CN116463556B - 良好抗高温氧化性能及高均质性模具钢及其制备方法 - Google Patents

良好抗高温氧化性能及高均质性模具钢及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116463556B
CN116463556B CN202310480978.1A CN202310480978A CN116463556B CN 116463556 B CN116463556 B CN 116463556B CN 202310480978 A CN202310480978 A CN 202310480978A CN 116463556 B CN116463556 B CN 116463556B
Authority
CN
China
Prior art keywords
die steel
temperature
oxidation resistance
steel
rolling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202310480978.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116463556A (zh
Inventor
冯丹竹
黄健
张宏亮
范刘群
胡筱璇
王婷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Angang Steel Co Ltd
Original Assignee
Angang Steel Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Angang Steel Co Ltd filed Critical Angang Steel Co Ltd
Priority to CN202310480978.1A priority Critical patent/CN116463556B/zh
Publication of CN116463556A publication Critical patent/CN116463556A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116463556B publication Critical patent/CN116463556B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C21D1/32—Soft annealing, e.g. spheroidising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0205—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0226—Hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0247—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment
    • C21D8/0263—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment following hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/16—Remelting metals
    • C22B9/18—Electroslag remelting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

本发明提出一种良好抗高温氧化性能及高均质性模具钢及其制造方法，钢板成分按重量百分比计：C：0.30％～0.40％，Si：1.00％～1.30％，Mn：0.50％～0.70％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：7.0％～8.0％，Mo：1.50％～1.60％，Ni：0.50％～0.70％，Zn：0.05％～0.15％，Zr：0.03％～0.13％，其中，Zn/Zr＝1.1～2.0，Mn/Zn＝5～10，余量为Fe及不可避免杂质。钢板的生产方法包括合金化冶炼、连铸、电渣重熔、板坯加热、轧制、热处理。上述钢板具有43～45HRC的室温硬度，同板硬度差≤1.5HRC；无缺口冲击韧性室温下横向为230～240J，纵向为250～260J，等向性能在0.89～0.93范围内；经630℃保温20小时后，单位面积氧化增重0.61～0.63g/m2，具有良好的抗氧化性；经650℃保温25h后硬度为32～33HRC。

Description

良好抗高温氧化性能及高均质性模具钢及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料生产技术领域，尤其涉及一种良好抗高温氧化性能及高均质性模具钢及其制备方法。
背景技术
随着社会经济的发展，我国的模具制造业也得了较快发展。在模具制造过程中，其关键问题是模具材料，模具材料是模具制造业的基础。模具钢在使用中常常在氧化气氛中加热，表面容易发生氧化。当模具发生氧化时，使用中易产生早期疲劳裂纹。另外，氧化膜脱落不仅会使模具型腔尺寸变小，而且脱落的氧化物还会引起磨粒磨损，造成模具的早期磨损，加速模具失效，降低热作模具的使用寿命。因此，抗氧化性能是热作模具钢非常重要的性能。此外，性能的均质性是模具钢使用寿命长短的重要影响因素，若局部硬度不够、韧性不足，造成模具边缘或局部断裂可使模具提前损坏。因此，使模具钢保持高均质性利于延长模具寿命。
国内许多单位在开发研制新型模具钢、提高产品质量、优化生产工艺、提高模具寿命等方面做了大量的工作。申请号为201911394251.1的专利《一种高温强韧性好、抗热疲劳性强的热作模具钢及其制备方法》公开了一种高温强韧性好、抗热疲劳性强的热作模具钢及其制备方法，所述热作模具钢含有下述重量百分比的成分：C：0.38％-0.45％，Si：0.10％-0.23％，Mn：0.20％-0.40％，P：≤0.015％，S：≤0.003％，Cr：5.0％-5.6％，Ni：0.70％-0.95％，Mo：1.95％-2.20％，V：0.60％-0.75％，Re：0.10％-0.18％，Nb：0.10％-0.20％，余量为Fe；该发明模具钢与传统的H13钢相比，620～700℃的回火稳定性、抗氧化性、800～950℃的抗热磨损性、650℃和750℃的抗热疲劳性，以及易切削性和可锻造性均优于H13钢，特别是锻造退火后的金相组织非常理想，达到北美压铸协会NADCA标准A1、A2、B1、B2级，为模具的最终热处理创造了条件，从而得到优良的综合机械性能。但采用三次回火工艺，且保温时间较长，降低生产效率。申请号为2021102616499的专利《一种低钒含氮热作模具钢及其制备方法》公开了一种低钒含氮热作模具钢及其制备方法，成分按质量百分比：C：0.3％-0.4％，Si：0.2％-0.6％，Mn：0.2％-0.5％，Cr：4.5％-5.5％，Mo：1.1％-1.7％，V：0.4％-0.6％，N：0.02％-0.07％，Ce：0.005％-0.03％，Mg：0.001％-0.006％，余量为Fe。方法为：(1)按设定成分熔炼钢水，采用气相渗氮法进行增氮，浇注；(2)1200～1250℃均质化；(3)锻造；(4)1000～1100℃正火；(5)球化退火；(6)1000～1050℃保温、油冷完成淬火；(7)两次530～620℃保温2～6h回火。成分上降低钒、硅含量，添加适量的氮，协同添加微量稀土和镁，提高钢的洁净度，改善碳化物分布的效果，最终提高模具钢的性能，但性能均匀性不能保证。申请号为201710381394.3的专利《一种塑料模具钢及其制备方法》中公开一种塑料模具钢，其成分质量百分数为C：0.16％-0.26％、Si：≤1％、Mn：≤1％、Cr：11％-16％、N：0.06％-0.16％、Mo：0.10％-0.25％。该模具钢经过N和Mo的微合金化使淬火硬度提高，具有较好的抗点蚀性能，但是难以保证塑性及韧性。申请号为201811433208.7的专利《高氮高铬塑料模具钢及其冶炼和热处理方法》公开一种高氮高铬塑料模具钢，其成分质量分数为C：0.25％-0.35％、Si：0.45％-0.8％、Mn：0.40％-0.70％、Cr：16.5％-17.5％、Ni：0.1％-0.3％、Mo：0.1％-0.5％、N：0.06％-0.10％，其余为铁和不可避免的杂质。提出了添加氮元素合金化、减少钼元素使用的化学成分设计思路，通过氮气吹入直接实现氮合金化，并配合球化退火-等温淬火-回火的热处理工艺，达到具有优异耐腐蚀性能的目的，但是强度硬度及韧性难以保证。申请号202011578469.5的专利《一种热作模具钢及其制备方法》提供一种热作模具钢，其材料组份按重量百分比为：C：0.38％-0.42％、Si：0.25％-0.45％、Mn：0.35％-0.45％、Cr：4.9％-5.25％、Mo：1.85％-2.0％、V：0.35％-0.55％、P≤0.015％、S≤0.010％，其余为Fe。本发明还提供了其制备方法。按照本发明提供的一种热作模具钢经钢水冶炼、模注、ESR、高温均质化处理、三镦三拔、四火锻造成材、锻后喷雾冷却、去应力退火后，再将得到的热作模具钢材料进行超细化处理。可消除钢中共晶碳化物和二次碳化物网，改善带状偏析，材料组织均匀性和红硬性好，冲击韧性高，模具使用寿命长，同时，本发明的模具钢材料制造成本相对低，性价比高，在高端模具钢市场具有较强的竞争力。但对其高温性能及红硬性没有详细阐述。申请号为202011377803.0的专利《热作模具钢的热处理工艺》公开了一种热作模具钢的热处理工艺，热作模具钢按照化学成分重量百分含量为：C：0.4％-0.85％，Cr：2.6％-3.3％，Mo：4.1％-4.2％，W：5.2％-5.5％，V：0.65％-0.95％，Mn：0.3％-0.35％，Ni：0.7％-1.3％，Cs：0.36％-0.52％，S≤0.01％，P≤0.005％，余量为Fe及不可避免杂质，热处理工艺包括一阶升回温步骤、二阶升回温步骤、三阶升温保温步骤、冷却步骤、深冷步骤、回火步骤。本发明采用组分优化的热作模具钢，进行多阶升回温处理，起到热应力扩散均匀作用，并结合保压冷却、深冷及回火，在满足模具钢高硬度需求的同时还能兼顾冲击韧性和高温稳定性，综合力学性能得到较大提升。但Mo、W含量过高，导致成本过高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种良好抗高温氧化性及高均质性的模具钢及其制备方法。本发明的模具钢兼顾强韧性匹配、抗高温氧化性和热稳定性及高效经济的生产工艺，适于应用范围不断扩大的模具市场，及不断提高的应用要求。
本发明目的是这样实现的：
一种良好抗高温氧化性能及高均质性模具钢，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：C：0.30％～0.40％，Si：1.00％～1.30％，Mn：0.50％～0.70％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：7.0％～8.0％，Mo：1.50％～1.60％，Ni：0.50％～0.70％，Zn：0.05％～0.15％，Zr：0.03％～0.13％，余量为Fe及不可避免杂质。
进一步地，所述模具钢，Zn/Zr含量比为1.1～2.0。
进一步地，所述模具钢，Mn/Zn含量比为5～10。
进一步，所述模具钢钢板厚度为100～200mm；
进一步地，所述模具钢具有43～45HRC的室温硬度，同板硬度差≤1.5HRC；无缺口冲击韧性室温下横向为230～240J，纵向为250～260J，等向性能在0.89～0.93范围内。
进一步地，所述模具钢经630℃保温20小时后，单位面积氧化增重0.61～0.63g/m2，具有良好的抗氧化性；经650℃保温25h后硬度为32～33HRC。
本发明钢成分设计理由如下：
C：在本发明中，钢中的碳一部分进入钢的基体中引起固溶强化，另外一部分碳将和合金元素中的碳化物形成元素结合成合金碳化物，因此它对强度、塑韧性等影响极大，尤其是在回火过程中，由马氏体和残余奥氏体分解的碳化物弥散分布在α相上，从而提高模具钢强度、韧性等综合性能。但为保证模具钢的热强性及高温抗氧化能力，碳含量不宜过高，因此本发明中选择加入C含量为0.30％～0.40％。
Si：本发明中Si固溶于基体中形成置换固溶体，有很强的固溶强化效果，本发明的模具钢中碳的扩散速度会受Si元素作用而降低，使钢中渗碳体的形核缓慢，在高温回火时提供合金元素的优先析出部位，使得模具钢在高温时才析出细小弥散的碳化物，提高该种模具钢的热稳定性和。另外，虽然Si并不能增强马氏体和残余奥氏体的稳定性而推迟M→α-Fe+ε-碳化物过程，但它可扩散至ε-碳化物中，以固溶的方式提高ε的稳定性，在回火过程中，推迟渗碳体的出现。这个过程可以有效缩短第一类回火脆性的温度区间，从而调整回火马氏体的强韧性配合。此外，本发明中Si可在钢的表面形成一层保护性好的致密的SiO2膜，具有明显的抗高温氧化性能。但Si含量过高易出现比较严重的偏析情况而出现带状组织，使钢的各向异性显著，不利于承受复杂机械载荷。因此，本发明为保证材料横向冲击韧性，同时发挥Si的有益作用，抑制δ铁素体的形成，本发明中选择加入Si含量为1.00％～1.30％。
Mn：本发明中Mn一是起到固溶强化作用，虽然其固溶强化效果弱于C，但其对钢塑性影响较小，几乎不降低钢的延展性；二是提高淬透性，其是提高淬透性最显著的元素；三是可使二次硬化温度提前，促进碳化物的溶解，奥氏体化加热过程中有较多的碳化物溶入基体，同其他强碳化物元素结合形成碳化物，从而使二次硬化峰值提高。但含Mn量过高对韧性和高温性能有不利影响，且易产生元素富集发生偏析使基体材料成分及组织不均匀，造成终态钢板全板性能差异大，因此需适量添加Mn，且本发明采用Zn元素添加减轻其不利影响，充分发挥有利影响，本发明中选择加入Mn含量为0.50％-0.70％。
P、S：S以MnS的形式分布于钢中，MnS在热轧过程中沿着轧制方向伸长，使得硫易切削钢的横向力学性能显著降低，加剧了钢材的各向异性，同时它导致基体内部产生空洞并成为氧化向纵深发展的通道，降低该种模具钢的高温抗氧化性。P虽能适量提高铁素体硬度，改进零件的表面光洁度和切削性能，但其较容易在奥氏体晶界发生偏析使基体材料晶界上原子间结合力减弱，造成材料回火脆性大，而且S、P过多会影响钢的均质性及纯净度。综合考虑炼钢成本及其对钢的影响，本发明选择加入P≤0.015％，S≤0.015％。
Cr：可提高钢的淬透性并具有二次强化作用，促进合金化，推迟珠光体和贝氏体转变，增加钢的硬度和耐磨性而不会使钢变脆，可确保大截面积模具制造和生产。此外，本发明中加入适量Cr，能在表面上形成非常致密的Cr2O3氧化膜，在一定的温度范围内，还能形成一层保护性良好的尖晶石氧化膜NiO·Cr2O3复合氧化膜。在Zn和Zr等合金元素的共同作用下可增大钢中Cr的扩散率，有助于在钢的表面形成Cr2O3，提高材料的抗氧化性能，因此本发明选择加入Cr含量为7.0％～8.0％。
Mo：在本发明中Mo的作用一是溶入基体以固溶强化的方式增强模具钢的强度及硬度。固溶于基体的Mo会在位错周围偏聚以降低集体晶格畸变程度，并形成柯氏气团或铃木气团对位错钉扎，阻碍位错的开动，提高模具钢的屈服强度，甚至出现屈服平台，在回火时由于气团的钉扎作用，α相内位错难以聚集合并或对消，使得亚晶粒出现温度推迟，明显阻碍了α相的回复、甚至再结晶，增加了材料的回火稳定性；二是在后续回火时析出MC和M2C碳化物，这两种碳化物尺寸细小，分布弥散，对二次硬化作用贡献极大。但过量的Mo导致Mo2C转变为M6C，沿原奥氏体晶界、马氏体板条界析出，大颗粒状的M6C会使材料脆化。因此本发明选择加入Mo含量为1.50％～1.60％。
Ni：能提高钢的强度和韧性，提高淬透性。可提高铁－铬合金的钝化倾向，能够提高钢在还原性介质中的抗腐蚀能为，在高温下有防锈和抗氧化能力，本发明中，在一定的温度范围内，还能与Cr共同作用形成一层保护性良好的尖晶石氧化膜NiO·Cr2O3复合氧化膜等，有效提高该种模具钢抗高温氧化能力，因此本发明中Ni：0.50％～0.70％。
Zn：本发明中添加适量Zn元素作用有三，一是增加基体金属与氧化膜之间的附着力，因其对基体金属有“钉扎”作用，增大钢中Cr的扩散率，有助于在钢的表面形成Cr2O3，提高材料的抗氧化性能；二是可改善该种模具钢铸态组织中共晶碳化物形态，使网状共晶碳化物断网，并成粒状均匀分布；三是减轻基体材料中P、Mn等易偏析元素的富集与偏析，提高材料冲击韧性及组织性能的均匀性，延长模具使用寿命。因此，本发明中Zn：0.05％～0.15％。
此外，Mn元素对本发明的模具钢的韧性和高温性能易造成不利影响，易产生元素富集发生偏析使基体材料成分及组织不均匀，造成终态钢板全板性能差异大，因此本发明控制Mn/Zn＝5～10，通过Zn、Mn共同作用、按比添加以减轻不利影响，充分发挥有利效果。
Zr：本发明中加入适量Zr，一部分在钢液中形成氧化物，在钢液中作为非自发形核核心，细化奥氏体晶粒，沉淀于奥氏体晶界，用分散的细微夹杂物的钉扎作用，阻止奥氏体晶粒的长大，从而使其相变生成的组织也随之细化，提高材料的强度和韧性；一部分与Zn元素共同作用，可防止在表面形成FexOy层或提高其形成温度，减少氧原子向内扩散与铁离子结合，加剧铁的氧化，共同作用钉扎基体金属，使其抗氧化能力大大提高，从而提高了本发明模具钢的抗高温氧化能力。因此本发明选择加入Zr：0.03％～0.13％，控制Zn/Zr＝1.1～2.0。
本发明技术方案之二是提供一种良好抗高温氧化性能及高均质性模具钢的制造方法，包括合金化冶炼、连铸、电渣重熔、板坯加热、轧制、热处理，具体技术方案如下：
电渣重熔
本发明经连铸得到连铸坯后，进行电渣重熔二次冶炼，使钢中非金属夹杂物为炉渣所吸收，钢中有害元素通过钢-渣反应和高温气化有效地去除。液态金属在渣池覆盖下，基本上避免了再氧化。钢坯凝固前，在它的上端有金属熔池和渣池，起保温和补缩作用，保证钢坯的致密性。电渣钢坯金属纯洁，组织致密，成分均匀，同时减少液析碳化物的数量或者细化液析碳化物，使其均匀化，使该种模具钢的室温和高温下的塑性和冲击性能增强，具有良好的均质性，延长模具钢使用寿命。
将电渣板坯加热至1200℃～1240℃，均热段保温2～3h，本发明的模具钢合金含量较高，通常需要较高板坯加热温度，较长的保温时间使合金元素在基体中充分固溶，改善板坯成分不均匀性，减轻成分偏析，进而减轻后续的组织偏析。但前期经过电渣重熔的二次冶炼，钢坯得到充分的均匀化，因此无需采用较高加热温度及较长保温时间，在保证模具钢高品质的同时大幅提升生产效率。
控制开轧温度为1000℃～1050℃，钢板轧制时前三个道次的压下率为20％～24％。采用大压下率可以提高变形渗透深度，使粗大的柱状晶得以破碎，形成细小均匀的晶粒，焊合中心组织缺陷，终轧温度为950℃～980℃，得到100～200mm厚度钢板。钢板下线温度300～400℃。下线后立即采用“下铺上盖”方式堆垛缓，缓冷时间为30～40h。
随后进行一次回火热处理，回火温度580℃～630℃，保温3～4h。由于该种模具钢具有较高含量的合金元素，在热加工后冷却过程中易在晶界析出网状碳化物，影响最终模具的使用性能。针对该种情况通常采用球化退火+淬火+回火的工艺生产，但其生产成本高，生产流程长。本发明通过连铸、电渣重熔、控制轧制、缓冷等全流程精准控制及优化，采用一次回火热处理即可得到最佳状态，即组织为基体上均匀分布着细粒的碳化物，杂质元素和夹杂物的含量尽量少，同时细小分散和分布均匀。此时可得到良好的强塑性匹配，有效提高材料的抗高温氧化性等综合性能，且可提高生产效率，减化生产流程，大幅降低成本。
本发明有益效果在于：
1.结合Si、Cr、Ni共同作用配合Mn、Zn、Zr按照比例添加在保证钢的均质性的同时提高钢的抗高温氧化性能。配合连铸、电渣重熔、板坯加热、轧制、回火的工艺生产，使该种模具钢具有43-45HRC的终态室温硬度，同板硬度差≤1.5HRC；无缺口冲击韧性室温下横向为230-240J，纵向为250-260J，等向性能控制在0.89-0.93范围内；
2.本发明模具钢经630℃保温20小时后，试样单位面积氧化增重0.61-0.63g/m2，具有良好的抗氧化性；试样经650℃保温25h后硬度值为32-33HRC，具有良好的热稳定性。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行合金化冶炼、连铸、电渣重熔、板坯加热、轧制、热处理。
板坯加热
电渣板坯加热至1200℃～1240℃，均热段保温2～3h；
轧制
控制开轧温度为1000℃～1050℃，钢板轧制时前三个道次的压下率为20％～24％，终轧温度为950℃～980℃；
回火热处理
回火温度580℃～630℃，保温3～4h。
进一步，所述轧制过程的下线温度300～400℃，下线后立即采用“下铺上盖”方式堆垛缓，缓冷时间为30～40h。
以下实施例仅为本发明的一些最优实施方案，并不对前述发明范围和技术手段有任何限制。其中表1为各实施例所涉及的成分，表2为实施例板坯加热、轧制工艺及冷却工艺，表3为实施例的热处理工艺，表4终态钢板的洛氏硬度性能，表5为各实施例的室温心部冲击韧性，表6为各实施例的抗高温氧化性能；表7为各实施例的热稳定性。
表1本发明实施例的化学成分(wt％)
表2实施例板坯加热、轧制工艺及冷却工艺
表3实施例的热处理工艺
实施例 回火温度/℃ 保温时间/h
1 590 3.2
2 610 3.0
3 625 3.5
4 620 3.9
5 580 4.0
6 585 3.1
7 595 3.3
8 630 3.7
9 615 3.4
10 605 3.5
表4终态钢板的洛氏硬度性能
表5各实施例室温心部冲击韧性
注：试样尺寸：10mm×7mm×55mm，无缺口
表6各实施例的抗高温氧化性能
实施例 单位面积增重(g/m2)
1 0.614
2 0.623
3 0.615
4 0.611
5 0.629
6 0.626
7 0.622
8 0.617
9 0.628
10 0.616
注：试验经630℃保温20小时后，单位面积氧化增重结果
表7各实施例的热稳定性
实施例 试样经650℃保温25h后硬度(HRC)
1 32.7
2 32.5
3 32.0
4 32.2
5 33.0
6 32.9
7 32.8
8 32.6
9 32.7
10 32.1
由上可见，本发明钢板具有43～45HRC的室温硬度，同板硬度差≤1.5HRC；无缺口冲击韧性室温下横向为230～240J，纵向为250～260J，等向性能在0.89～0.93范围内；经630℃保温20小时后，单位面积氧化增重0.61～0.63g/m2，具有良好的抗氧化性；经650℃保温25h后硬度为32～33HRC。
为了表述本发明，在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种良好抗高温氧化性能及高均质性模具钢，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：C：0.30%~0.40%，Si：1.00%~1.30%，Mn：0.50%~0.70%，P≤0.015%，S≤0.015%，Cr：7.0%~8.0%，Mo：1.50%~1.60%，Ni：0.50%~0.70%， Zn：0.05%~0.15%，Zr：0.03%~0.13%，余量为Fe及不可避免杂质；
一种良好抗高温氧化性能及高均质性模具钢的制造方法，包括合金化冶炼、连铸、板坯加热、轧制、热处理，
板坯加热
电渣板坯加热至1200℃~1240℃，均热段保温2~3h；
轧制
控制开轧温度为1000℃~1050℃，钢板轧制时前三个道次的压下率为20%~24%，终轧温度为950℃~980℃；
回火热处理
回火温度580℃~630℃，保温3~4h。
2.根据权利要求1所述的一种良好抗高温氧化性能及高均质性模具钢，其特征在于，所述模具钢，Zn/Zr含量比为1.1~2.0。
3.根据权利要求1所述的一种良好抗高温氧化性能及高均质性模具钢，其特征在于，所述模具钢，Mn/Zn含量比为5~10。
4.根据权利要求1所述的一种良好抗高温氧化性能及高均质性模具钢，其特征在于，所述模具钢钢板厚度为100~200mm。
5.根据权利要求1所述的一种良好抗高温氧化性能及高均质性模具钢，其特征在于，所述模具钢具有43~45HRC的室温硬度，同板硬度差≤1.5HRC；无缺口冲击韧性室温下横向为230~240 J，纵向为250~260 J，等向性能在0.89~0.93范围内。
6.根据权利要求1所述的一种良好抗高温氧化性能及高均质性模具钢，其特征在于，所述模具钢经630℃保温20小时后，单位面积氧化增重0.61~0.63g/m2，具有良好的抗氧化性；经650℃保温25h后硬度为32~33HRC。
7.一种根据权利要求1所述的一种良好抗高温氧化性能及高均质性模具钢的制造方法，包括合金化冶炼、连铸、板坯加热、轧制、热处理，其特征在于，
板坯加热
电渣板坯加热至1200℃~1240℃，均热段保温2~3h；
轧制
控制开轧温度为1000℃~1050℃，钢板轧制时前三个道次的压下率为20%~24%，终轧温度为950℃~980℃；
回火热处理
回火温度580℃~630℃，保温3~4h。
8.根据权利要求7所述的一种良好抗高温氧化性能及高均质性模具钢的制造方法，其特征在于，所述轧制过程的下线温度300~400℃，下线后立即采用“下铺上盖”方式堆垛缓冷，缓冷时间为30~40h。
CN202310480978.1A 2023-04-28 2023-04-28 良好抗高温氧化性能及高均质性模具钢及其制备方法 Active CN116463556B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310480978.1A CN116463556B (zh) 2023-04-28 2023-04-28 良好抗高温氧化性能及高均质性模具钢及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310480978.1A CN116463556B (zh) 2023-04-28 2023-04-28 良好抗高温氧化性能及高均质性模具钢及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116463556A CN116463556A (zh) 2023-07-21
CN116463556B true CN116463556B (zh) 2024-05-14

Family

ID=87175286

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310480978.1A Active CN116463556B (zh) 2023-04-28 2023-04-28 良好抗高温氧化性能及高均质性模具钢及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116463556B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102877001A (zh) * 2012-10-29 2013-01-16 北京科技大学 一种低碳免回火全贝氏体组织塑料模具钢及制备方法
CN107557699A (zh) * 2017-07-29 2018-01-09 沈阳湛轩新材料科技有限公司 一种热作模具钢及其制备方法
CN109536844A (zh) * 2019-01-18 2019-03-29 西华大学 一种耐高温模具钢及其制备方法
CN111850398A (zh) * 2020-07-07 2020-10-30 鞍钢股份有限公司 具有高耐蚀性易切削预硬型塑料模具钢及其制备方法
CN113373380A (zh) * 2021-06-30 2021-09-10 宝武集团鄂城钢铁有限公司 一种锆处理的经济型塑料模具钢及其生产方法
CN114717389A (zh) * 2022-04-18 2022-07-08 燕山大学 一种耐磨低温贝氏体热作模具钢及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102877001A (zh) * 2012-10-29 2013-01-16 北京科技大学 一种低碳免回火全贝氏体组织塑料模具钢及制备方法
CN107557699A (zh) * 2017-07-29 2018-01-09 沈阳湛轩新材料科技有限公司 一种热作模具钢及其制备方法
CN109536844A (zh) * 2019-01-18 2019-03-29 西华大学 一种耐高温模具钢及其制备方法
CN111850398A (zh) * 2020-07-07 2020-10-30 鞍钢股份有限公司 具有高耐蚀性易切削预硬型塑料模具钢及其制备方法
CN113373380A (zh) * 2021-06-30 2021-09-10 宝武集团鄂城钢铁有限公司 一种锆处理的经济型塑料模具钢及其生产方法
CN114717389A (zh) * 2022-04-18 2022-07-08 燕山大学 一种耐磨低温贝氏体热作模具钢及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN116463556A (zh) 2023-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110863156B (zh) 一种热作模具钢及其高效的制备方法
EP3926065A1 (en) Hot work die steel, heat treatment method thereof and hot work die
CN111394639B (zh) 一种高耐磨齿轮钢的制造方法
CN111809115B (zh) 耐冲击腐蚀磨损性能优异的特厚塑料模具钢及其制备方法
CN116926420A (zh) 一种免热处理1100MPa级汽车上装用热轧钢板及生产方法
CN116463556B (zh) 良好抗高温氧化性能及高均质性模具钢及其制备方法
JPH11269541A (ja) 疲労特性に優れた高強度鋼の製造方法
CN110669982B (zh) 一种具有高纯净性微合金化模具钢及其制备方法
JPS62207821A (ja) 熱間鍛造用非調質鋼の製造方法
CN113957357A (zh) 一种热轧耐磨钢及其生产方法
JP2023508314A (ja) 超高強度ばね用線材、鋼線及びその製造方法
CN116479333B (zh) 具有高热疲劳抗性高温冲击韧性的模具钢及其制备方法
CN116334496B (zh) 一种具有细小共晶碳化物的模具钢及其制备方法
CN116445821B (zh) 一种抗机械应变性及高均匀性的模具钢及其制备方法
CN115537677B (zh) 一种具有双峰组织高强高塑奥氏体高锰钢及生产方法
CN116479334B (zh) 具有优异热熔损性模具钢及其制备方法
CN116640987B (zh) 一种性能均匀的模具钢及其制备方法
CN116904871B (zh) 一种hb400级高韧性耐磨钢及生产方法
CN116536583B (zh) 性能均匀且热处理前后三维尺寸稳定模具钢及其制备方法
CN117904539B (zh) 一种控Ti高Nb长寿命高碳铬轴承钢及制备方法
KR100627484B1 (ko) 표면탈탄이 적은 기계구조용 흑연화 선재 제조방법
CN116790975A (zh) 具有优异抗回火软化性能的模具钢及其制备方法
CN116623076A (zh) 具有低碳化物粗化程度且低残余应力模具钢及其制备方法
CN117210761A (zh) 一种2100MPa级低合金高强高韧钢及其制备方法
CN118668127A (zh) 一种高强韧高纯净冷冲模具钢及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant