耐高溫蠕變低壓模具鋼及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及模具材料生產(chǎn)的技術(shù)領(lǐng)域，具體說是一種耐高溫蠕變低壓模具鋼及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中模具是實現(xiàn)少、無加工現(xiàn)進制造技術(shù)中的重要工藝裝備，模具產(chǎn)品的質(zhì)量不僅關(guān)系到生產(chǎn)制品的質(zhì)量和性能，而且直接影響生產(chǎn)效率和成本。
[0003]從模具使用情況統(tǒng)計分析表明，模具的質(zhì)量在很大程度上取決去模具材料和熱加工工藝。根據(jù)模具的使用條件，正確的選擇模具材料和制定合理的工藝非常重要。
[0004]H13模具鋼(相當于我國4Cr5MoSiVl)具有良好的綜合性能，被廣泛應用于鍛造壓力機模具和鋁合金壓鑄模；國產(chǎn)的產(chǎn)品同進口同鋼種產(chǎn)品比高溫強度和熱疲勞性能都低，目前國內(nèi)產(chǎn)品普遍“熱強性好而韌性差，韌性好熱強性又差”，且同時存在存在純凈度低、不致密、成分偏析、夾雜物多、晶粒粗等缺陷，導致產(chǎn)品的性能差，制作的模具使用壽命低，模具在使用過程中會發(fā)生早期開裂等失效現(xiàn)象。
[0005]中國專利，H13模具鋼及其制備方法(申請?zhí)?201110178988.7)公開了一種模具鋼的配方:其化學元素重量百分比為:0.40?0.46%的C，6.00?6.30%的Cr，0.50?0.65% 的 V, 0.30 ?0.45% 的 Mo, 0.85 ?1.05% 的 Mn, 1.25 ?1.55% 的 Si, 0.12 ?0.25% 的 W，0.008 ?0.018% 的 Nb, 0.008 ?0.015% 的 Ta, 0.08 ?0.12% 的 Ti, 0.003 ?0.006% 的 B, 0.08 ?0.15% 的 Al, 0.03 ?0.06% 的 N, 0.06 ?0.12% 的 Y,〈0.025% 的 S和〈0.030%的P，余量為Fe，并附有相應的生產(chǎn)工藝。
[0006]中國專利，H13熱作模具鋼生產(chǎn)工藝(申請?zhí)?201410224856.7)公開了一種H13熱作模具鋼生產(chǎn)工藝，通過對4Cr5MoSiVl (H13)熱作模具鋼化學成份的合理設計、調(diào)整，控制Cr、Mo、V、Si等合金元素的含量，同時對電渣重熔工藝、鍛造工藝和熱處理工藝進行了優(yōu)化。
[0007]中國專利，高品質(zhì)H13稀土模具鋼及其生產(chǎn)方法(申請?zhí)?201510132708.7)公開了一種高品質(zhì)H13稀土模具鋼及其生產(chǎn)方法，鋼中各類夾雜物級別A < 0.5、B < 1.0、C彡0.5、D彡0.5、DS彡O ;直徑彡1250_、厚度彡350mm的餅形試件，心部三維方向取樣淬回火至HRC44-46，三維方向每個方向按北美NADCA207-2011無缺口沖擊功多300J，等向比多86%。其工藝為鋼液經(jīng)稀土 Ce、La處理一水冷模鑄一重型擠壓成形一退火。
[0008]上述的三種技術(shù)方案均提到了對于H13模具鋼的改進，包括材料和生產(chǎn)工藝，但都存在局限性，不能滿足本公司的生產(chǎn)需要。
[0009]

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供了一種耐高溫蠕變低壓模具鋼及其制備方法。
[0010]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
一種耐高溫蠕變低壓模具鋼，該模具鋼中各化學組分的重量百分比為: C:0.36%-0.42% ；S1:0.4%-l.5% ；Mn:0.55%-1.5% ；Cr:2.75%-5.5% ；Mo:1.8%-2.6% ；V:0.8%-l.0% ；S 0.03% ；P 0.03% ；N:彡 0.05% ;余量為 Fe 和雜質(zhì)。
[0011]對于耐高溫蠕變低壓模具鋼，可采用如下優(yōu)化方案:
該模具鋼中各化學組分的重量百分比為:
C:0.36%-0.42% ； Si:1.0%-l.5% ；Mn:0.7%-1.5% ；Cr:4.5%-5.5% ；Mo:1.8%-2.2% ；V:0.8%-l.0% ；S 0.03% ；P 0.03% ;余量為 Fe 和雜質(zhì)。
[0012]其化學元素重量配比為:
C:0.36%-0.42% ；S1:0.4%-0.65% ；Mn:0.55%-0.85% ；Cr:2.75%-3.25% ；Mo:2.0%-2.6% ；V:0.8%-l.0% ；S 0.03% ；P 0.03% ；N:0.02%-0.05% ;余量為 Fe 和雜質(zhì)。
[0013]一種耐高溫蠕變低壓模具鋼的制備方法，包括如下步驟:
步驟一、對冶煉好的鋼水采用電渣重熔工藝進行冶煉，經(jīng)重熔、渣洗、水冷結(jié)晶器快速冷卻，獲得鋼錠或鋼坯；
步驟二、對步驟二中獲得的鋼錠或鋼坯進行加熱至850°C _900°C，保溫20 min_40min，再加熱至1100°C?1150°C，保溫40 min_80min，出爐鍛造，冷卻，獲得鍛造后模具鋼；
步驟三、對步驟三中獲得的鍛造后模具鋼進行熱處理，首次預熱至500°C -550°C,保溫20 min-40min, 二次預熱至800 °C -850 °C，保溫20min-40min，直接將爐溫升至1lO0C _1030°C進行加熱，加熱時間< 5min，隨爐冷卻至550°C _600°C，出爐空冷，獲得成品模具鋼。
[0014]對于耐高溫蠕變低壓模具鋼的制備方法，可采用如下優(yōu)化方案:
步驟一中，進入水冷結(jié)晶器冷卻前先進入真空罐脫氣。
[0015]步驟一中所采用脫氧劑為鋁。
[0016]步驟一中，鋼錠的冷卻方法為直立坑冷。
[0017]步驟二中，終鍛溫度彡850 °C。
[0018]步驟二中，鍛造方法為先采用輕快鍛打，在鍛透后采用重錘鍛打，當接近終鍛溫度時，再變?yōu)檩p快鍛打。
[0019]本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是:
本發(fā)明所生產(chǎn)的模具鋼純凈度高，具有優(yōu)秀的物理特性，在成本未增加的基礎上，可以在低于600°C的工作溫度下長期工作，提高了抗冷熱疲勞及裂紋擴展速率性能，并減少了與鋁合金在壓鑄過程中的粘結(jié)現(xiàn)象。
【具體實施方式】
[0020]以下將圍繞兩個有區(qū)別的技術(shù)改進方向，通過六個具體實施例對技術(shù)方案進行具體說明。
[0021]具體實施例1，此處設定為改進型H13I型:
一種耐高溫蠕變低壓模具鋼，該模具鋼中各化學組分的重量百分比為:
C: 0.36% ；Si:1.0% ；Mn:0.7% ；Cr:4.5% ；Mo:1.8% ；V:0.8% ；Fe:90.84%。
[0022]一種耐高溫蠕變低壓模具鋼的制備方法，包括如下步驟:
步驟一、對冶煉好的鋼水采用電渣重熔工藝進行冶煉，經(jīng)重熔、渣洗、真空脫氣、水冷結(jié)晶器快速冷卻，獲得鋼錠或鋼坯；為了控制柱狀晶的發(fā)展，減少鋼錠的偏析程度，增加鋼錠的致密性，獲得優(yōu)良鋼錠，我們重點設計了以下幾點:①良好的脫氣。鋼中含有較多氣體會使晚結(jié)晶的鋼液熔點降低，相當于提高了鋼液溫度，促使柱狀晶的發(fā)展。其中氫的有害作用最大。②結(jié)晶核心的影響。過冷度愈大，鋼中的結(jié)晶核心愈多，組織愈致密。生產(chǎn)中用鋁脫氧(鋁的氧化、氮化物可作為結(jié)晶核心)能夠獲得細晶粒鋼。③電渣重熔后鋼錠的冷卻由原來的橫臥坑冷，改變成直立坑冷，有利于等軸晶的形成。
[0023]步驟二、對步驟二中獲得的鋼錠或鋼坯進行加熱至850°C，保溫20 min，再加熱至1100°C，保溫40 min，出爐鍛造，先采用輕快鍛打，在鍛透后采用重錘鍛打，當接近終鍛溫度850 V時，再變?yōu)檩p快鍛打，冷卻，獲得鍛造后模具鋼。
[0024]在鍛造實際生產(chǎn)中，模具鋼常采用普通鍛造方法，由于鍛造比不夠，組織中的碳化物沒有被擊散，導致材料等向性不好。實驗證明，壓鑄鋁熱作模具鋼必須達到7左右的變形量(即鍛造比)，才能達到模具鋼的最佳使用性能。經(jīng)過實驗改進，在空氣錘上采用三鐓三撥，輕、重、輕的多遍反復鍛造法，即“二輕一重”鍛造法，使碳化物盡可能均勻化，鍛后所得為珠光體上均勻分布的細粒碳化物。所謂“二輕一重”是指在開坯時的變形量要小，采用輕擊快打的鍛打法；當達到一定的變形量(即鍛透)以后，可適當加大錘擊力量，以增加變形量，提高鍛造效率；當接近終鍛溫度時，則應減少錘擊力量，以防鍛件開裂?！岸p一重”還包含在開坯時與終鍛結(jié)束時的錘擊力量較輕，中間各鍛造環(huán)節(jié)的錘擊力較重這樣一個含義，其目的也是防止開裂并平整鍛件。模具鋼在鍛造過程中會產(chǎn)生較大的應力，同時在由高溫向低溫冷卻過程中，還會產(chǎn)生組織應力，加上有些模具鋼的導熱性差，因此，必須采取適當?shù)睦鋮s方式和冷卻條件，否則，鍛件可能產(chǎn)生表面裂紋或內(nèi)部裂紋，模具鋼鍛件可采用坑(或沙)冷，也可隨爐冷卻。
[0025]步驟三、對步驟三中獲得的鍛造后模具鋼進行熱處理，首次預熱至500°C，保溫20min, 二次預熱至800°C，保溫20min，直接將爐溫升至1010°C進行加熱，加熱時間5min，隨爐冷卻至550°C，出爐空冷，獲得成品模具鋼。
[0026]具體實施例2，此處設定為改進型H13II型:
一種