一種高性能熱作模具鋼及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種高性能熱作模具鋼的制備方法，在H13鋼成分基礎上，采用低C、低Si高Mo并復合Ni微合金化的成分設計思路進行合金成分優化，同時對生產過程進行嚴格把控，具體工藝路線如下：同時采用電爐冶煉、鋼包精煉爐精煉、真空精煉爐精煉、惰性氣體保護電極坯澆鑄、保護氣氛恒熔速電渣爐重熔、高溫均質化處理、多向鍛造、鍛后預處理、超細化處理生產工藝。本發明專利技術還涉及一種高性能熱作模具鋼,該產品退火態顯微組織結構均勻，有較好的球化組織及細小均勻的晶粒分布，淬回火組織均勻，Mo、Cr、V碳化物的細小析出相在使用過程中起著彌散強化作用，同時適量的Ni元素可增加淬透性，細化晶粒，起到增加鋼的韌性和抗疲性。到增加鋼的韌性和抗疲性。到增加鋼的韌性和抗疲性。

【技術實現步驟摘要】
一種高性能熱作模具鋼及其制備方法


[0001]本專利技術涉及一種模具鋼及其制備方法，特別是一種高韌性、高延展性、高抗熱龜裂性能熱作模具鋼及其制備方法。

技術介紹

[0002]隨著現代化工業的發展，模具的應用越來越廣泛，在汽車、電子、儀器儀表、家電、航空航天、建材、電機和通訊器材等產品中，約60％
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80％的零部件都要依靠模具加工成型，因此被稱為“工業之母”。據估計，模具可帶動相關產業的比例大約是1:100即模具發展1億元，可帶動相關產業100億元。
[0003]世界模具行業工業總產值保持持續增長，目前我國模具鋼材料生產總量已位居世界前列，模具鋼材料生產企業眾多。但模具鋼材料的品種和質量水平在總體上要比德、美等國家落后，具體表現為：技術含量和附加值低的模具鋼材料已供過于求，國內廠商間處于白熱化競爭階段。而技術和附加值含量較高的中、高檔模具鋼材料還遠不能適應我國國民經濟發展的需要，不能用于制作諸如大型、精密、復雜、高壽命的發動機、電機等壓鑄模具、新能源汽車車體、電池盒、轎車覆蓋件模具等。大部分仍需要從國外進口，年進口量超過10萬噸。但從國外進口模具鋼材料存在成本高、制作周期長等不足，為了滿足行業發展和客戶使用的需求，急需設計并生產出一種新型熱作模具鋼在滿足客戶使用條件下逐步替代進口材料，為客戶實現利益最大化。
[0004]我公司以常用熱作模具鋼H13為基礎，采用低C、低Si高Mo并復合Ni微合金化的成分設計理念來進行成分設計，并附加特殊的冶煉、鍛造、熱處理工藝，使得制備后的產品有優異的純凈度、組織均勻性和力學性能。以此材料制作的模具能夠更好地適應現代工業生產對高端模具的要求。

技術實現思路

[0005]本專利技術的第一個目的在于提供高性能熱作模具鋼的制備方法，通過合理的合金成分設計及匹配相應的生產工藝，使產品在退火態、調質態下檢測具有高的純凈度、均勻細小的奧氏體晶粒和顯微球化組織，高的無缺口沖擊性能和夏比V型缺口沖擊功。使材料具有高韌性、高延展性、高熱強性，最終使得所制成的模具具有高的止裂能力及搞得熱強性。
[0006]為達到上述專利技術的目的，高性能熱作模具鋼的制備方法，主要步驟如下：
[0007]S1、電爐冶煉：
[0008]根據冶煉鋼種的化學組分含量預先進行廢鋼和合金料的配料準備，在電爐首先根據熔煉重量分批次進行廢鋼冶煉，鋼水溫度≥1630℃氧化扒渣，扒渣后加入合金料、石灰和螢石調節化學成分并脫磷，出鋼溫度≥1620℃，出鋼過程中加鋁絲進行脫氧；
[0009]其中，化學組分含量質量百分比，C 0.34％～0.39％、Mn 0.35％～0.55％、Si 0.20％～0.35％、 S≤0.001％、P≤0.008％、Cr 4.90％～5.10％、Mo 2.3％～2.6％、V 0.50％～0.70％、Ni 0.25～0.3 5％、Cu≤0.08％，其余為Fe，且殘余氣體含量為，H≤
1.5ppm、O≤13ppm、N≤90ppm；
[0010]S2、鋼包精煉爐精煉：
[0011]電爐冶煉后鋼水轉入鋼包，吊運到精煉爐座上，并加渣料CaO、CaF2、C
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Si粉還原造好白渣，根據實際成分添加合金料，完成成分微調、脫硫、脫氧作業；操作結束后去除白渣，然后重新加熱并添加新渣料進行二次造白渣，進一步去除鋼中夾雜物；
[0012]S3、真空精煉爐精煉：
[0013]真空精煉爐逐級進泵，最終真空度≥67Pa，維持真空時間15分鐘以上，殘余氣體氫目標值≤1.5ppm；脫氣結束后，取樣分析，成分合格后吹入氬氣至吊包，吹氬氣的時間為18～39 min，吊包溫度為1550～1568℃，完成脫氮作業；
[0014]S4、澆鑄電極坯：
[0015]預熱錠模為40～60℃，然后對錠模充入氬氣，每個錠模充氬氣時間為3～5min，然后撤出氬氣管，用蓋子將錠模蓋好后進行澆鑄；
[0016]S5、電極坯退火：
[0017]將步驟S4中脫模后的電極坯進行退火，退火溫度710～760℃，保溫時間1～1.5min/mm，爐冷至300～380℃出爐，退火后鋸切冒口和錠尾；
[0018]S6、電渣重熔：
[0019]采用步驟S5得到的電極坯，首先采用車床進行表面機加工處理，去除表面氧化鐵皮，隨后進行假電極焊接；
[0020]采用二次精煉提純的氟化鈣、氧化鋁、氧化鈣三元渣系進行冶煉，其中預熔渣中，二氧化硅≤0.6％、氧化亞鐵≤0.15％；超低熔速控制：電渣冶煉穩態階段的起點熔速值為9～10kg/ min，終點熔速值為8.5～9.0kg/min，得到電渣錠，然后停電爐冷90～120min后送鍛造工序；
[0021]S7、鍛造：
[0022]將步驟S6中得到的電渣錠使用室式加熱爐進行加熱，加熱溫度≥1280℃，保溫22～35h 進行擴散均質化，然后經鐓粗拔長鍛造開坯，進行X、Y和Z三個方向多向鐓粗拔長至成品尺寸；
[0023]S8、鍛后預處理：
[0024]將步驟S7中得到的鍛坯進行鍛后極限冷卻控制：一次水冷到坯料芯部溫度至500～650℃；然后裝入熱處理爐，加熱至930～1000℃，保溫10～15h，出爐空冷至鍛坯表面溫度為350～500℃，然后回爐加熱至500℃，保溫20～30h，進行正火+回火處理；
[0025]S9、超細化處理：
[0026]將步驟S8得到的工件置入加熱爐中隨爐升溫至1000～1050℃，保溫后，使用濃度12％的淬火鹽來進行極限冷卻控制，冷后芯部溫度≤350℃。
[0027]優選地，在步驟S1中，出鋼過程中，鋁絲按照0.8～1.2kg/t加入進行脫氧。
[0028]優選地，在二次造白渣的過程中，加入鋁絲和鈣線，進行復合脫氧；鋁絲和鈣線的用量均按照0.8～1.2kg/t加入。
[0029]電極坯經過Ca處理后，生產的復合夾雜物的熔點降低，同時對已經生產的夾雜物進行改性，所得夾雜物的圓形度提高，在真空精煉過程中有利于夾雜物的上浮去除。剩余鋼中的夾雜物在后續電渣重熔過程更容易去除。未完全去除的球形夾雜物也會降低對材料后
期機械性能的影響。
[0030]優選地，在步驟S3中，吹入氬氣的方式為軟吹。
[0031]優選地，在步驟S4中，澆鑄全過程采用加掛石棉布的氬氣保護澆鑄件進行保護，氬氣保護流量為15～26m3/h，澆鑄時間為4～8min，電極坯直徑為400～908mm，3～5h后脫模
[0032]優選地，步驟S7中，最后一火的保溫溫度≤1160℃，最后一火的主變形率≥50％。
[0033]優選地，步驟S9中，極限冷卻控制結束后將工件置入退火爐中，加熱至840～900℃，保溫15～30h，爐冷到730
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780℃，保溫25～50h進行球化退火。。
[0034]本專利技術的另一個目的在于提供一種采用上述制備方法制備得到的一種高性能熱作模具鋼。
[0035]優選地，所述熱作模本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種高性能熱作模具鋼的制備方法，其特征在于，主要步驟如下：S1、電爐冶煉：根據冶煉鋼種的化學組分含量預先進行廢鋼和合金料的配料準備，在電爐首先根據熔煉重量分批次進行廢鋼冶煉，鋼水溫度≥1630℃氧化扒渣，扒渣后加入合金料、石灰和螢石調節化學成分并脫磷，出鋼溫度≥1620℃，出鋼過程中加鋁絲進行脫氧；其中，化學組分含量質量百分比，C 0.34％～0.39％、Mn 0.35％～0.55％、Si 0.20％～0.35％、S≤0.001％、P≤0.008％、Cr 4.90％～5.10％、Mo 2.3％～2.6％、V 0.50％～0.70％、Ni 0.25～0.35％、Cu≤0.08％，其余為Fe，且殘余氣體含量為，H≤1.5ppm、O≤13ppm、N≤90ppm；S2、鋼包精煉爐精煉：電爐冶煉后鋼水轉入鋼包，吊運到精煉爐座上，并加渣料CaO、CaF2、C
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Si粉還原造好白渣，根據實際成分添加合金料，完成成分微調、脫硫、脫氧作業；操作結束后去除白渣，然后重新加熱并添加新渣料進行二次造白渣，進一步去除鋼中夾雜物；S3、真空精煉爐精煉：真空精煉爐逐級進泵，最終真空度≥67Pa，維持真空時間15分鐘以上，殘余氣體氫目標值≤1.5ppm；脫氣結束后，取樣分析，成分合格后吹入氬氣至吊包，吹氬氣的時間為18～39min，吊包溫度為1550～1568℃，完成脫氮作業；S4、澆鑄電極坯：預熱錠模為40～60℃，然后對錠模充入氬氣，每個錠模充氬氣時間為3～5min，然后撤出氬氣管，用蓋子將錠模蓋好后進行澆鑄；S5、電極坯退火：將步驟S4中脫模后的電極坯進行退火，退火溫度710～760℃，保溫時間1～1.5min/mm，爐冷至300～380℃出爐，退火后鋸切冒口和錠尾；S6、電渣重熔：采用步驟S5得到的電極坯，首先采用車床進行表面機加工處理，去除表面氧化鐵皮，隨后進行假電極焊接；采用二次精煉提純的氟化鈣、氧化鋁、氧化鈣三元渣系進行冶煉，其中預熔渣中，二氧化硅≤0.6％、氧化亞鐵≤0.15％；超低熔速控制：電渣冶煉穩態階段的起點熔速值為9～10kg/min，終點熔速值為8.5～9.0kg/min，得到電渣錠，然后停電爐冷90～120min后送鍛造工序；S7、鍛造：將步驟S6中得到的電渣錠使用室式加熱爐進行加熱，加熱溫度≥1280℃，保溫22～35h進行擴散均質化，然后經鐓粗拔長鍛造...

【專利技術屬性】
技術研發人員：關海龍，偶正偉，韓忠良，朱偉峰，王光偉，丁海峰，蘇旭廷，蔣海清，丁濤，乙海峰，
申請(專利權)人：江蘇宏晟模具鋼材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：