CN107604257B - 一种hm3粉末钢及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种HM3粉末钢及其制备工艺，属于钢铁材料制造领域，金属粉末质量分数：0.24－0.33%C，Si≤0.60，Mn≤0.35，2.60－3.20%Cr，3.10－6.75%Mo，0.60‑0.80%V，0.08‑0.15%Nb，P≤0.030%，S≤0.030%，其显微组织为马氏体+碳化物，经1000‑1100℃热等静压，经锻造后再次加热至750‑800℃保温2‑6小时，缓冷至650‑740℃，保温6‑10小时，缓冷至室温，然后再次加热至1000‑1100℃淬火，550‑650℃回火，调质处理两次，即可获得本发明所述的粉末钢。该粉末钢显微组织均匀细致，使用寿命显著延长，经济性强。
Description
技术领域
本发明属于钢铁材料制造领域，具体涉及一种HM3粉末钢及其制备工艺。
背景技术
HM3模具钢用于制造冲击载荷大的锻模，热挤压模，精锻模，是热作模具钢中用途很广泛的一种代表性钢号。从模具经济性方面考虑，使用粉末冶金（PM）模具钢大大降低了单件成本。尽管模具初始成本较高，但是延长模具寿命，减少停工时间，同样让使用者获益。从冶金学观点来看，根据特殊方法冶炼推出的粉末冶金模具钢比常规工具钢的寿命长。粉末冶金模具钢碳化物细小且分布均匀，形成的碳化物越硬，尺寸越小，分布越均匀，就越能提高模具寿命。粉末钢制备过程中，金属粉末的成分和性能对于粉末钢的性能影响最为显著。
发明内容
本发明钢含有的C、Si、Mn、Cr、Mo、V、P、S元素，其显微组织为马氏体+碳化物。
本发明提供一种HM3粉末钢及其制备工艺，粉末粒度50-100μm，其各元素的质量分数为：0.24－0.33%C，Si≤0.60，Mn≤0.35，2.60－3.20%Cr，3.10－6.75%Mo，0.60-0.80%V，0.08-0.15%Nb ，P≤0.030%，S≤0.030%，余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，Mo优选4.5－6.5%。
Mo在钢中能提高淬透性和热强性，防止回火脆性，提高钢的抗回火性或回火稳定性，从而更有效地消除（或降低）残余应力，提高韧性和塑性。与铬、锰等并存时，钼又降低或抑止因其他元素所导致的回火脆性。Mo使形变强化后的软化和恢复温度以及再结晶温度提高，并强烈提高铁素体的蠕变抗力，有效抑制渗碳体在450-600℃下的聚集，促进特殊碳化物的析出，是提高钢的热强性的最有效的合金元素。所以，本发明优选Mo的含量，提升本发明的高温性能。
本发明提供一种HM3粉末钢的制备方法为：热等静压温度1000-1110℃，压力100-150MPa，保温2-4小时，以0.01－0.1℃/s的速率冷却到750-850℃，保温2-5小时，缓冷至室温。
其中：热等静压温度优选1050℃，缓冷冷却速度优选0.02℃/s。
相比传统熔铸，热等静压工艺会获得更为均匀细致的显微组织。热等静压温度与压力的配合对样品的显微组织有着至关重要的作用，为获得性能优异的产品，微观组织需要最大程度的均匀致密，组织缺陷降到最低。若温度偏低，压力偏小，使合金粉末弥合度降低，会导致大量的组织缺陷，从而严重影响机械性能；若温度偏高，压力偏大，则会导致显微组织过分长大，粗化的微观组织力学性能较差，不能够达到性能的要求。
加热至1150℃，保温1小时，1100℃开始锻造，终锻温度900℃以上。
加热至750-800℃，保温2-6小时，缓冷至650-740℃，保温6-10小时，缓冷至室温。其中：第一次退火保温时间优选6小时，第二次退火保温时间优选8小时。
加热至1000-1110℃，保温1小时，油介质淬火，回火加热550-650℃，保温2小时，空冷至室温，二次回火加热550-650℃，保温2小时，空冷至室温。其中：回火及二次回火温度优选600℃。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.显微组织均匀细致，克服了现有技术中各种组织缺陷的形成，例如现有技术中没有尺寸如此细小的析出相。当具备上述条件时，钢的综合性能优异。
2. 使用寿命显著延长，维护费用低，性能优异，经济性强。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不局限于下列实施例。实施例中粉末钢的化学成分如表1所示，粉末钢的制备工艺如表2所示，粉末钢及对比钢的抗拉强度性能如表3所示，粉末钢及对比钢的冲击韧性性能如表4所示。
表1 本发明钢实施例与对比钢的化学成分，wt%
表2 本发明钢实施例与对比钢的制备工艺
表3 本发明钢实施例与对比钢的抗拉强度对比
表4 本发明钢实施例与对比钢的冲击功对比
实施例1
热等静压温度1020℃，压力120MPa，保温3小时，以0.02℃/s的速率冷却到760℃，保温4小时，缓冷至室温。
加热至1150℃，保温1小时，1100℃开始锻造，终锻温度920℃。
加热至780℃，保温4小时，缓冷至740℃，保温6小时，缓冷至室温。
加热至1050℃，保温1小时，油介质淬火，回火加热620℃，保温2小时，空冷至室温，二次回火加热620℃，保温2小时，空冷至室温。
目标产物中各元素的质量分数如表1中实施例1所示。按表2发明钢1所示工艺制备本发明钢。发明钢1的抗拉强度性能如表3所示，发明钢1的冲击韧性性能如表4所示。
实施例2
热等静压温度1040℃，压力130MPa，保温3小时，以0.015℃/s的速率冷却到760℃，保温4小时，缓冷至室温。
加热至1150℃，保温1小时，1100℃开始锻造，终锻温度940℃。
加热至780℃，保温4小时，缓冷至740℃，保温6小时，缓冷至室温。
加热至1060℃，保温1小时，油介质淬火，回火加热600℃，保温2小时，空冷至室温，二次回火加热600℃，保温2小时，空冷至室温。
目标产物中各元素的质量分数如表1中实施例2所示。按表2发明钢2所示工艺制备本发明钢。发明钢2的抗拉强度性能如表3所示，发明钢2的冲击韧性性能如表4所示。
对比钢3
对比钢采取传统熔铸工艺获得。
对比钢中各元素的质量分数如表1所示。按表2所示工艺制备对比钢。对比钢的抗拉强度性能如表3所示，对比钢的冲击韧性性能如表4所示。
Claims (6)
1.一种HM3粉末钢，其各元素的质量分数为：0.24－0.33%C，Si≤0.60，Mn≤0.35，2.60－3.20%Cr，3.10－6.75%Mo，0.60-0.80%V，0.08-0.15%Nb ，P≤0.030%，S≤0.030%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述HM3粉末钢由以下方法制备：
步骤1)热等静压温度1000-1110℃，压力100-150MPa，保温2-4小时，以0.01－0.1℃/s的速率冷却到750-850℃，保温2-5小时，缓冷至室温；
步骤2)加热至1150℃，保温1小时，1100℃开始锻造，终锻温度900℃以上；
步骤3)加热至750-800℃，保温2-6小时，缓冷至650-740℃，保温6-10小时，缓冷至室温；
步骤4)加热至1000-1110℃，保温1小时，油介质淬火，回火加热550-650℃，保温2小时，空冷至室温，二次回火加热550-650℃，保温2小时，空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的HM3粉末钢，其特征在于：该钢由马氏体加碳化物组成。
3.根据权利要求1-2任一项所述的HM3粉末钢的制备方法，其特征在于，该方法为：步骤1)热等静压温度1000-1110℃，压力100-150MPa，保温2-4小时，以0.01－0.1℃/s的速率冷却到750-850℃，保温2-5小时，缓冷至室温；
步骤2)加热至1150℃，保温1小时，1100℃开始锻造，终锻温度900℃以上；
步骤3)加热至750-800℃，保温2-6小时，缓冷至650-740℃，保温6-10小时，缓冷至室温；
步骤4)加热至1000-1110℃，保温1小时，油介质淬火，回火加热550-650℃，保温2小时，空冷至室温，二次回火加热550-650℃，保温2小时，空冷至室温。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：热等静压温度为1050℃，步骤1)中的缓冷冷却速度为0.02℃/s。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：第一次退火保温时间为6小时，第二次退火保温时间为8小时。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：回火及二次回火温度为600℃。
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