CN114134412B - 热作模具钢的细化晶粒均匀组织的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热作模具钢的细化晶粒均匀组织的方法，钢锭锻造后，在830～850℃保温，保温后第一次升温至1010～1030℃保温8～10小时，炉冷属于第一次冷却，降温速率≥50℃/h，炉冷至740‑760℃保温15～20小时，炉冷后第二次升温至930～950℃保温15～20小时；采用水空交替第二次冷却，将锻件表面温度降至250～300℃，在300～350℃的低温炉中保温8～10小时；第三次升温至750±10℃保温2‑4小时，第四次升温至830±10℃保温20～25小时，最后炉冷至小于500℃出炉空冷；第一次升温、第二次升温、第三次升温、第四次升温的温升速率≥100℃/h。本发明不仅大幅度减少了该类钢的返工热处理过程，同时也显著改善了其组织均匀性。

Description

热作模具钢的细化晶粒均匀组织的方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种热作模具钢的细化晶粒均匀组织的方法。
背景技术
模具用钢的合金元素含量较高，热敏感性较强，锻造加热过程或球化退火过程不合理会导致晶粒粗大。目前采用的热处理工艺为：锻后直接升温至AC1(加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度)～ACm(加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度)之间某一温度保温一定时间，然后缓冷至Ar1(冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度)附近温度长时间保温，最后再缓冷至一定温度出炉。该工艺方法的确能够提高材料的整体性能，但新形成的奥氏体晶粒不能完全消除粗大的原始晶粒，淬火后可能会形成粗大晶粒与细小晶粒同时存在的混晶组织，这会明显降低材料的韧性。混晶组织又会影响到退火组织的均匀性，使得在同一视场呈现出不同的退火态显微组织，影响最终热处理后的组织均匀性和力学性能稳定性。需要经常返工热处理，造成生产效率低且增加额外成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热作模具钢的细化晶粒均匀组织的方法，不仅大幅度减少了该类钢的返工热处理过程，同时也显著改善了其组织均匀性。
为达到上述目的，本发明使用的技术解决方案是：
热作模具钢，化学成分按照质量百分比包括：C元素含量0.35～0.40％，Mn元素含量0.40～0.60％，Si元素含量0.15～0.25％，Cr元素含量4.90～5.20％，Mo元素含量2.20～2.50％，V元素含量0.50～0.70％。
热作模具钢的细化晶粒均匀组织的方法，包括：
钢锭锻造后，在830～850℃保温，保温后第一次升温至1010～1030℃保温8～10小时，炉冷后第二次升温至930～950℃保温15～20小时；
采用水空交替第二次冷却，将锻件表面温度降至250～300℃，在300～350℃的低温炉中保温8～10小时；
第三次升温至750±10℃保温2-4小时(优选3小时)，第四次升温至830±10℃保温20～25小时，最后炉冷至小于500℃出炉空冷。
进一步，炉冷属于第一次冷却，降温速率≥50℃/h，炉冷至740-760℃保温15～20小时。
进一步，炉冷至750℃进行保温。
进一步，第一次升温、第二次升温、第三次升温、第四次升温的温升速率≥100℃/h。
进一步，第三次升温至750±10℃保温3小时。
本发明技术效果包括：
1、利用本发明能够有效地细化晶粒均匀组织，获得均匀细小的粒状珠光体+弥散分布的点状碳化物的理想组织。
本发明采用“正火+淬火(水空间隙水冷)+球化退火”的工艺方法进一步提高了热作模具钢(型号BZH5552E)的综合性能，不仅大幅度减少了该类钢的返工热处理过程，同时也显著改善了其组织均匀性，具有极高的应用价值。
2、能消除组织应力和热应力，降低钢中氢含量，避免出现白点、氢脆等缺陷，显著提高其综合力学性能及使用寿命。
能够避免返工热处理过程，产品一次合格率100％，显著提高了产品质量的稳定性，降低了生产成本，具有良好的推广应用前景。
附图说明
图1是本发明中热作模具钢的工艺曲线图。
具体实施方式
以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。
BZH5552E新型热作模具钢属于中碳合金钢，化学成分为C元素含量0.35～0.40％，Mn元素含量0.40～0.60％，Si元素含量0.15～0.25％，Cr元素含量4.90～5.20％，Mo元素含量2.20～2.50％，V元素含量0.50～0.70％。
热作模具钢(型号BZH5552E)是我厂自主研发的高品质模具用钢，其抗腐蚀、抗热疲劳、抗冲击性能均优于国产H13类模具钢，BZH5552E热作模具钢广泛地用于制造冲击载荷较大的锻模、热挤压模、精锻模以及各种合金压铸模等产品，逐步取代传统热作模具钢是未来市场发展的必然趋势。
如图1所示，是本发明中热作模具钢的工艺曲线图。
热作模具钢及其细化晶粒均匀组织的方法，具体步骤如下：
步骤1：钢锭锻造后，在830～850℃保温，保温后第一次升温(温升速率≥100℃/h)至1010～1030℃保温8～10小时，炉冷后第二次升温(温升速率≥100℃/h)至930～950℃保温15～20小时；
炉冷属于第一次冷却(降温速率≥50℃/h)，炉冷至740-760℃(优选750℃)保温15～20小时。
本发明从该类钢的组织转变规律着手，锻后首先快速升温至ACm以上80℃左右长时间保温，能够将锻造过程中析出的网状碳化物充分溶解，消除原始粗大晶粒，获得细小的奥氏体组织。
第二次升温至AC3以上30℃左右长时间保温，能够获得更加均匀细小的奥氏体+大量弥散未溶的渗碳体晶核。
步骤2：采用水空交替第二次冷却，将锻件表面温度降至250～300℃，再在300～350℃的低温炉中保温8～10小时；
通过水空交替快速冷却工序，避免二次碳化物沿晶界析出，获得马氏体+下贝氏体+渗碳体晶核+少量残余奥氏体的整合组织，然后在300～350℃低温保温，消除淬火应力，避免产生淬火裂纹。
步骤3：第三次升温(温升速率≥100℃/h)至750±10℃左右保温2-4小时(优选3小时)，第四次升温(温升速率≥100℃/h)至830±10℃左右保温20～25小时，最后炉冷至小于500℃出炉空冷。
最后再次快速升温至AC1以下30℃左右保温，马氏体、贝氏体和残余奥氏体逐渐分解，碳化物以渗碳体晶核为核心大量析出、聚集球化，最终得到均匀细小的粒状珠光体+弥散分布的颗粒状碳化物。
本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离技术方案的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种热作模具钢的细化晶粒均匀组织的方法，其特征在于，包括：
热作模具钢的钢锭，其化学成分按照质量百分比包括：C元素含量0.35~0.40%，Mn元素含量0.40~0.60%，Si元素含量0.15~0.25%，Cr元素含量4.90~5.20%，Mo元素含量2.20~2.50%，V元素含量0.50~0.70%；
钢锭锻造后，在830~850℃保温，保温后第一次升温至1010~1030℃保温8~10小时，加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度ACm以上80℃保温，将锻造过程中析出的网状碳化物充分溶解，消除原始粗大晶粒，获得细小的奥氏体组织；炉冷属于第一次冷却，降温速率≥50℃/h，炉冷至740-760℃保温15~20小时，炉冷后第二次升温至930~950℃保温15~20小时，第二次升温至加热时铁素体全部转变为奥氏体的终了温度AC3以上30℃保温，获得均匀细小的奥氏体+弥散未溶的渗碳体晶核；
采用水空交替第二次冷却，将锻件表面温度降至250~300℃，避免二次碳化物沿晶界析出，获得马氏体+下贝氏体+渗碳体晶核+少量残余奥氏体的整合组织；在300~350℃的低温炉中保温8~10小时，消除淬火应力，避免产生淬火裂纹；
第三次升温至750±10℃保温2-4小时，第四次升温至830±10℃保温20~25小时，升温至加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度AC1以下30℃保温，马氏体、贝氏体和残余奥氏体逐渐分解，碳化物以渗碳体晶核为核心析出、聚集球化，最终得到均匀细小的粒状珠光体+弥散分布的颗粒状碳化物，最后炉冷至小于500℃出炉空冷；第一次升温、第二次升温、第三次升温、第四次升温的温升速率≥100℃/h。
2.如权利要求1所述的热作模具钢的细化晶粒均匀组织的方法，其特征在于，炉冷至750℃进行保温。
3.如权利要求1所述的热作模具钢的细化晶粒均匀组织的方法，其特征在于，第三次升温至750±10℃保温3小时。
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