大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼及其制備工藝，屬合金鋼制備工藝【技術(shù)領(lǐng)域】。該鋼的特征在于合金化學(xué)成分中各主要合金元素的質(zhì)量百分比為：C0.35～0.65%，Si0.30～1.00%，Mn0.30～1.00%，Cr3.50～5.50%，Mo2.00～3.00%，V0.40～0.80%，P≤0.02%，S≤0.01%，Ni1.00～2.00%，Nb≥0.15%，F(xiàn)e余量。本發(fā)明熱作模具鋼的制備過程如下：配料、冶煉、澆濤，然后電渣重熔；高溫?cái)U(kuò)撒熱熱處理，然后多向鍛造熱加工，及鍛后控制冷卻；再進(jìn)行二次碳化物細(xì)化熱處理和等溫退火處理；最后進(jìn)行淬火和回火熱處理，即將其加熱至950～1100℃進(jìn)行奧氏體化，經(jīng)過油冷或水霧冷卻后，在540℃～630℃進(jìn)行兩至三次回火。本發(fā)明的熱作模具鋼具有高的淬透性、高熱穩(wěn)定性、高韌性、以及良好的抗熱疲勞性能。
【專利說明】大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼及其制備工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱作模具鋼，尤其是涉及一種大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼，還涉及制備該熱作模具鋼的制備工藝，屬于合金鋼【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]熱作模具鋼是在較高溫度下使用的模具用鋼，其中起到高溫?zé)釓?qiáng)性和熱穩(wěn)定性作用的通常是Cr、Mo、W、V等合金元素，因此目前的一些研究工作主要是對(duì)這些合金元素的調(diào)整。研究發(fā)現(xiàn)，較高含量的Mo元素的加入可以提高鋼的抗熱疲勞性能和抗回火軟化性能，而一定量的Ni元素的加入可以大大提高鋼的淬透性,使該鋼的截面有效厚度大大增加,從而用于制造更大截面的熱作模具鋼，如截面厚度大于400_的大截面壓鑄模。另外,微合金元素Nb的加入，能起到細(xì)化晶粒的作用，從而進(jìn)一步提高鋼的熱穩(wěn)定性和碳化物的穩(wěn)定性。
[0003]我國(guó)目前廣泛應(yīng)用的熱作模具鋼包括4Cr5MoSiVl、3Cr2W8V以及應(yīng)用于熱鍛模的5CrNiMo、5CrMnMo等。鎢系的3Cr2W8V雖然具有較高的回火抗力和高的熱強(qiáng)性，但其塑韌性、導(dǎo)熱性以其熱疲勞性能較差；5CrNiMo和5CrMnMo的熱強(qiáng)性較差，容易造成模具工作部分的塌陷；我國(guó)目前使用的熱擠壓模具鋼采用的是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1299-2000中鋼號(hào)為4Cr5MoSiVl。這種熱擠壓模具鋼的化學(xué)成分采用C 0.32-0.45wt%、Cr 4.75-5.50wt%、Mo 1.20-1.75 wt%、V 0.80-1.20 wt%、Si 0.80-1.2wt%、Mn 0.20-0.5wt%、P ^ 0.03wt%、
0.03wt%o 4Cr5MoSiV l鋼是現(xiàn)在使用最廣泛的熱作模具鋼，但是它的高溫強(qiáng)度不是很高，一般使用溫度不能超過540°C，而且抗熱疲勞性能和熱穩(wěn)定性能不高。由于這種熱擠壓模具鋼的化學(xué)成份含有較高的鑰、鉻和釩元素及一定量的碳元素，屬于過共析鋼，因此其材料電渣錠的偏析嚴(yán)重，成材后的組織中存在大量的大塊液析碳化物，使得材料的韌性不足，容易出現(xiàn)早期開裂失效。由于這種材料含有大量的二次硬化元素，其回火態(tài)二次碳化物容易在服役條件下長(zhǎng)大粗化和發(fā)生類型轉(zhuǎn)變，而且回火馬氏體中的合金元素也容易析出而降低鋼的強(qiáng)度，從而降低鋼的高溫性能。這種鋼的性能指標(biāo)為:經(jīng)1030°C淬火和590~610°C回火后洛氏硬度值為44 - 46HRC，沖擊韌性值(“V”型缺口)Ak為> 8J，這個(gè)硬度值和沖擊韌性值等性能指標(biāo)對(duì)于高要求的壓鑄模來說是不夠的。另外，抗回火軟化能力和熱疲勞抗力是熱作模具鋼的重要性能指標(biāo)。
[0004]上述熱作模具鋼的冶金制備工藝是采用電爐熔煉加電渣重熔，然后鍛造成材的工藝。在其制造工序中，電爐熔煉加電渣重熔工序完成之后獲得500Kg - 3000Kg的電渣錠，經(jīng)鍛機(jī)鍛造成材。這種制備工藝存在如下問題:1)電渣錠型較小，小錠型降低了產(chǎn)品的成材率和制造產(chǎn)能；2)電渣錠的原始組織存在大量的大顆粒或大塊狀液析碳化物和組織偏析，降低了鋼錠鍛造成材后的性能指標(biāo)；3)鍛后材料晶粒粗大，導(dǎo)致淬回火后材料的沖擊韌性低，產(chǎn)品檔次低，無法滿足市場(chǎng)對(duì)大截面、高韌性、高熱強(qiáng)性熱作模具鋼的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種大截面、高韌性、高熱強(qiáng)性的熱作模具鋼。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼所采取的技術(shù)方案是:
一種大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼，其創(chuàng)新點(diǎn)在于:該高性能熱作模具鋼的化學(xué)成分中各主要合金元素的質(zhì)量百分比為:
C 0.45 ~0.65%, Si 0.30 ~1.00%,
Mn 0.30 ~1.00%, Cr 3.50 ~5.50%,
Mo 2.00 ~3.00%, V 0.40 ~0.80%,
Ni L 00 ~2.00%, Nb ≥ 0.15%,
P ≤ 0.02%,S ≤ 0.01%
Fe 余量。
[0007]在此基礎(chǔ)上，所述大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼中的各主要合金元素的質(zhì)量百分比的為:
C 為 0.47%, Si 為 0.30%, Mn 為 0.4%, Cr 為 4.80%, Mo 為 2.40%, V 為 0.5%, P ≤0.007%, S ≤ 0.003%, Ni 為 1.50%, Nb 為 0.18%, Fe 余量。
[0008]本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供該大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼的制備工藝。
[0009]所述的大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼的制備工藝，其創(chuàng)新點(diǎn)在于，該工藝具有以下步驟:
A.冶煉:按大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比進(jìn)行配料、電弧爐冶煉和精煉、然后進(jìn)行二次電洛重熔；
B.高溫?cái)U(kuò)散熱處理:加熱溫度為1180~1280°C，保溫時(shí)間為10~15h；
C.鍛造熱加工:將經(jīng)過高溫?cái)U(kuò)散熱處理的鋼錠降溫至1050~1200°C溫度范圍內(nèi)進(jìn)行多向鍛造加工，采用兩鐓兩拔鍛造方式，總鍛造壓縮比≥6，終鍛溫度≥9000C ；
D.鍛后冷卻:鍛后采用水冷或霧冷，保證鍛件以大于0.050C /s的冷卻速度快速冷卻，至溫度降到200°C以下裝退火加熱爐；
E.二次碳化物細(xì)化熱處理:加熱溫度為950~1150°C，保溫時(shí)間為5~10h，然后快速冷卻至250°C以下，再送退火爐；
F.等溫球化退火處理:第一階段等溫退火溫度為830~850°C，退火時(shí)間為5~1h;第二階段等溫退火溫度為730~750°C，退火時(shí)間為5~1h ;
G.淬火及回火熱處理:加熱至950~1100°C，采用油冷或水霧冷卻至250°C以下；隨后進(jìn)行540~630°C回火處理，回火2~3次,每次回火保溫2~4小時(shí)。
[0010]在此基礎(chǔ)上，所述高溫?cái)U(kuò)散熱處理步驟中，升溫過程中采用分級(jí)升溫。
[0011]在此基礎(chǔ)上,所述淬火及回火熱處理步驟中，淬火溫度為1030°C,回火兩次,每次2h，回火溫度為610°C。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:本熱作模具鋼與通用的H13熱作模具鋼相比，適當(dāng)提高了碳含量，同時(shí)增加了 Mo含量，并加入了提高淬透性的合金元素Ni，增加了微合金化元素Nb。
[0013]I)、提高一定量的碳元素有利于提高鋼的淬透性和催硬性，提高鋼的使用強(qiáng)度；
2)、提聞Mo兀素的含量有利于提聞鋼的熱穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性，同時(shí)提聞鋼的耐熱疲勞性倉(cāng)泛;
3)、Ni是奧氏體穩(wěn)定化元素，能大大提高鋼的淬透性和提高鋼的韌性，使該鋼加工的模具的有效截面厚度大幅度提高，實(shí)現(xiàn)模具截面超大化；
4)、微合金Nb兀素的加入，可以細(xì)化晶粒和提聞鋼的熱穩(wěn)定性，從而提聞鋼的聞溫使用性能；
5)、錳元素雖然是弱碳化物形成元素，不能夠形成碳化物強(qiáng)化作用，但是一定量的錳元素的加入可以促進(jìn)滲碳體的分解和推遲碳化物的析出與長(zhǎng)大，有利于鋼的熱穩(wěn)定性。另外，錳元素可以造成鋼中的殘余奧氏體的含量增加與穩(wěn)定，這樣可以提高鋼的韌性和抗熱疲勞?生倉(cāng)泛;
6)、硅元素是提高回火抗力的有效元素，提高鋼中硅元素的含量主要是可以使得鋼在回火的過程中馬氏體的分解減緩，硅元素可以在奧氏體到馬氏體的轉(zhuǎn)變之后的回火過程中有效阻礙馬氏體的分解，這主要是通過抑制ε碳化物質(zhì)點(diǎn)的長(zhǎng)大和擴(kuò)大ε碳化物穩(wěn)定區(qū)，延遲了碳化物向Θ-碳化物的轉(zhuǎn)變。硅推遲ε — Θ轉(zhuǎn)變，并能充分減小鋼中滲碳體在回火過程中的長(zhǎng)大速率，硅原子從Θ相析出而在Θ相周圍形成硅原子的富集區(qū)，抑制Θ相的長(zhǎng)大粗化；另外硅元素有效提高鋼的抗回火軟化能力；
7)、在回火過程中V可降低馬氏體的分解速度，推遲了奧氏體的轉(zhuǎn)變，而且V形成MC型的二次碳化物，細(xì)小彌散，不易聚集長(zhǎng)大，在回火過程中，增強(qiáng)了二次硬化效果，極大的提高了鋼的熱穩(wěn)定性和沖擊韌性。因此，將鋼中V的含量控制在0.4~0.8%之間，充分發(fā)揮V的合金化作用；
8)、Cr在熱作工模具鋼中主要形成Cr23C6型碳化物，起到強(qiáng)化作用，提高鋼的強(qiáng)度；
9)、本熱作模具鋼在經(jīng)過上述熱處理后，其淬透性、熱穩(wěn)定性、沖擊韌性和熱疲勞性能優(yōu)于H13鋼。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1所示為實(shí)施例1的大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼在1030°C淬火后的回火特性曲線圖。
[0015]圖2所示為實(shí)施例1的大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼的退火組織圖。
[0016]圖3所示為實(shí)施例1的大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼與H13鋼在620°C條件下熱穩(wěn)定性數(shù)據(jù)對(duì)比。
[0017]圖4所示為實(shí)施例1的大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼的熱疲勞表面形貌圖。
[0018]圖5所示為實(shí)施例2的大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼在1030°C淬火后的回火特性曲線圖。
[0019]圖6所示為實(shí)施例2的大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼的退火組織圖。
[0020]圖7所示為實(shí)施例2的大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼與H13鋼在620°C條件下熱穩(wěn)定性數(shù)據(jù)對(duì)比。
[0021]圖8所示為實(shí)施例2的大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼的熱疲勞表面形貌圖。
[0022]圖9所示為實(shí)施例3的大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼在1030°C淬火后的回火特性曲線圖。
[0023]圖10所示為實(shí)施例3的大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼的退火組織圖。
[0024]圖11所示為實(shí)施例3的大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼與H13鋼在620°C條件下熱穩(wěn)定性數(shù)據(jù)對(duì)比。
[0025]圖12所示為實(shí)施例3的大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼的熱疲勞表面形貌圖。
[0026]圖13所示為對(duì)比例H13鋼在1030°C淬火后的回火特性曲線圖。
[0027]圖14所示為對(duì)比例H13鋼的退火組織圖。
[0028]圖15所示為對(duì)比例H13鋼的熱疲勞表面形貌圖。
[0029]圖16所示為對(duì)比例H13鋼的熱疲勞性能測(cè)試表面形貌圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，本發(fā)明用以下具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明不限于以下具體實(shí)施例。
[0031]實(shí)施例1
本實(shí)施例中，大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼采用的組成成分及其質(zhì)量百分比如下:
C 0.65%, Si 1.00%, M 1.00%, Cr 5.50%,
Mo 3.00%, V 0.80%, P 0.015%, S 0.007%,
Ni 2.00%, Nb 0.20%, Fe 余量。
[0032]用該實(shí)施例中的物料來生產(chǎn)熱作模具鋼的工藝過程和步驟如下:
A電爐冶煉:按上述各實(shí)施例中的合金元素配比在電弧爐中進(jìn)行熔煉，熔煉溫度大于1500°C，澆鑄成Φ 400mm~Φ 450mm電極棒并空冷。
[0033]B電渣重熔:將澆濤后的鋼錠作為自耗電極放置于電渣重熔裝置中，進(jìn)行電渣重熔，化渣電壓56~62V，電流3000~5000A、用電制度的電壓57~59V，電流11000~12000A、封頂電壓57~59V，電流時(shí)間35~50Min，電渣重熔形成電渣錠。
[0034]C高溫?cái)U(kuò)散熱處理:將電渣重熔后的電渣錠分多級(jí)升溫，保證電渣錠內(nèi)外溫度均勻，即分別在600°C、800°C和1100°C等溫加熱，加熱至1180-1280°C進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散熱處理，保溫10~15小時(shí)，均勻組織，改善合金成分偏析和消除液析碳化物；在本步驟中，為了減少由于溫度過低使得高溫?cái)U(kuò)散熱處理不均勻，且時(shí)間過短使得結(jié)晶偏析不充分，所以優(yōu)選的高溫?cái)U(kuò)散熱處理溫度為1240~1260°C，保溫時(shí)間15h。
[0035]D鍛造加工:將上述高溫?cái)U(kuò)撒熱處理后的鋼錠溫度調(diào)整至1050-1200°C溫度范圍內(nèi)進(jìn)行多向鍛造加工；采用兩鐓兩拔的鍛造方式，總鍛造壓縮比≥6，終鍛溫度≥900°C。
[0036]E鍛后冷卻:鍛后采用水冷或霧冷，保證鍛件以大于0.050C /s的冷卻速度快速冷卻，至溫度降到200°C以下裝退火加熱爐。
[0037]F 二次碳化物細(xì)化熱處理:加熱溫度為950~1150°C，保溫時(shí)間為5~10h，然后采用油冷或水冷的方式使電渣錠快速冷卻至250°C以下，再送退火爐；為了使細(xì)化更充分完全，本步驟中加熱溫度優(yōu)選1100°C，保溫時(shí)間為10h。
[0038]G等溫球化退火處理:第一階段等溫退火溫度為830~850°C，退火時(shí)間為5~1h ;第二階段等溫退火溫度為730~750°C，退火時(shí)間為5~1h ;然后隨爐冷卻至室溫；為了降低能耗，本步驟的第一階段的退火時(shí)間為6h，第二階段的退火時(shí)間為10h。
[0039]H淬火及回火熱處理:淬火溫度950~1100°C，采用油冷或水冷的方式進(jìn)行淬火，在540~630°C進(jìn)行2~3次回火，每次回火保溫時(shí)間為2~4小時(shí)；為了降低能耗同時(shí)又能保證淬火及回火效果，本步驟中淬火溫度選擇1030V，回火溫度為610°C，回火兩次，每次時(shí)間均為2h。
[0040]本發(fā)明熱作模具鋼經(jīng)過上述冶煉及熱加工和熱處理后，最終成品規(guī)格為500mm*800mm*4000mm模塊,取樣進(jìn)行性能測(cè)試，分析結(jié)果為:
A相變點(diǎn):
Acl、Ac3、和Ms點(diǎn)測(cè)試結(jié)果分別為830。C、960。。和305。C。
[0041]B回火特性:
在1030°C淬火后的回火硬度隨回火溫度變化的特性曲線如附圖1所示。
[0042]C硬度測(cè)試:
淬火硬度:56.2HRC ;回火硬度:52HRC。
[0043]D退火組織:
本發(fā)明熱作模具鋼的退火組織如附圖2所示。
[0044]D沖擊韌性實(shí)驗(yàn):
根據(jù)北美壓鑄協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(NADCA#207-2006)中關(guān)于沖擊韌性試驗(yàn)的要求，在坯料上取橫向沖擊試樣，試樣尺寸為7mmX 1mmX 55mm。
[0045]室溫(20°C)時(shí)沖擊功值:≥280J。
[0046]E熱穩(wěn)定性:
本發(fā)明熱作模具鋼在620°C條件下與H13鋼進(jìn)行穩(wěn)定性對(duì)比實(shí)驗(yàn)，H13鋼經(jīng)過淬回火處理之后使其硬度值與本發(fā)明鋼一樣，均為50HRC，試驗(yàn)結(jié)果如附圖3所示。由附圖3可見，雖然實(shí)驗(yàn)開始前本發(fā)明熱作模具鋼與H13鋼硬度值一致，但在620°C下，從進(jìn)行20個(gè)小時(shí)熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)硬度變化情況來看，本發(fā)明的熱作模具鋼優(yōu)于H13鋼。
[0047]F熱疲勞性能測(cè)試:
在室溫(20°C)~70(TC條件下進(jìn)行冷熱循環(huán)，經(jīng)過3000次冷熱循環(huán)后，本發(fā)明大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼的熱疲勞表面形貌如附圖4所示。由圖4中可見，本發(fā)明熱作模具鋼熱疲勞實(shí)驗(yàn)后，表面裂紋十分均勻、細(xì)小，在表面上沒有看到比較大的主裂紋的形成。二者對(duì)比可以看出，本發(fā)明熱作模具鋼的熱疲勞性能強(qiáng)于H13鋼。
[0048]實(shí)施例2
本實(shí)施例中，大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼采用的組成成分及其質(zhì)量百分比如下:
C 0.47%, Si 0.30%, Mn 0.40%, Cr 4.80%,
Mo 2.40%, V 0.50%, P 0.007%, S 0.003%,
Ni 1.50%, Nb 0.18%, Fe 余量。
[0049]采用該實(shí)施例中的物料來生產(chǎn)熱作模具鋼的工藝過程和步驟如下同實(shí)施例1，此處不再贅述。
[0050]本實(shí)施例熱作模具鋼經(jīng)過上述冶煉及熱加工和熱處理后，最終成品規(guī)格為500mm*800mm*4000mm模塊,取樣進(jìn)行性能測(cè)試，分析結(jié)果為:
A相變點(diǎn):
Acl、Ac3、和Ms點(diǎn)測(cè)試結(jié)果分別為831°C、957°C和307。。。
[0051]B回火特性:
在1030°C淬火后的回火硬度隨回火溫度變化的特性曲線如附圖5所示。
[0052]C硬度測(cè)試:
淬火硬度:56.5HRC ;回火硬度:51.5HRC。
[0053]D退火組織:
本發(fā)明熱作模具鋼的退火組織如附圖6所示。
[0054]D沖擊韌性實(shí)驗(yàn):
根據(jù)北美壓鑄協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(NADCA#207-2006)中關(guān)于沖擊韌性試驗(yàn)的要求，在坯料上取橫向沖擊試樣，試樣尺寸為7mmX 1mmX 55mm。
[0055]室溫(20°C)沖擊功值S 280J。
[0056]E熱穩(wěn)定性:
本發(fā)明熱作模具鋼在620°C條件下與H13鋼進(jìn)行穩(wěn)定性對(duì)比實(shí)驗(yàn)，H13鋼經(jīng)過淬回火處理之后使其硬度值與本發(fā)明鋼一樣，均為50HRC，試驗(yàn)結(jié)果如附圖7所示。由附圖7可見，雖然實(shí)驗(yàn)開始前本發(fā)明熱作模具鋼與H13鋼硬度值一致，但在620°C下，從進(jìn)行20個(gè)小時(shí)熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)硬度變化情況來看，本發(fā)明的熱作模具鋼優(yōu)于H13鋼。
[0057]F熱疲勞性能測(cè)試:
在室溫(20°C)~70(TC條件下進(jìn)行冷熱循環(huán)，經(jīng)過3000次冷熱循環(huán)后，本發(fā)明大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼的熱疲勞表面形貌如附圖8所示8。由圖8中可見，本發(fā)明熱作模具鋼熱疲勞實(shí)驗(yàn)后，表面裂紋十分均勻、細(xì)小，在表面上沒有看到比較大的主裂紋的形成。二者對(duì)比可以看出，本發(fā)明熱作模具鋼的熱疲勞性能強(qiáng)于H13鋼。
[0058]實(shí)施例3
本實(shí)施例中，大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼采用的組成成分及其質(zhì)量百分比如下:
C 0.45%, Si 0.50%, Mn 0.70%, Cr 3.50%,
Mo 2.00%, V 0.60%, P 0.001%, S 0.005%,
Ni 1.00%, Nb 0.17%, Fe 余量。
[0059]采用該實(shí)施例中的物料來生產(chǎn)熱作模具鋼的工藝過程和步驟同實(shí)施例1，此處不再贅述。
[0060]本發(fā)明熱作模具鋼經(jīng)過上述冶煉及熱加工和熱處理后，最終成品規(guī)格為500mm*800mm*4000mm模塊,取樣進(jìn)行性能測(cè)試，分析結(jié)果為:
A相變點(diǎn):
Acl、Ac3、和Ms點(diǎn)測(cè)試結(jié)果分別為831。。、962。。和306。。。
[0061]B回火特性:
在1030°C淬火后的回火硬度隨回火溫度變化的特性曲線如附圖9所示。
[0062]C硬度測(cè)試:
淬火硬度:56HRC ;回火硬度:52HRC。
[0063]D退火組織:
本發(fā)明熱作模具鋼的退火組織如附圖10所示。
[0064]D沖擊韌性實(shí)驗(yàn):
根據(jù)北美壓鑄協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(NADCA#207-2006)中關(guān)于沖擊韌性試驗(yàn)的要求，在坯料上取橫向沖擊試樣，試樣尺寸為7mmX 1mmX 55mm。
[0065]室溫(20°C)沖擊功值S 280J。
[0066]E熱穩(wěn)定性:
本發(fā)明熱作模具鋼在620°C條件下與H13鋼進(jìn)行穩(wěn)定性對(duì)比實(shí)驗(yàn)，H13鋼經(jīng)過淬回火處理之后使其硬度值與本發(fā)明鋼一樣，均為50HRC，試驗(yàn)結(jié)果如附圖11所示。由附圖11可見，雖然實(shí)驗(yàn)開始前本發(fā)明熱作模具鋼與H13鋼硬度值一致，但在620°C下，從進(jìn)行20個(gè)小時(shí)熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)硬度變化情況來看，本發(fā)明的熱作模具鋼優(yōu)于H13鋼。
[0067]F熱疲勞性能測(cè)試:
在室溫(20°C)~70(TC條件下進(jìn)行冷熱循環(huán)，經(jīng)過3000次冷熱循環(huán)后，本發(fā)明大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼的熱疲勞表面形貌如附圖12所示。由圖12中可見，本發(fā)明熱作模具鋼熱疲勞實(shí)驗(yàn)后，表面裂紋十分均勻、細(xì)小，在表面上沒有看到比較大的主裂紋的形成。二者對(duì)比可以看出，本發(fā)明熱作模具鋼的熱疲勞性能強(qiáng)于H13鋼。
[0068]對(duì)比例
H13組成成分及其質(zhì)量百分比如下:
C 為 0.39%, Si 為 1.00%, Mn 為 0.40%, Cr 為 5.20%, Mo 為 1.40%, V 為 0.90%, P為 0.025%, S 為 0.003%, Fe 余量。
[0069]采用常規(guī)方法制備，最終成品規(guī)格為500mm*800mm*4000mm模塊,取樣分析:
A相變點(diǎn):
Acl、Ac3、和Ms點(diǎn)測(cè)試結(jié)果分別為820°C、890°C和340°C。
[0070]B回火特性:
在1030°C淬火后的回火硬度隨回火溫度變化的特性曲線如附圖13所示。
[0071]C硬度測(cè)試:
淬火硬度:52HRC ;回火硬度:48HRC。
[0072]D退火組織:
本發(fā)明熱作模具鋼的退火組織如附圖14所示。
[0073]D沖擊韌性實(shí)驗(yàn):
根據(jù)北美壓鑄協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(NADCA#207-2006)中關(guān)于沖擊韌性試驗(yàn)的要求，在坯料上取橫向沖擊試樣，試樣尺寸為7mmX 1mmX 55mm。
[0074]室溫(20°C)沖擊功值S 280J。
[0075]E熱穩(wěn)定性:
在620°C條件下H13鋼進(jìn)行穩(wěn)定性對(duì)比實(shí)驗(yàn)，H13鋼經(jīng)過淬回火處理之后使其硬度值為48HRC，試驗(yàn)結(jié)果如附圖15所示。
[0076]F熱疲勞性能測(cè)試:
在室溫(20°C)~70(TC條件下進(jìn)行冷熱循環(huán)，經(jīng)過3000次冷熱循環(huán)后，H13鋼的熱疲勞表面形貌如附圖16所示。
【權(quán)利要求】
1.一種大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼，其特征在于:所述鋼的化學(xué)成分中各主要合金元素的質(zhì)量百分比為:c為0.45~0.65%, Si為0.30~1.00%, Mn為0.30~1.00%, Cr為 3.50 ~5.50%, Mo 為 2.00 ~3.00%, V 為 0.40 ~0.80%, P ≤ 0.02%, S ≤ 0.01%, Ni 為1.00 ~2.00%, Nb 為≥ 0.15%，余量為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼，其特征在于:該大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼的化學(xué)成分中各主要合金元素的質(zhì)量百分比為:C為0.47%，Si為0.30%, Mn 為 0.4%, Cr 為 4.80%, Mo 為 2.40%, V 為 0.5%, P ≤ 0.007%, S ≤ 0.003%, Ni 為1.50%, Nb 為 0.18%，余量為 Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼的制備工藝，其特征在于:包括冶煉、高溫?cái)U(kuò)散熱處理、鍛造熱加工、鍛后冷卻、二次碳化物細(xì)化熱處理、等溫球化退火處理、淬火及回火熱處理，具體步驟如下: 冶煉:按大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比進(jìn)行配料、電弧爐冶煉和精煉、然后進(jìn)行二次電洛重熔； 高溫?cái)U(kuò)散熱處理:加熱溫度為1180~1280°C，保溫時(shí)間為10~15h ； 鍛造熱加工:將經(jīng)過高溫?cái)U(kuò)散熱處理的鋼錠降溫至1050~1200°C溫度范圍內(nèi)進(jìn)行多向鍛造加工，采用兩鐓兩拔鍛造方式，總鍛造壓縮比≥6，終鍛溫度≥9000C ； 鍛后冷卻:鍛后采用水冷或霧冷，保證鍛件以大于0.050C /s的冷卻速度快速冷卻，至溫度降到200°C以下裝退火加熱爐； 二次碳化物細(xì)化熱處理:加熱溫度為950~1150°C，保溫時(shí)間為5~10h，然后快速冷卻至250°C以下，再送退火爐； 等溫球化退火處理:第一階段等溫退火溫度為830~850°C，退火時(shí)間為5~1h ;第二階段等溫退火溫度為730~750°C，退火時(shí)間為5~1h ; 淬火及回火熱處理:加熱至950~1100°C，采用油冷或水霧冷卻至250°C以下；隨后進(jìn)行540~630°C回火處理，回火2~3次,每次回火保溫2~4小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼的制備工藝，其特征在于:所述高溫?cái)U(kuò)散熱處理步驟中，升溫過程中采用分級(jí)升溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大截面壓鑄用高性能熱作模具鋼的制備工藝，且特征在于:所述淬火及回火熱處理步驟中，淬火溫度為1030°C，回火兩次，每次2h，回火溫度為610°C。
【文檔編號(hào)】C22C38/48GK104046915SQ201410171884
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】周青春, 徐衛(wèi)明, 吳曉春, 顧金才, 錢強(qiáng), 王小飛, 丁勇, 劉鑫, 楊怡祖 申請(qǐng)人:如皋市宏茂重型鍛壓有限公司