一種Cr1系列熱作模具鋼及其熱處理方法技術

本發明專利技術提供一種Cr1系列熱作模具鋼，其特征在于，所述熱作模具鋼以重量％計，包含C0.40～0.48％，Si0.17～0.40％，Mn0.80～1.20％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr0.80～1.60％，Ni1.00～1.70％，Mo0.80～1.60％，V0.05～0.30％，Al0.010～0.050％，Nb?0.02～0.20％，余量的Fe；本發明專利技術提出的新型Cr1系列熱作模具鋼的化學成分配方，材料名稱命名為YD1，與現有的Cr1系(5CrNiMo、5CrNiMoV)熱作模具鋼比較，YD1系列模具鋼降低了碳含量，提高了Mn和Cr含量，大幅度提高了Mo含量，略微降低了Ni含量、添加了Nb元素、添加了Al元素。從而提高了高溫強度和抗蠕變性能、且提高了韌性等。

Cr1 series hot working die steel and heat treatment method thereof

The present invention provides a series of Cr1 hot die steel, which is characterized in that the hot die steel in weight%, including C0.40 ~ 0.48%, Si0.17 ~ 0.40%, Mn0.80 ~ 1.20%, P = 0.020%, S = 0.010%, Cr0.80 ~ 1.60%, Ni1.00 ~ 1.70%, Mo0.80 ~ 1.60%, V0.05 ~ 0.30%. Al0.010 - 0.050%, Nb 0.02 ~ 0.20%, the balance of Fe; the new Cr1 series heat provided by the invention can be used as the ingredient of chemical composition of steel mold, material name named YD1, with the existing Cr1 system (5CrNiMo, 5CrNiMoV) hot die steel, die steel YD1 series reduces carbon content increased by Mn and the content of Cr, increase the content of Mo, slightly reduced the content of Ni, the addition of Nb element, add a Al element. Therefore, the high temperature strength and creep resistance are improved, and the toughness is improved.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于鐵基合金領域，具體涉及一種用于鍛造模具的合金及其制備和應用。
技術介紹
5CrNiMo和5CrNiMoV是當前工業上的主要模具材料(GB/T11880-89模鍛錘和大型機械鍛壓機用模塊技術條件)；GB1299-2000合金工具鋼；《我國熱作模具鋼性能數據集》，朱宗元，機械工程材料，第25卷第12期，P12；其中5CrNiMo模具鋼熱強性和耐磨性較差。我國鍛造用模具材料品種較少，應用最多的是GB/T11880-89中的5CrNiMo、5CrNiMoV、4Cr2MoVNi(B2)；GB/T1299-2000中的H13；這些品種中依據使用硬度來衡量，高的高，低的低，缺少中間硬度的品種，GB/T11880-89中的5Cr2NiMoVSi屬于硬度適中的品種，但因脆性大，易于開裂，應用不廣泛。故需開發合金化和硬度處于5CrNiMo和H13中間的或高于H13的系列品種。5CrNiMo是國標模具鋼產品，適用于使用硬度HRC42-47(小型)、HRC39-44(中小型)、HRC37-42(中型)的鋼，(《模具材料應用手冊》，林慧國、火樹鵬、馬紹彌主編，機械工業出版社第二版，P14，P32)，用途形狀簡單，厚度250-350mm。該鋼合金化較為合理,在鍛造變形抗力小的低合金鋼時應用效果較好。如果用于更大截面或更高溫度的熱鍛模時,這種鋼由于淬透性和淬硬性低,熱穩定性差,而造成模具的使用壽命低。鍛壓模塊的厚度≥350～500mm的稱為大型模塊，厚度≥500mm的稱特大型模塊。我國開發了45Cr2NiMoVSi(45Cr2)、5Cr2NiMoVSi(5Cr2)、3Cr2MoVNi(B2)和3Cr2MoWVNi(B3)(JBT8431-1996《熱鍛成形模具鋼及其熱處理技術條件》)等大截面熱作模具鋼，與5CrNiMo相比，45Cr2和5Cr2鋼提高了淬透性、高溫強度、熱穩定性，而沖擊韌性相當，抗熱磨損和抗熱疲勞的性能也好于5CrNiMo，但45Cr2和5Cr2易于開裂。
技術實現思路
針對本領域存在的問題，本專利技術目的是提供一種適于大、中、小型模塊Cr1系列熱作模具鋼。本專利技術的另一目的是提出所述Cr1系列熱作模具鋼的制備方法。本專利技術的第三個目的是提出用所述Cr1系列熱作模具鋼制備模具的方法。實現本專利技術上述目的的具體技術方案為：一種Cr1系列熱作模具鋼，所述熱作模具鋼以重量％計，包含C0.40～0.48％，Si 0.17～0.40％，Mn 0.80～1.20％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr0.80～1.60％，Ni 1.00～1.70％，Mo0.80～1.60％，V0.05～0.30％，，Al0.010～0.050％，Nb 0.02～0.20％，余量的Fe。本專利技術提出的新型Cr1系列熱作模具鋼的化學成分配方，內部材料名稱命名為YD1，與Cr1系(5CrNiMo、5CrNiMoV)熱作模具鋼比較，YD1系列模具鋼降低了碳含量，提高了Mn含量，提高了Cr含量，大幅度提高了Mo含量，添加/提高了V含量，略微降低了Ni含量、添加了Nb元素、添加了Al元素。從而提高了高溫強度和抗蠕變性能、且提高了韌性等。現有技術中，熱作模具鋼的主要合金元素和范圍為:C0.26-0.75％、Si0.10-1.2％、Mn0.20-1.60％、Cr0.5-5.5％、Mo0-3.4％、W0-7.9％、V0-1.4％、Ni0-4.3％、Co0-4.5％、AL0-0.7％、Nb0-0.3％，每一種成分含量的變化對鋼的組織和性能起著有益作用和不利的作用，本專利技術目標是專利技術一種低Cr的碳化物含量較低的高強韌性的取代5CrNiMo的熱作模具鋼，取每一種元素的常處，規避其短處，重點考慮的方面如下：1)C在鋼中的作用擴大γ相區，但因滲碳體的形成，不能無限固溶；隨含量的增加，提高鋼的硬度和強度，但降低其塑性和韌性。提高鋼的淬透性；降低Ms點,故保持相對較低的碳含量,使鋼的Ms取于相對較高的水平，淬火獲得較多的板條馬氏體組織提高韌性,同時也能降低在回火后鋼中的碳化物數量提高韌性。故比5CrNiMo的碳含量降低。故本專利技術鋼種取C0.40-0.48％。2)、硅在鋼中的作用:(1)提高鋼中固溶體的強度和冷加工硬化程度使鋼的韌性和塑性降低。(2)Si是提高回火抗力的有效元素.Si降低碳在鐵素體中的擴散速度,使回火析出的碳化物不易聚集,增加了回火穩定性；(3)提高鋼的高溫抗氧化性能；(4)不利方面易使鋼呈現帶狀組織,使鋼的橫向性能降低。Si的不利方面還有是增加鋼中的碳偏析，其不利作用較比其有利作用大，故Si取滿足冶煉脫氧的要求即可。故本專利技術鋼種取Si0.17～0.40％。3)、錳在鋼中的作用(1)錳提高鋼的淬透性。(2)錳和鐵形成固溶體，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強度，Mn又可形成碳化物，從而提高鋼的強度、硬度和耐磨性。(3)錳對鋼的高溫瞬時強度有所提高。(4)錳強烈降低鋼的Ms點,增加淬火鋼中的殘余奧氏體量,有利的方面可提高韌性,不利的方面可增加變形量；錳鋼的主要缺點是，①含錳較高時，有較明顯的回火脆性現象；②錳有促進晶粒長大的作用，因此錳鋼對過熱較敏感，故在熱處理工藝上必須注意。這種缺點可用加入細化晶粒元素如鉬、釩、鈦等來克服。Mn是良好的脫氧劑和脫硫劑，Mn在鋼中必須達到一定的量，Mn/S必須大于等于8。本專利技術鋼種主要利用其提高淬透性和提高耐磨性的方面,故取其在較高的含量,與5CrNiMo相比提高了Mn含量。故專利技術鋼種Mn取0.80～1.20％。4)、鉻在鋼中的作用(1)鉻可提高鋼的強度和硬度。(2)鉻可提高鋼的高溫機械性能。(3)使鋼具有良好的抗腐蝕性和抗氧化性(4)阻止石墨化(5)提高淬透性。(6)形成碳化物,提高耐磨性(7)增加回火穩定性(8)Cr對鋼共析點的影響，它和Mn大致相似，降低共析點的含C量。缺點：①鉻是顯著提高鋼的脆性轉變溫度②鉻能促進鋼的回火脆性。對比5CrNiMo和5CrNiMoV的性能可知,Cr降低沖擊韌性。Cr是碳化物形成元素，增加耐磨性，但用于沖擊力量較大的大型鍛模時，因其脆性大而易于開裂。但是考慮碳已比5CrNiMo降低,Cr相應的比5CrNiMo提高。故本專利技術鋼種Cr取0.80-1.60％。5)、鎳在鋼中的作用(1)可提高鋼的強度，且提高其韌性，改善疲勞抗力。(2)鎳可降低鋼的脆性轉變溫度，即可提高鋼的低溫韌性。(3)鎳可以提高鋼的抗腐蝕能力，不僅能耐酸，而且能抗堿和大氣的腐蝕。(4)提高淬透性,(5)擴大奧氏體區,增加淬火鋼中的殘余奧氏體量,有利的方面可提高韌性,不利的方面可增加變形量，(6)增加樹枝晶,提高橫向性能，(7)增加板條狀馬氏體量,提高韌性，(8)加速碳在奧氏體中的擴散，Ni為非碳化物形成元素,提高碳在奧氏體中的擴散系數,降低了一次碳化物，并使二次碳化物不易長大。(9)Ni使奧氏體的層措能提高。一般認為層措能越低，越有利于位措的擴展和形成位措，使滑移困難，導致鋼的加工硬化趨勢增大。反之層措能越高，越易于變形加工。這可增在鍛造道次變形量，有利于組織破碎和疏松焊合。故Ni取與5CrNiMo相當的或略低的含量范圍。故本專利技術鋼種Ni取1.0-1.70％。6)、鉬在鋼中的作用(1)鉬對鐵素體有固溶強化作用本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種Cr1系列熱作模具鋼，其特征在于，所述熱作模具鋼以重量％計，包含C?0.40～0.48％，Si?0.17～0.40％，Mn?0.80～1.20％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr?0.80～1.60％，Ni?1.00～1.70％，Mo0.80～1.60％，V0.05～0.30％，，Al0.010～0.050％，Nb?0.02～0.20％，余量的Fe。

【技術特征摘要】
1.一種Cr1系列熱作模具鋼，其特征在于，所述熱作模具鋼以重量％計，包含C 0.40～0.48％，Si 0.17～0.40％，Mn 0.80～1.20％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr 0.80～1.60％，Ni 1.00～1.70％，Mo0.80～1.60％，V0.05～0.30％，，Al0.010～0.050％，Nb 0.02～0.20％，余量的Fe。2.根據權利要求1所述的Cr1系列熱作模具鋼，其特征在于，通過以下步驟制備：電爐或轉爐冶煉，LF爐精煉，真空脫氣，模鑄或連鑄，退火，電渣重熔，緩冷，退火，鍛造，正火，高溫回火，擴氫，粗加，檢驗，粗加，調質，精加，檢驗。3.用權利要求1或2所述Cr1系列熱作模具鋼制備的合金模具。4.一種合金模具的熱處理方法，所述合金模具為低合金鋼用錘鍛或機鍛模具，其特征在于，以權利要求1或2所述的熱作模具鋼制造，其熱處理包括步驟：S1淬火：≤680℃裝爐，保持在680℃溫度下，再隨爐升溫至890～930℃保溫，然后冷卻至150～180℃后立即回火；S2一次回火：≤280℃裝爐，保持在280℃溫度下等溫按0.6min/mm計算，升溫至585～640℃保溫，冷卻至表面溫度100～150℃后冷卻，確保模具冷至室溫后才能進行第二次回火；S3二次回火：≤300℃入爐，升溫至5...

【專利技術屬性】
技術研發人員：潘孝忠，于成文，
申請(專利權)人：營口市特殊鋼鍛造有限責任公司，
類型：發明
國別省市：遼寧;21