專利名稱：一種擠壓輪用熱作模具鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱作模具鋼技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種連續(xù)擠壓成型包覆機(jī)的擠壓輪用熱作模具鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
熱作模具在工作中承受很大的壓カ和沖擊載荷，而且沖擊頻率很高，模具和高溫金屬接觸，還要經(jīng)受反復(fù)的加熱和冷卻，在時(shí)冷時(shí)熱的狀態(tài)下，容易使模具的工作表面產(chǎn)生熱疲勞裂紋(朱宗元.我國(guó)熱作模具鋼性能數(shù)據(jù)集(續(xù))[J].機(jī)械工程材料，2001，25 (8) :38-42.)。擠壓輪是連續(xù)擠壓成型包覆機(jī)的主要工作部件之一，其エ 作壽命直接影響到連續(xù)擠壓的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率。在其服役過程中，由于時(shí)冷時(shí)熱的工作條件及與被加工材料的強(qiáng)烈擠壓與摩擦，很容易造成擠壓輪的過早失效。擠壓輪一般在室溫 590°C循環(huán)溫度下工作，其主要失效形式是脆性斷裂和熱疲勞破壞(王穎，樊志新，宋寶韞.TLJ400型連續(xù)擠壓機(jī)擠壓輪溫度場(chǎng)測(cè)定與模擬[J].有色金屬加 エ，2007，36 0):42-45.；王春亮，楊力，陸慧.H13鋼銅材擠壓輪開裂分析[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè)，2009，第45卷增刊89-92.)。目前一般選擇H13鋼作為擠壓輪用鋼，但使用壽命不高。為了提高使用壽命，降低成本，開發(fā)新型高性能擠壓輪用熱作模具鋼是最根本的方法。主要有以下幾種方法
(1)在H13鋼的基礎(chǔ)上增加Cr含量。“ー種新型鉻系熱作模具鋼及其熱處理工藝” (CN101403074)和“一新型變質(zhì)熱作模具鋼” (ZL 200410010656. 8)專利技術(shù)，Cr含量增至7. 00 11. 00 wt%，其比H13鋼晶粒更細(xì)小，耐熱性、韌性和抗壓強(qiáng)度都有所提高，但上述專利技術(shù)中未公開耐熱性、韌性和抗壓強(qiáng)度的具體數(shù)據(jù)，且其成本高，主要用于特殊工作條件。(2)在H13鋼的基礎(chǔ)上降低Cr含量，増加Mo含量?！癌`種熱作模具鋼及其制備方法”(CN101798661A)和“ー種具有良好熱強(qiáng)性及高韌性的熱作模具鋼”(CN101440456)專利技木，這類鋼的Mo含量為2. 00 3. 00wt%,高溫強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性和抗熱疲勞性能優(yōu)良， 但生產(chǎn)成本過高。(3)在H13鋼的基礎(chǔ)上加入微量元素如Ni、Nb和RE等?！扳壩⒑辖鸹邚?qiáng)度熱作模具鋼及其制備方法”(CN101302599)和“復(fù)合微合金化高熱強(qiáng)性熱作模具鋼及其制備” (CN101709428A)專利技木，這類技術(shù)提高了鋼的熱強(qiáng)性和熱穩(wěn)定性，但會(huì)形成大顆粒偽共晶碳化物，同時(shí)由于加入了較高M(jìn)o和稀土元素，使成本増加。(4)在H13鋼的基礎(chǔ)上增加Mn、Si含量。“高熱穩(wěn)定性高強(qiáng)度的熱作模具鋼” (CN1012220422)和“一種高硅低碳型高熱強(qiáng)性熱作模具鋼”(CN101280394)專利技術(shù)，前者 Mn含量高達(dá)10. 5 14. 5 wt%，后者Si含量為1. 4 1. 6 wt%，這類鋼的最大優(yōu)點(diǎn)是熱穩(wěn)定性好，可以在700°C條件下保持較高硬度，但其生產(chǎn)成本較高且在400-600°C下的綜合性能比H13沒有明顯提高，主要用于高溫條件下工作。(5)在H13鋼的基礎(chǔ)上開發(fā)奧氏體熱作模具鋼。如“含氮奧氏體熱作模具鋼及其制備方法”(CN101942606A)專利技術(shù)，雖具有高熱穩(wěn)定性、高強(qiáng)度和高韌性，但其生產(chǎn)成本偏高(含Mn 10. 0-15. 0 wt%, Mo 1.5-3.5 wt%)，主要用于高溫條件下工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明_在克服現(xiàn)有技術(shù)權(quán)項(xiàng)，目的是提供一種成本低廉，熱穩(wěn)定性和熱疲勞性好的擠壓輪用熱作模具鋼及其制造方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是將廢鋼或鐵水與廢鋼經(jīng)電爐冶煉，電渣重熔或真空感應(yīng)熔煉后進(jìn)行熱鍛和熱處理，即得擠壓輪用熱作模具鋼。所述擠壓輪用熱作模具鋼的化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量是C為0. 30 0. 50wt%,Si 為 0. 80 1. 20wt%,Mn 為 0. 2 0. 5wt%, Cr 為 3. 00 5. 00wt%,Mo 為 1. 00 1. 50 wt %， V 為 0. 70 1. 20wt%, N 為 0. 005 0. 03wt%, Ρ<0· 030wt%, S<0. 030wt%，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。所述熱鍛的エ藝為將電渣重熔或真空感應(yīng)熔煉后的鋼錠加熱至1150 1250°C， 均熱1. 5 2. 5h，始鍛溫度1100 1150°C，終鍛溫度>900°C，鍛造比彡5，自然冷卻至室溫。所述熱處理的エ藝為
(1)鍛坯球化退火加熱溫度到700 730°C，保溫1 3h，在860 880°C條件下保溫 1 3h，隨爐冷卻至500°C以下，出爐自然冷卻。(2)淬火及回火淬火溫度為1020 1120°C，保溫10 30min ；回火溫度為530 650°C，二次回火，每次保溫1. 5 2.釙。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與H13鋼相比，具有如下有益效果
(1 )Cr能提高鋼的淬透性，但Cr與C易形成M23C6型合金碳化物，這種碳化物不穩(wěn)定、易粗化，會(huì)降低鋼的抗回火軟化性能，同時(shí)也是導(dǎo)致熱疲勞過程中出現(xiàn)循環(huán)軟化的主要原因。 降低Cr元素含量，M23C6型碳化物析出量減少，同時(shí)能使彌散、穩(wěn)定、不易粗化的V、Mo的碳化物析出量増加，提高模具鋼的熱疲勞性能。(2)V含量過高，淬火中存在大量的V的未溶碳化物，在二次硬化溫度范圍內(nèi)回火， 會(huì)導(dǎo)致鋼的韌性和塑性明顯下降。本發(fā)明加入適量V元素，可細(xì)化晶粒、降低鋼的過熱敏感性、提高鋼的強(qiáng)韌性和回火穩(wěn)定性，增強(qiáng)鋼的二次硬化效果。(3)本發(fā)明加入適量N元素，在淬火過程中能抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大；同時(shí)N與V具有較強(qiáng)的親和力，N含量提高了碳氮化釩的析出驅(qū)動(dòng)力，使原本處于固溶態(tài)的V轉(zhuǎn)變成析出狀態(tài)，充分發(fā)揮了 V的沉淀強(qiáng)化作用，同時(shí)與V形成更細(xì)小穩(wěn)定的碳氮化物增強(qiáng)彌散強(qiáng)化效果，并能細(xì)化晶粒，提高材料的熱穩(wěn)定性及熱疲勞性。因此，本發(fā)明制造的擠壓輪用熱作模具鋼與現(xiàn)有的H13鋼比較，減少了大量的Cr 含量，加入廉價(jià)的N，其原料成本比H13鋼低。由于充分了發(fā)揮V和N的作用，彌散析出細(xì)小穩(wěn)定的碳氮化釩，故具有成本低廉、熱疲勞性能、熱穩(wěn)定性高和綜合性能優(yōu)良的特點(diǎn)。


1、圖1是本發(fā)明制造的一種擠壓輪用熱作模具鋼的表面熱疲勞裂紋金相照片；
2、圖2是本發(fā)明制造的另ー種擠壓輪用熱作模具鋼的表面熱疲勞裂紋金相照片；
3、圖3是本發(fā)明制造的又一種擠壓輪用熱作模具鋼的表面熱疲勞裂紋金相照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步描述，并非對(duì)其保護(hù)范圍的限制。實(shí)施例1
一種擠壓輪用熱作模具鋼及其制造方法。該方法是將廢鋼經(jīng)電爐冶煉，電渣重熔后進(jìn)行熱鍛和熱處理，制得擠壓輪用熱作模具鋼。所述擠壓輪用熱作模具鋼的化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量是C為0. 30 0. 41wt%,Si 為 0. 80 1. 05wt%, Mn 為 0. 4 0. 5wt%, Cr 為 3. 0 4. 0wt%, Mo 為 1. 20 1. 40wt%, V 為
0.70 0. 95wt%, N 為 0. 005 0. 010wt%, Ρ<0· 028wt%, S<0. 010wt%,余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。本實(shí)施例1熱鍛的エ藝為將電渣重熔后的鋼錠加熱至1150 1200°C，均熱
1.5 2. Oh，始鍛溫度1100 1150°C，終鍛溫度>920°C，鍛造比彡5，自然冷卻至室溫。本實(shí)施例1熱處理的エ藝為
(1)鍛坯球化退火加熱溫度到700 720°C，保溫2 3h，在860 870°C條件下保溫 1 2h，隨爐冷卻至500°C以下，出爐自然冷卻。(2)淬火及回火淬火溫度為1050 1080°C，保溫10 20min ；回火溫度為530 580°C，二次回火，每次保溫1. 5 2. Oh。本實(shí)施例1所制造的擠壓輪用熱作模具鋼，經(jīng)檢測(cè)，室溫狀態(tài)下的力學(xué)性能是 伸長(zhǎng)率為 ο. (Γιο. 6%，斷面收縮率為34. (Γ37. 0%，屈服強(qiáng)度為164(Tl680MPa，抗拉強(qiáng)度為 183(Tl870MPa ；
本實(shí)施例1所制造的ー種擠壓輪用熱作模具鋼，其熱穩(wěn)定性與H13鋼相比如表1所示， 該擠壓輪用熱作模具鋼在相同的保溫溫度和保溫時(shí)間條件下，硬度高；隨保溫時(shí)間延長(zhǎng)，硬度下降稍緩，熱穩(wěn)定性好于H13鋼。表1 本實(shí)施例1所制造的一種擠壓輪用熱作模具鋼與H13鋼熱穩(wěn)定性對(duì)比 (HRC)
權(quán)利要求
1.一種擠壓輪用熱作模具鋼的制造方法，其特征在于將廢鋼或鐵水與廢鋼經(jīng)電爐冶煉，電渣重熔或真空感應(yīng)熔煉后進(jìn)行熱鍛和熱處理，即得擠壓輪用熱作模具鋼；所述擠壓輪用熱作模具鋼的化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量是c為0. 30 0. 50wt%, Si為 0. 80 1. 20wt%, Mn 為 0. 2 0. 5wt%, Cr 為 3. 00 5. 00wt%, Mo 為 1. 00 1. 50 wt %，V 為 0. 70 1. 20wt%, N 為 0. 005 0. 03wt%, Ρ<0· 030wt%, S<0. 030wt%，余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擠壓輪用熱作模具鋼的制造方法，其特征在于所述熱鍛的エ 藝為將電渣重熔或真空感應(yīng)熔煉后的鋼錠加熱至1150 1250°C，均熱1. 5 2. 5h，始鍛溫度1100 1150°C，終鍛溫度>900°C，鍛造比彡5，自然冷卻至室溫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擠壓輪用熱作模具鋼的制造方法，其特征在于所述熱處理的 エ藝為(1)鍛坯球化退火加熱溫度到700 730°C，保溫1 3h，在860 880°C條件下保溫 1 池，隨爐冷卻至500°C以下，出爐自然冷卻；(2)淬火及回火淬火溫度為1020 1120°C，保溫10 30min；回火溫度為530 650°C，二次回火，每次保溫1. 5 2.釙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的擠壓輪用熱作模具鋼的制造方法所制造的擠壓輪用熱作模具鋼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種擠壓輪用熱作模具鋼及其制造方法。其技術(shù)方案是將廢鋼或鐵水與廢鋼經(jīng)電爐冶煉、電渣重熔或真空感應(yīng)熔煉后進(jìn)行熱鍛，然后在700～880℃球化退火；1020～1120℃淬火和530～650℃回火處理，其硬度可達(dá)40～52HRC,抗拉強(qiáng)度達(dá)1850～1955MPa。該模具鋼的化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量是C為0.30～0.50wt%，Si為0.80～1.20wt%，Mn為0.2～0.5wt%，Cr為3.00～5.00wt%，Mo為1.00～1.50wt%，V為0.70～1.20wt%，N為0.005～0.03wt%，P<0.030wt%，S<0.030wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明鋼具有成本低廉、熱疲勞性能好、熱穩(wěn)定性高和綜合性能優(yōu)良的特點(diǎn)，可用于制作連續(xù)擠壓成型包覆機(jī)擠壓輪及其它熱作模具。
文檔編號(hào)C22C38/24GK102534391SQ20121001358
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者劉宏玉, 汪圣鋒 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)