【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及冶鋼，尤其是涉及一種耐高溫高韌性的熱作模具鋼及其制備方法。
技術介紹
1、熱作模具鋼是模具鋼中的重要分支，主要用來制造金屬熱加工成型的模具，基于熱作模具鋼形成的精密熱模鍛成形技術可以生產接近最終形狀的產品。在航空、軌道交通、汽車等領域中大部分金屬零部件的生產中均需使用熱作模具，如航空發動機葉片、高鐵軌道扣件和金屬墊板、汽車用軸類件及汽車差速器齒輪等關鍵部件等制備。
2、由于熱作模具在較高溫度下工作，熱疲勞失效是熱作模具鋼最常見的失效形式。工作時，高溫沖入的金屬溶液和開模時的噴霧冷卻產生極大溫度梯度，冷熱循環產生交變熱應力，在模腔表面產生熱應力集中，在熱應力或熱應力和外加機械應力共同作用下，應力集中處易生成熱裂紋，裂紋形貌常為放射狀或網狀，隨著不斷的冷熱循環，裂紋會逐步發展成微裂紋，微裂紋會進一步擴展，最終導致模具失效。
3、傳統的熱作模具鋼主要分為高合金熱作模具鋼，中合金熱作模具鋼和低合金熱作模具鋼三大類；其中，高合金熱作模具鋼3cr2w8v在700℃具有415mpa的高溫抗拉強度；中合金熱作模具鋼h13在700℃具有292mpa的高溫抗拉強度；低合金熱作模具鋼5crmnmosiv，在700℃的高溫抗拉強度為137mpa，因此，現有的熱作模具鋼不能滿足高溫高強度的要求。
4、故而，需要一種耐高溫高韌性的熱作模具鋼，以滿足更大的市場需求。
技術實現思路
1、為了解決現有的熱作模具鋼在高溫下無法保持良好的力學性能的問題，本專利技術提供一
2、第一方面，本專利技術提供的一種耐高溫高韌性的熱作模具鋼，采用如下的技術方案：
3、一種耐高溫高韌性的熱作模具鋼，由以下質量百分比的組分組成：c：0.14-0.16％，si：0.40-0.90％，mn：0.20-0.80％，mo：1.50-3.00％，ni：4.20-4.50％，cr：0.60-1.60％，v：0.10-0.40％，ce：0.20-0.90％，la：0.021-0.075％，y：0.002-0.005％，p：≤0.012％，s：≤0.018％，余量為fe和雜質。
4、優選的，所述耐高溫高韌性的熱作模具鋼，由以下質量百分比的組分組成：c：0.15-0.16％，si：0.55-0.80％，mn：0.43-0.75％，mo：2.00-2.50％，ni：4.25-4.40％，cr：1.10-1.55％，v：0.15-0.30％，ce：0.40-0.80％，la：0.03-0.06％，y：0.003-0.004％，p：≤0.010％，s：≤0.015％，余量為fe和雜質。
5、優選的，所述熱作模具鋼中，ce+la+y為0.25-0.60％。
6、優選的，所述熱作模具鋼中，mo/cr為2。
7、第二方面，本專利技術提供的一種耐高溫高韌性的熱作模具鋼的制備方法，采用如下的技術方案：
8、一種耐高溫高韌性的熱作模具鋼的制備方法，包括以下步驟：
9、s1、按耐高溫高韌性的熱作模具鋼的配方取原料，將原料經熔煉與精煉，得到鋼水，將鋼水進行澆注，得到鑄件；
10、s2、將鑄件均質化處理后，進行多向鍛造，得到鍛件模塊；
11、s3、將鍛件模塊依次進行退火、淬火、回火處理，得到熱作模具鋼。
12、優選的，所述s1中熔煉與精煉為：先將工業純鐵、mn、cr、ni、mo加入熔煉爐中，開真空泵抽真空，真空度為6-8pa；爐料開始熔化后通入氬氣至爐內總壓力為30000-35000pa，爐料全部熔化后加入石墨再次抽真空至12-18pa，保溫20min進行真空精煉，精煉溫度為1580-1600℃；真空精煉結束后依次加入v、ce、si、la、y繼續熔煉至爐料充分熔化，熔煉溫度為1580-1600℃，得到鋼水。
13、優選的，所述步驟s2中均質化處理為：將鑄件以升溫速率為4-6℃/min加熱至1200-1240℃，保溫15-25h，隨后以降溫速率為4-6℃/min冷卻至700-750℃，保溫2-3h后，取出，空氣冷卻至室溫。
14、優選的，所述步驟s2中多向鍛造為：對均質化處理后的鑄件進行x、y、z三個方向的鐓粗、拔長，最終沿z向拔長至成品，其中x、y為相互垂直的兩個直徑方向，z為原始電渣錠軸向，開鍛溫度為1050-1140℃，終鍛溫度900-1000℃。
15、優選的，所述步驟s3中的退火、淬火、回火為：將鍛件模塊以升溫速率為1.5-2.5℃/min加熱到850-870℃，保溫6-8h后，在爐中冷卻到400-500℃后，取出，空氣冷卻至室溫；再將鍛件模塊以升溫速率為1.5-2.5℃/min加熱至920-980℃，保溫1-6h后，用水將鍛件模塊冷卻至50-150℃；隨后立即回火1-2次，回火溫度為550-580℃，保溫4-10h。
16、綜上所述，本專利技術具有以下有益效果：
17、1、cr是中等碳化物形成元素，碳化鉻是各種碳化物中最小的碳化物，能均勻地分布在鋼基體中，具有高強度，高硬度，高屈服點和高耐磨性；mo具有良好的晶粒細化效果，可在不降低塑性的情況下提高鋼的強度，改善鋼的沖擊韌性，與cr結合可顯著改善鋼的淬透性；本專利技術采用高mo低cr的設計思想，嚴格控制mo與cr的質量分數比例，使得熱作模具鋼具有優異的硬度和沖擊韌性。
18、2、本專利技術添加稀土金屬元素ce、la與y，且控制三者的質量分數之和，ce、la與y共同作用，會與氧、硫等元素形成稀土化合物，具有變質夾雜、凈化鋼液和細化顯微組織的作用；還會固溶到基體中，起到固溶強化的作用，在鋼中形成的稀土夾雜物，具有形貌規則、尺寸較小、分布均勻以及高熔點的特點，能夠起到改善材料的微觀組織的作用；另外還具有破碎共晶碳化物的效果，提高共晶碳化物的各向同性，減小共晶碳化物的尺寸，降低共晶碳化物的百分比；多方面綜合作用，使本專利技術的模具鋼具有穩定且均勻的組織，在高溫下仍具有優異的強度和韌性。
19、3、本專利技術的熱作模具鋼的制備方法，步驟簡單，經熔煉、精煉、澆注、高溫均質化處理、多向鍛造、退火、淬火、回火等工藝，其中多向鍛造能夠大幅細化晶粒、提高模具鋼強度并且能減少各向異性，解決了現有技術中存在的熱作模具鋼無法在高溫下保持優異的韌性的難題。
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1.一種耐高溫高韌性的熱作模具鋼，其特征在于，由以下質量百分比的組分組成：C：0.14-0.16％，Si：0.40-0.90％，Mn：0.20-0.80％，Mo：1.50-3.00％，Ni：4.20-4.50％，Cr：0.60-1.60％，V：0.10-0.40％，Ce：0.20-0.90％，La：0.021-0.075％，Y：0.002-0.005％，P：≤0.012％，S：≤0.018％，余量為Fe和雜質。
2.根據權利要求1所述的耐高溫高韌性的熱作模具鋼，其特征在于，由以下質量百分比的組分組成：C：0.15-0.16％，Si：0.55-0.80％，Mn：0.43-0.75％，Mo：2.00-2.50％，Ni：4.25-4.40％，Cr：1.10-1.55％，V：0.15-0.30％，Ce：0.40-0.80％，La：0.03-0.06％，Y：0.003-0.004％，P：≤0.010％，S：≤0.015％，余量為Fe和雜質。
3.根據權利要求1所述的耐高溫高韌性的熱作模具鋼，其特征在于，所述熱作模具鋼中，Ce+La+Y為0.25-0.60％。
...【技術特征摘要】
1.一種耐高溫高韌性的熱作模具鋼，其特征在于，由以下質量百分比的組分組成：c：0.14-0.16％，si：0.40-0.90％，mn：0.20-0.80％，mo：1.50-3.00％，ni：4.20-4.50％，cr：0.60-1.60％，v：0.10-0.40％，ce：0.20-0.90％，la：0.021-0.075％，y：0.002-0.005％，p：≤0.012％，s：≤0.018％，余量為fe和雜質。
2.根據權利要求1所述的耐高溫高韌性的熱作模具鋼，其特征在于，由以下質量百分比的組分組成：c：0.15-0.16％，si：0.55-0.80％，mn：0.43-0.75％，mo：2.00-2.50％，ni：4.25-4.40％，cr：1.10-1.55％，v：0.15-0.30％，ce：0.40-0.80％，la：0.03-0.06％，y：0.003-0.004％，p：≤0.010％，s：≤0.015％，余量為fe和雜質。
3.根據權利要求1所述的耐高溫高韌性的熱作模具鋼，其特征在于，所述熱作模具鋼中，ce+la+y為0.25-0.60％。
4.根據權利要求1所述的耐高溫高韌性的熱作模具鋼，其特征在于，所述熱作模具鋼中，mo/cr為2。
5.一種如權利要求1-4任一所述的耐高溫高韌性的熱作模具鋼的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的耐高溫高韌性的熱作模具鋼的制備方法，其特征在于，所述s1中熔煉與精煉為：先將工業純鐵、mn、cr、ni、mo加入熔煉爐中，開...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉朝勇，陳京，張忠明，蘇嬌，
申請(專利權)人：濟南鋼納材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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