后的钢锭加热至880℃，保温4小时，然后以30℃/小炉冷至550℃，出炉空冷，清理表面缺陷；

    （5）锻造：将钢锭加热至 1200℃进行锻造，终锻温度950℃，锻造比2.5:1，得到钢锻件；

    （6）退火处理：先以60℃/小时的升温速度将锻件加热至890℃，保温3小时，以30℃/小炉冷至750℃，保温3小时，再以40℃/小时冷却至500℃，出炉空冷；

    （7）淬火回火：先在1050℃保温1小时，油冷后，在630℃两次回火，每次回火2h；

    （8）喷丸、抛光处理：淬火回火后，进行喷丸处理可以形成表面压应力层，改变淬火回火处理后的表面拉应力状态，进行模具抛光处理，可消除模具表面缺陷而提高模具寿命。

经检验，产物化学成分为：C 0.38%、Si 0.52%、Mn 0.67%、Cr 4.83%、Mo 4.22%、V 1.14%、Ni 1.68%、La 0.054%、 Ce 0.026%、Y 0.038%、P 0.014%、S 0.012%，余量为铁和杂质。力学性能为：抗拉强度1760MPa，屈服强度1480MPa，伸长率12%，断面收缩率47%，冲击韧性值15J/cm²。

Claims (1)

1.一种铸造热锻模具钢，其特征在于，该模具钢中各化学组分的重量百分比为：C 0.3-0.5%、Si 0.4-0.6%、Mn 0.5-0.8%、Cr 3.5-5.5%、Mo 2.2-4.6%、V 0.7-1.3%、Ni 1.0-2.0、 La 0.04-0.06%、 Ce 0.01-0.03%、Y 0.02-0.04%、P≤0.03%、S≤0.03%，余量为铁和杂质；

所述的铸造热锻模具钢的加工工艺，包括如下步骤：

熔炼：按配方配比将炼钢原料含碳量小于0.4%的废钢、低碳铬铁、钼铁、纯镍、铌铁、钒铁、钛铁、生铁加入中频感应电炉内进行熔炼，当钢水温度达到1540-1580℃时，插铝脱氧出钢；

钢水铸造成型钢锭：将钢锭模预热至280-320℃，注入钢水，浇注温度为1490-1540℃，保温40-50min后脱模保温缓冷，48小时后出炉；

电渣重熔:将钢锭作为自耗电极放入电渣重熔装置中进行二次精炼，降低气体和夹杂物的含量，获得成分均匀、组织致密、质量高钢锭；

    （4）退火处理：将电渣重熔后的钢锭加热至860-880℃，保温4-5小时，然后以20-30℃/小炉冷至540-560℃，出炉空冷，清理表面缺陷；

锻造：将钢锭加热至 1150-1250℃进行锻造，终锻温度940-960℃，锻造比2-3:1，得到钢锻件；

    （6）退火处理：先以50-70℃/小时的升温速度将锻件加热至870-910℃，保温2-4小时，以20-30℃/小炉冷至740-760℃，保温3-4小时，再以30-40℃/小时冷却至480-500℃，出炉空冷；

    （7）淬火回火：先在1040-1060℃保温1-2小时，油冷后，在620-640℃两次回火，每次回火2h；

    （8）喷丸、抛光处理：淬火回火后，进行喷丸处理可以形成表面压应力层，改变淬火回火处理后的表面拉应力状态，进行模具抛光处理，可消除模具表面缺陷而提高模具寿命。