一种高强度模具钢及其加工方法技术

本发明专利技术涉及金属材料的技术领域，它涉及一种高强度模具钢及其加工方法，包括以下元素并按照质量百分比计：0.45%～0.65%的碳,4.16%～8.5%的铬，0.56%～2.13%的钼,0.55%～1.96%的锰,1.45%～3.04%的硅,0.003%～0.009%的钽,0.13%～0.25%的硼,0.22%～0.39%的钨，不高于0.019%的硫和不高于0.023%的磷,余量为铁和不可避免的杂质，将废钢、铬铁、钨渣铁和钼铁混合加热熔化，钢水温度达到950℃以上时,最后加入硅铁和锰铁，炉前调整成分合格后将钢水温度升至1050～1200℃，依次加入钽铁和含氮锰铁，再次加热5min～8min使得钢水温度达到1300℃后添加入硼铁再次烧1min～3min后直接将钢水浇铸成铸件或铸锭。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属材料的
,更具体地说，它涉及一种高强度模具钢及其加工方法。
技术介绍
用模具加工成型零件具有生产效率高、质量好、节约材料和成本低等一系列优点，应用范围极其广泛。热作模具钢是一类重要的模具材料，由于热作模具是在高温下长时间工作的，随着服役时间的延长其组织将发生变化，性能也会相应地发生改变，因此，这就要求热作模具钢具有良好的强韧性、冷热疲劳性能及高温热稳定性等。如何提高模具钢的结构强度，进而提高其使用寿命是当今模具行业所面临的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种结构强度大，耐磨性强的的模具钢及其加工方法。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种高强度模具钢，包括以下元素并按照质量百分比计：0.45% ～0.65%的碳,4.16%～8.5%的铬，0.56%～2.13%的钼, 0.55%～1.96%的锰, 1.45%～3.04%的硅,0.003%～0.009%的钽,0.13 %～ 0.25% 的硼, 0.22 %～0.39% 的钨，不高于0.019% 的硫和不高于0.023% 的磷, 余量为铁和不可避免的杂质。上述当中的元素的效果体现：碳是强化机体组织和扩大奥氏体区域的元素，当碳含量增加时，可以适当降低锰的含量，从而减轻钢的冷作硬化现象。同时，碳含量的提高，可以提高基体的强度，并可以和其他合金元素形成不同的M2C和MC型碳化物，达到强化基体的效果 ；但碳含量过高时，将对钢的韧性造成负面影响，并降低钢的抗冷热疲劳性能。硅在炼钢的过程中，用作还原剂和脱氧剂。硅在钢中不形成碳化物，而是以固溶体的形态存在于奥氏体中，它提高钢中固溶体的强度和冷加工变形硬化率的作用极强，硅有利于碳化物在高温时效过程中析出，还可以增加析出碳化物的弥散度，提高高温抗氧化能力和基体抗力。锰是该专利技术钢中形成奥氏体的基本元素，可以达到稳定奥氏体相，并可以增加材料的机体强度，在高温时可以使得材料保持奥氏体组织，材料高温时获得稳定的奥氏体组织的相。由于高锰钢存在冷作硬化现象，当其含量过高时，不利于机加工，因此锰的含量要选在一个合理的范围内。铬加入钢中能显著改善钢的机加工性能和抗氧化性能，增加钢的抗腐蚀能力。铬也可溶入奥氏体中，起固溶强化作用。铬元素同时可以增加材料的淬透性，并在材料的冷却过程中析出相应的合金碳化物起到强化作用。另外，铬与锰的配合可形成稳定的奥氏体，因此可以减少锰的加入量。钼属于缩小奥氏体相区的元素，钼在钢中存在于固溶体相和碳化物中。在碳化物相中，当钼含量较低时，与铁及碳形成复合的渗碳体，当含量较高时，则形成它自己的特殊碳化物。钼的扩散速度远小于碳的扩散速度。钼在钢中的作用可归纳为提高淬透性、提高热强性、防止回火脆性、提高剩磁和矫顽力，提高在某些介质中的抗蚀性与防止点蚀倾向等。钼溶入奥氏体中，固溶强化基体，也可以形成碳化物，增强了钢的高温强度、硬度和耐磨性。当钼的含量超过 2.5％时，容易造成钢的脱碳，其含量要得到合理控制。硼可以改善冶金工业中烧结矿的质量，降低熔点、减小膨胀，提高强度硬度。钽、钨强碳化物形成元素，形成的碳化物硬度高，可以提高模具钢耐磨性，另外溶于基体的部分钨、钽可以提高基体强度，有利于改善模具钢的耐磨性。另外，钨、钽具有良好的细化凝固组织和碳化物的作用，有利于提高 模具钢的强度和韧性。钨、铌、钽是昂贵合金元素，为了降低 模具钢的生产成本，加入钨渣铁合金补充钨、钽。钨渣铁合金是铁合金厂冶炼钨铁所剩的工业废渣，其中仍含有一定量的钨、锰、铌、钽和钛等合金元素，这些废渣若长期大量堆积还会造成环境污染，造成资源的巨大浪费。本专利技术将钨渣铁合金直接加入熔炉中冶炼，可以对模具钢起良好的微合金化作用。钢中磷和硫在凝固过程中形成磷化物和硫化物在奥氏体晶界沉淀。因而产生晶间脆性，使钢的塑性降低，还会使钢锭锻轧时在偏析区产生裂纹，降低了钢的力学性能。一种适用于高强度模具钢的加工方法，如下步骤： a.对熔炉进行预升温，使得容炉内温度到达150℃，再将废钢、铬铁、钨渣铁和钼铁混合加热熔化，钢水温度达到950℃以上时,最后加入硅铁和锰铁，炉前调整成分合格后将钢水温度升至1050～1200℃，依次加入钽铁和含氮锰铁，再次加热5min～8min使得钢水温度达到1300℃后添加入硼铁再次烧1min～3min后直接将钢水浇铸成铸件或铸锭；b. 预制胚件，将步骤a当中的铸件或铸锭从炉内取出放置平台上，通过锻压机进行镦粗，镦粗比为3.1以上，然后轴向采用WHF锻造法拔长为正方，每趟压下量20%后，重新回炉加热至1250℃，保温2h。采用这样的锻造方式能够完成破碎钢锭内部的粗大晶枝，将钢锭的铸态组织转变为锻态组织，初步锻合内部孔隙，压实中心疏松等缺陷。c.将经步骤b后的使用 FM 锻造法拔长，对锻件采用上下大平板将锻件镦粗，然后采用大压下量的 FM 锻造法拔长，即用上宽砧，下平台，对锻件沿原有纤维方向进行拔长，之后进炉加热至1250℃保温 2.5h以上，采用该法能够非常有利的压实锻件内部中心疏松，消除缩孔等缺陷。足够的保温时间能够使钢锭内部原子得到充分的高温扩散，能够使锻合的内部缺陷得到焊合。d.将经步骤c后制成的锻件拔长至成品尺寸；e.将锻件进行热处理，进而得到成品模具钢；f.将模具钢在 -120℃左右液氮中处理 2～3h；g. 升至室温，保存10～15h后，再加热至 240～260℃，保温1～2h，空冷。本专利技术进一步设置为：所述步骤b采用WHF锻造法,即超宽平砧强压拔长法，砧宽比为 0.45～0.67，每次压下率至少为 20%，拔截面为长方形的锻件，此时料宽比 B/H 为 0.88～1.95，长宽比 L/H 为2.5～3.4。本专利技术进一步设置为：所述步骤c中采用大压下量的 FM 锻造法，即对锻件采用上下大平板将锻件镦粗，以锻件原有长度纤维方向为锻件宽度方向，原宽度方向变为长度方向。本专利技术进一步设置为：所述步骤e热处理工艺为：模具钢重新回炉加热至900℃～950℃并保温 3～5h，然后然后继续随炉加热至950～ 1000℃ , 保温 1.5 ～ 2.5h，再继续加热至 1050 ～ 1100℃，保温0.5 ～ 1.2h，而后油冷至不高于100℃后重新加热至560℃～710℃的温度范围并保温3h，出炉水冷低于200℃后，空冷。对比现有技术的不足，本专利技术的有益效果：模具钢实现了高强度的目的，在物理或化学的调节下，模具钢具备了极强的耐压性及极强的耐腐蚀能力。具体实施方式实施例1：一种高强度模具钢，包括以下元素并按照质量百分比计：0.45%的碳,4.16%的铬，0.56%的钼,0.55%的锰,1.45%的硅,0.003%的钽,0.13%的硼, 0.22%的钨，不高于0.019% 的硫和不高于0.023% 的磷, 余量为铁和不可避免的杂质。a.对熔炉进行预升温，使得容炉内温度到达150℃，再将废钢、铬铁、钨渣铁和钼铁混合加热熔化，钢水温度达到950℃以上时,最后加入硅铁和锰铁，炉前调整成分合格后将钢水温度升至1050℃，依次加入钽铁和含氮锰铁，再次加热5min使得钢水温度达到1300℃后添加入硼铁再次烧1min后直接将钢水浇铸成铸件或铸锭；b. 预制胚件，将步骤a当中的铸件或铸锭从炉内取出放置平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度模具钢，其特征是：包括以下元素并按照质量百分比计：0.45% ～0.65%的碳,4.16%～8.5%的铬，0.56%～2.13%的钼, 0.55%～1.96%的锰, 1.45%～3.04%的硅,0.003%～0.009%的钽,0.13 %～ 0.25% 的硼, 0.22 %～0.39% 的钨，不高于0.019% 的硫和不高于0.023% 的磷, 余量为铁和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高强度模具钢，其特征是：包括以下元素并按照质量百分比计：0.45% ～0.65%的碳,4.16%～8.5%的铬，0.56%～2.13%的钼, 0.55%～1.96%的锰, 1.45%～3.04%的硅,0.003%～0.009%的钽,0.13 %～ 0.25% 的硼, 0.22 %～0.39% 的钨，不高于0.019% 的硫和不高于0.023% 的磷, 余量为铁和不可避免的杂质。2.一种适用于权利要求1所述的高强度模具钢的加工方法，其特征是包括如下步骤：a.对熔炉进行预升温，使得容炉内温度到达150℃，再将废钢、铬铁、钨渣铁和钼铁混合加热熔化，钢水温度达到950℃以上时,最后加入硅铁和锰铁，炉前调整成分合格后将钢水温度升至1050～1200℃，依次加入钽铁和含氮锰铁，再次加热5min～8min使得钢水温度达到1300℃后添加入硼铁再次烧1min～3min后直接将钢水浇铸成铸件或铸锭；b. 预制胚件，将步骤a当中的铸件或铸锭从炉内取出放置平台上，通过锻压机进行镦粗，镦粗比为3.1以上，然后轴向采用WHF锻造法拔长为正方，每趟压下量20%后，重新回炉加热至1250℃，保温2h；c.将经步骤b后的使用 FM 锻造法拔长，对锻件采用上下大平板将锻件镦粗，然后采用大压下量的 FM 锻造法拔长，即用上宽砧，下平台，对锻件沿原...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶君志，刘玉娇，叶潇璠，
申请(专利权)人：浙江三门太和大型锻造有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33