CN103805904A - 一种奥氏体热作模具钢 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种奥氏体热作模具钢,该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C 0.3~0.7%,Si0.5~1.1%,Mn 7.0~8.0%,Cr 6.5~7.5%,Ni3.5~4.5%,Mo 0.6~0.8%,V 0.5~2.0%,Zr 0.1~0.2%,P<0.02%,S<0.005%,N 0.15~0.30%,Fe余量。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域,尤其涉及一种奥氏体热作模具钢。
背景技术
传统热作模具钢均为马氏体型钢,这些材料虽具有高硬度与耐磨性能,但存在一点致命缺陷,其使用温度大多都在650℃以下,即无法在高温条件下工作。当温度超过650℃时,马氏体基体分解,发生回复软化,导致材料失效。与马氏体型钢的此点不足相比较,奥氏体型热作模具钢不论在常温或是高温工作条件下,基体始终保持单一奥氏体状态,可避免基体分解、回复软化的问题。奥氏体作为基体,具有良好韧性,但硬度偏低。一般通过加入诸如Cr、Mo、V等合金元素,使其在热处理过程中形成稳定、细小碳化物,依靠这些碳化物的弥散析出强化基体、提高硬度。当在高温条件下工作时,奥氏体钢仍可依靠碳化物保持自身强度和硬度。
CN101942606A公开了一种含氮奥氏体型热作模具钢及其制备方法,其具有以下的成分及重量百分比:C 0.3~0.7%,Si0.5~1.1%,Mn 10.0~15.0%,Cr 2.0~6.0%,Mo 1.5~3.5%,V 0.5~2.0%,P<0.02%,S<0.005%,N 0.15~0.30%,Fe余量。虽然其相比现有技术有所改进,但其过分注重了N的作用,其硬度偏低,强韧性特别是高温的强韧性不是十分理想。因此,仍有改进的余地。
发明内容
本发明的目的在于提出一种奥氏体热作模具钢,该模具钢硬度比现有技术高,并且强韧性好。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种奥氏体热作模具钢,该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C0.3~0.7%,Si0.5~1.1%,Mn 7.0~8.0%,Cr 6.5~7.5%,Ni3.5~4.5%,Mo 0.6~0.8%,V 0.5~2.0%,Zr 0.1~0.2%,P<0.02%,S<0.005%,N 0.15~0.30%,Fe余量。
优选,该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C 0.4~0.6%,Si0.7~0.9%,Mn 7.3~7.7%,Cr 6.8~7.2%,Ni 3.8~4.2%,Mo 0.65~0.75%,V 0.8~1.7%,Zr 0.13~0.17%,P<0.02%,S<0.005%,N 0.20~0.25%,Fe余量。
最优选,该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C 0.5%,Si0.8%,Mn 7.5%,Cr 7.0%,Ni 4.0%,Mo 0.70%,V 1.3%,Zr 0.15%,P<0.02%,S<0.005%,N 0.22%,Fe余量。
本发明对现有技术进行改进,调整Mn、Cr、Mo的含量,并添加稳定奥氏体相并提高强韧性的Ni元素,并添加适量的Zr元素,从而改善热作模具钢的性能。具体为:
在本发明钢中添加N元素,目的有以下几点:1.稳定奥氏体组织:氮原子占据面心立方体的八面体位置,能提供较大体积。这个位置上间隙导致的变形不改变立方对称。氮原子半径比碳原子小,然而氮在铁的面心立方体与碳相比晶格膨胀大,金属特性强。晶格的膨胀提高了奥氏体的强度,因此氮可减缓面心结构向体心和密排六方结构马氏体的转变。2.氮对韧性的作用:氮在基体中的出现,给基体提供了更多的自由电子,在晶格上的置换元素宁可形成含氮化合物,也不愿把它排斥到晶界上,因此氮的弱晶界偏析对韧性有利;另外,氮的加入还会降低铬在奥氏体中的扩散系数,使铬的扩散变慢,从而减少晶界碳化物的析出,提高材料韧性。3.氮对硬度的作用:以固溶形式存在于奥氏体钢中的氮元素,通过后续时效处理期间有利的二次硬化使钢具有较好的性能,当有稳定合金化的元素时,诸如Ti、V或Nb,形成细小稳定的碳氮化物提供弥散析出强化,提高材料的强硬度。4.氮对热稳定性的作用:氮对材料的热力学稳定性有显著影响,根据化学成分、热处理温度以及时效时间的不同,可在含氮钢中发现不同类型、大小的碳氮化物,氮会使碳氮化物的沉淀析出的时效时间变得更长,从而推迟析出相的形核。碳氮化物中的氮会减小析出相与奥氏体基体的失配,从而降低界面能,抑制析出相的粗化,氮也可降低碳原子与碳化物形成元素的扩散能力,推迟碳化物的过时效,提高材料的高温稳定性。
本发明钢中Mn和Ni配合起到稳定奥氏体组织的作用,0.15~0.30%含量的N元素起到固溶强化作用,并在时效后与V结合形成二次析出相起到析出强化作用,提高本发明钢的强韧性。添加适量的Zr元素以及适量的Mo元素可提高模具钢的高温性能。
本发明具有如下有益效果:
本发明的热作模具钢具有良好的力学性能:时效后硬度:HRC49-51,冲击韧性:沿锻件横向取样:室温冲击功135-145J;沿锻件纵向取样:室温冲击功大于270J。本发明热作模具钢在700℃条件下热稳定性能良好,硬度稳定保持在HRC48-19。
具体实施方式
实施例一
一种奥氏体热作模具钢,该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C 0.3%,Si1.1%,Mn7.0%,Cr 7.5%,Ni3.5%,Mo 0.8%,V 0.5%,Zr 0.2%,P<0.02%,S<0.005%,N 0.15%,Fe余量。
实施例二
一种奥氏体热作模具钢,该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C 0.7%,Si 0.5%,Mn 8.0%,Cr 6.5%,Ni 4.5%,Mo 0.6%,V 2.0%,Zr 0.1%,P<0.02%,S<0.005%,N 0.30%,Fe余量。
实施例三
一种奥氏体热作模具钢,该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C 0.4%,Si 0.9%,Mn 7.3%,Cr 7.2%,Ni 3.8%,Mo 0.75%,V 0.8%,Zr 0.17%,P<0.02%,S<0.005%,N 0.20%,Fe余量。
实施例四
一种奥氏体热作模具钢,该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C 0.6%,Si 0.7%,Mn 7.7%,Cr 6.8%,Ni 4.2%,Mo 0.65%,V 1.7%,Zr 0.13%,P<0.02%,S<0.005%,N 0.25%,Fe余量。
实施例五
一种奥氏体热作模具钢,该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C 0.5%,Si 0.8%,Mn 7.5%,Cr 7.0%,Ni 4.0%,Mo 0.70%,V 1.3%,Zr 0.15%,P<0.02%,S<0.005%,N 0.22%,Fe余量。
Claims (3)
1.一种奥氏体热作模具钢,其特征在于,该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C 0.3~0.7%,Si0.5~1.1%,Mn 7.0~8.0%,Cr 6.5~7.5%,Ni3.5~4.5%,Mo 0.6~0.8%,V 0.5~2.0%,Zr 0.1~0.2%,P<0.02%,S<0.005%,N 0.15~0.30%,Fe余量。
2.如权利要求1所述的一种奥氏体热作模具钢,其特征在于,该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C 0.4~0.6%,Si0.7~0.9%,Mn 7.3~7.7%,Cr 6.8~7.2%,Ni 3.8~4.2%,Mo 0.65~0.75%,V 0.8~1.7%,Zr 0.13~0.17%,P<0.02%,S<0.005%,N 0.20~0.25%,Fe余量。
3.如权利要求2所述的一种奥氏体热作模具钢,其特征在于,该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C 0.5%,Si0.8%,Mn 7.5%,Cr 7.0%,Ni4.0%,Mo 0.70%,V 1.3%,Zr 0.15%,P<0.02%,S<0.005%,N 0.22%,Fe余量。
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Cited By (3)
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CN112301283A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-02 | 上海材料研究所 | 具有高膨胀性和热稳定性的沉淀硬化型奥氏体合金钢及其制造方法 |
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