一种抗热疲劳高性能热作模具钢及其制造工艺的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模具钢及其制造工艺，具体涉及一种抗热疲劳高性能热作模具钢及其制造工艺，该模具钢充分利用Cr-Mo-W-V-Nb多合金元素的合金化作用特点，保证钢高的淬透性及高温热稳定性和热疲劳性能，不仅可以使钢的使用温度达到600°C以上，而且具有比H13钢高的热稳定性和良好的韧性和热疲劳性能，属合金钢技术领域。
【背景技术】
[0002]热作模具钢是在较高温度下(一般高于500°C)使用的模具用钢，其中起到高温热强性和热稳定性的合金元素通常是Cr、Mo、V等合金元素，因此目前的一些研究工作主要是对这些合金元素的调整。本研究发现，较高含量的Mo元素的加入可以提高钢的抗热疲劳性能和抗回火软化性能，而一定量的W元素的加入可以大大提高钢的热稳定性和抗热疲劳性能，使该钢的使用温度大大提高，从而用于制造高抗热疲劳性能的热做模具钢，如使用温度高于600°C的压铸模，另外，微合金元素Nb的加入，能起到细化晶粒的作用，从而进一步提高钢的热稳定性和碳化物的稳定性。
[0003]我国目前广泛应用的热作模具钢包括4Cr5MoSiVl、3Cr2W8V以及应用于热锻模的5CrNiMo、5CrMnMo等。钨系的3Cr2W8V虽然具有较高的回火抗力和高的热强性，但其塑韧性、导热性以其热疲劳性能较差，5CrNiMo和5CrMnMo的热强性较差，容易造成模具工作部分的塌陷，我国目前使用的热挤压模具钢采用的是国家标准GB/T1299-2000中钢号为4Cr5MoSiVl，这种热挤压模具钢是现在使用最广泛的热作模具钢，但是它的高温强度不是很高，一般使用温度不能超过540°C，而且抗热疲劳性能和热稳定性能不高。由于这种热挤压模具钢的化学成份含有较高的钼、铬和钒元素及一定量的碳元素，属于过共析钢，因此其材料电渣锭的偏析严重，成材后的组织中存在大量的大块液析碳化物，使得材料的韧性不足，容易出现早期开裂失效。由于这种材料含有大量的二次硬化元素，其回火态二次碳化物容易在服役条件下长大粗化和发生类型转变，而且回火马氏体中的合金元素也容易析出而降低钢的强度，从而降低钢的高温性能。这种钢的性能指标为??经1030°C淬火加590°C ~610°C回火后洛氏硬度值为44 一 46HRC，冲击韧性值(“V”型缺口)Ak为彡8J，这个硬度值和冲击韧性值等性能指标对于高要求的压铸模来说是不够的。另外，抗回火软化能力和热疲劳抗力是热作模具钢的重要性能指标。
[0004]上述热作模具钢的冶金制造工艺是采用电炉熔炼加电渣重熔，然后锻造成材的工艺。在其制造工序中，电炉熔炼加电渣重熔工序完成之后获得500Kg~3000Kg的电渣锭，经锻机锻造成材。这种制造工艺存在如下问题:1)电渣锭型较小，小锭型降低了产品的成材率和制造产能；2)电渣锭的原始组织存在大量的大颗粒或大块状液析碳化物和组织偏析，降低了钢锭锻造成材后的性能指标；3)锻后材料晶粒粗大，导致淬回火后材料的冲击韧性低，产品档次低，无法满足市场对大截面、高韧性、高热强性热作模具钢的需要。
[0005]在目前国内制造业高速发展的情况下，本发明从提高模具有效厚度的角度出发，打破国内大型压铸模用钢依赖进口的局面，使大型压铸模用钢国产化，提高国产模具钢的竞争力和模具钢制造水平，从而开发出了一种大截面压铸用高性能热作模具钢。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是提供一种大截面压铸用抗热疲劳高性能热作模具钢及其制造工艺。
[0007]为解决上述技术问题，本发明的技术方案为:
一种抗热疲劳高性能热作模具钢，其创新点于:模具钢基体由下述质量百分比的组分组成:
C0.15%~0.30% ；
Si0.00%~0.40% ；
Mn0.30%~1.00% ；
Cr3.50%~4.50% ；
Mo1.50%~2.00% ；
W0.20%~1.00% ；
V0.40%~0.80% ；
P0.00%~0.02% ；
S0.00%~0.02% ；
Nb0.00%~0.15% ；
其余为Fe。
[0008]所述一种抗热疲劳高性能热作模具钢的制造工艺具有以下步骤:
步骤A.冶炼:按抗热疲劳高性能热作模具钢基体由下述质量百分比组分的组成:C0.15%~0.30% ；Si 0.00%~0.40% ；Mn 0.30%~1.00% ；Cr 3.50%~4.50% ；Mo 1.50%~2.00% ；ff 0.20%~1.00% ；V 0.40%~0.80% ；P 0.00%~0.02% ；S 0.00%~0.02% ；Nb 0.00%~0.15% ；
其余为Fe，进行配料、电弧炉熔渣和精炼，然后进行二次电渣重溶，得到钢锭；
步骤B.高温扩散热处理:将步骤A处理后的钢锭高温加热，保持温度为1100~1280°C，保温10~15小时；
步骤C.锻造热加工:将步骤B处理后的钢锭降温至1150~1250°C温度范围内进行多向锻造加工，采用两镦两拔锻造方式，锻造压缩比多3，总锻比多6，终锻温度多900°C ;
步骤D.锻后冷却:将步骤C处理后的钢锭采用控制冷却，保证钢锭以一定的冷速快速冷却，至温度降低到200°C以下装退火加热炉；
步骤E.二次碳化物超细化热处理:将步骤D处理后的钢锭再次加热，加热温度为950~1150°C，保温5~10小时，然后快冷至250°C以下，再送退火炉；
步骤F.等温球化退火处理:退火炉第一阶段等温退火温度为830~850°C，第一阶段退火时间为5~10小时，退火炉第二阶段等温退火温度为730~750°C，第二阶段退火时间为10-20小时；
步骤G.淬火及回火热处理:将步骤F处理后的钢锭再次加热至950~1100°C，再采用油冷或水雾冷却至250°C以下，随后进行回火处理，回火2~3次，每次回火温度540°C -630°C,每次回火保持2~4小时。
[0009]优选的:所述的模具钢基体由下述质量百分比的组分组成: C0.25% ；
Si0.30% ；
Mn0.60% ；
Cr4.00% ；
Mo1.80% ；
ff0.60% ；
V0.50% ；
P0.000%~0.007% ；
S0.00%~0.003% ；
Nb0.15% ；
其余为Fe。
[0010]优选的:所述的步骤B.高温扩散热处理，钢锭升温过程中分多级升温，保证钢锭内外温度均匀，即分别在600°C、800°C和1000°C高温，高温扩散热处理后在1100°C -1150°C温度保温，保温10~15小时后，待钢锭温度均匀后进行锻造热处理。
[0011 ] 优选的:所述步骤E的快冷是油冷或水冷中的一种。
[0012]本发明的优点在于:本发明具有优秀的淬透性、热稳定性、冲击韧性和热疲劳性能，这些指标均优于通用的H13热作模具钢。
【附图说明】
[0013]图1为本发明热作模具钢的CCT曲线。
[0014]图2为本发明热作模具钢在1030°C淬火下的回火特性曲线。
[0015]图3为本发明热作模具钢在620°C下与H13钢热稳定性数据对比。
[0016]图4为本发明热作模具钢和H13钢热疲劳截面硬度梯度对比。
【具体实施方式】
[0017]本发明的抗热疲劳高性能热作模具钢其成分设计的理论依据如下所述:
本热作模具钢与通用的H13热作模具钢相比，适当降低了碳含量，同时增加了 Mo含量，并加入了提高热稳定性的合金元素W，增加了微合金化元素Nb。降低一定量的碳元素有利于提尚钢的硬度均勾性；提尚Mo兀素的含量有利于提尚钢的人稳定性和热强性，同时提尚钢的耐热疲劳性能；W是碳化物稳定化兀素，能大大提尚钢的热稳定性，使该钢加工的t旲具的使用温度大大提高；微合金Nb元素的加入，可以细化晶粒和提高钢的热稳定性，从而提高钢的高温使用性能。锰元素虽然是弱碳化物形成元素，不能够形成碳化物强化作用，但是一定量的锰元素的加入可以促进渗碳体的分解和推迟碳化物的析出与长大，有利于钢的热稳定性。另外，锰元素可以造成钢中的残余奥氏体的含量增加与稳定，这样可以提高钢的韧性和抗热疲劳性能。硅元素不是碳化物形成元素，但硅元素是提高回火抗力的有效元素，提高钢中硅元素的含量主要是可以使得钢在回火的过程中马氏体的分解减缓，硅元素可以在奥氏体到马氏体的转变之后的回火过程中有效阻碍马氏体的分解，这主要是通过抑制ε碳化物质点的长大和扩大ε碳化物稳定区，延迟了碳化物向Θ-碳化物的转变。硅推迟ε — Θ转变，并能充分减小钢中渗碳体在回火过程中的长大速率，硅原子从Θ相析出而在Θ相周围形成娃原子的富集区，抑制Θ相的长大粗化；另外娃能有效提尚钢的抗回火软化能力。由于V与碳的亲和力强，在冶炼的过程中容易形成VC —次碳化物，这种碳化物颗粒尺寸较大，不仅对钢的性能没有提高，相反降低钢的韧性和热疲劳性能等，而在随后的热处理过程中很难完全消除。因此适当降低钢中V含量可有效的降低VC —次碳化物的比例，改善钢的性能。但是，在回火过程中V可降低马氏体的分解速度，推迟了奥氏体的转变，而且V形成MC型的二次碳化物，细小弥散，不易聚集长大，在回火过程中，增强了二次硬化效果，极大的提高了钢的热稳定性和冲击韧性。因此，将钢中V的含量控制在0.4?0.8%之间，充分发挥V的合金化作用。Cr在热作工模具钢中主要形成Cr23C6型碳化物，起到强化作用，提高钢的强度。
[0018]实施例1
抗热疲劳高性能热作模具钢基体由下述质量百分比的组分组成:C 0.30%，Si 0.30%，Μη 0.60%，Cr 4.00%，Mo 1.80%，ff 0.70%，V 0.50%，P 0.003%，S 0.01%，Nb 0.12% ;其余为
Fe0
[0019]一种抗热疲劳高性能热作模具钢的制造工艺具有以下步骤:
步骤A.冶炼:按上述的组分组成在电弧炉中进行熔炼，熔炼温度大于1500°C，浇铸成Φ 400mm~Φ 450mm钢锭并空冷；将浇铸后的钢锭作为自耗电极放置于电渣重熔装置中，进行电渣重熔，化渣电压56~62V，电流3000~5000A，电制度电压57~59V，电流11000~12000A，封顶电压57~59V，持续35~50分钟，电渣重熔成1000Kg~15000Kg钢锭；
步骤B.高温扩散热处理:将电渣重熔后的钢锭加热至1240°C~1260°C进行高温扩散热处理，保温15小时，均匀组织，改善合金成分偏析和消除液析碳化物；
步骤C.锻造热加工:将上述高温扩散热处理的钢锭降温至1150~1250°C温度范围内进行多向锻造加工，采用两镦两拔锻造方式，锻造压缩比多3，总锻比多6，终锻温度多900°C ;
步骤D.锻后冷却:锻造热加工以后采用控制冷却，保证钢锭以一定的冷速快速冷却，至温度降低到200°C以下装退火加热炉；
步骤E.二次碳化物超细化热处理:将冷却后的钢锭再次加热，加热温度为1100°C，保温10小时，然后快冷(油冷或水冷)至