一种高端热作模具钢的优化方法和工艺步骤技术

本发明专利技术提供一种高端热作模具钢的优化方法和工艺步骤，在国家标准模具钢H13的基础上，采用优化原料配方、优化熔炼工艺、优化热处理工艺三管齐下，结合了H13的高稳定性，进一步提高了抗热疲劳性、抗回火性能，具有更好的热强韧性，明显提高了模具的使用寿命。具备以下特点和优势：1.高纯净度，提高模具的疲劳寿命；2.高等向性，优异的抗冲击开裂；3.优异的强韧性和极佳的耐磨性；4.优异的淬透性，高温热处理时的尺寸稳定性；5.优异的耐热冲腐蚀性、极佳的抗热龟裂性能。

Optimization method and process steps of a high end hot work die steel

The invention provides an optimization method and process step for high end hot working die steel. On the basis of the national standard die steel H13, the optimization of raw material formula, optimization of melting process and optimization of heat treatment process are used, and the high stability of H13 is combined, and the resistance to heat fatigue and tempering is improved, and it is better. The service life of the die is obviously improved by the thermal strength and toughness. The following features and advantages: 1. high purity, improve the fatigue life of the mold; 2. high direction, excellent anti impact cracking; 3. excellent toughness and excellent wear resistance; 4. excellent hardenability, high temperature heat treatment of the dimensional stability; 5. excellent heat resistance and corrosion resistance, excellent thermal cracking resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种高端热作模具钢的优化方法和工艺步骤
本专利技术涉及机械零件成型
，具体涉及一种高端热作模具钢的优化方法和工艺步骤。
技术介绍
随着模具工业的迅速发展，越来越多的零件采用压铸、热挤压、热锻成形工艺。目前我国广泛应用的热作模具钢主要是国标H13(4Cr5MoSiV1)，具有良好的韧性和热疲劳性能，应用于铝压铸模、热锻模等产品，特别是近年来我国汽车工业的飞速发展，汽车部件铝压铸模、热锻模的需求量更是井喷式增长，每年开设此类模具在10000万套以上。铝合金压铸模、热锻模的服役条件较为苛刻，铝合金熔液的温度通常在650～700℃左右，热锻产品温度在1000℃左右，模具在使用中要与高温金属接触，模具型腔表面在短时间内骤然升到700℃，之后又迅速冷却，这种急冷急热过程会在模具表面产生应力，然而H13模具钢能耐受的最高工作温度为540℃，当使用温度高于540℃时，其硬度迅速下降，即抗热裂性能会根据温度的升高而明显下降，适应不了热作模具在使用中急冷急热的工作环境，模具在循环应力作用下服役，其表面容易产生疲劳裂纹、熔蚀等早期失效问题，影响模具的使用寿命。并且，与实际需求相比，H13钢的纯净度、高温强度与韧度、抗氧化性、回火稳定性、以及硬度、耐热性能和导热性能都需要有较大的提升。模具合金钢的特性主要是由其化学成分来决定的，Mo溶解于A中能提高钢的淬透性，Mo是作为使模具钢具有二次硬化的主要合金元素加入的；V是有效阻止A晶粒粗化的元素，也是在高温下服役的钢材的重要合金化元素。市场上投放的H13模具钢是按国家标准生产的，但在实际应用时，因产品要求、生产条件、环境特点等与发达国家产品之间的差别还是很大。模具钢的质量指标之一是碳化物分布均匀性，H13钢的含碳量不太高，仅为0.4％左右，但合金元素总量达8％，因此属于过共析钢，由于碳及合金元素的偏析，H13钢中有时会出现亚稳定的共晶碳化物。这类碳化物一旦形成大块的棱角状，或堆集成网链状。由于钢锭凝固时的选分结晶，尤其是凝固后期枝晶偏析严重，在枝晶网胞边缘产生连续粗大的碳化物，使金属塑性急剧下降。热加工退火后，贫碳区和富碳区交替分布形成带状组织，导致模具各向力学性能不一致，将会促使模具提前失效。正是基于以上情况，我公司根据铝压铸模具、热锻模具的工作特点，对热作模具钢H13进行了针对性的工艺改革，经反复试验、多次改进，终于有了重大突破，本案由此产生。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提升热作模具钢的工艺性能，提供一种高端热作模具钢的优化方法和工艺步骤，具体内容以YFH-17模具钢的生产工艺为例来展开。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：1.模具钢化学成分(重量比)化学成分CSiMnPSCrMoVH13钢国家标准0.32～0.450.80～1.200.20～0.50≤0.030≤0.0304.75～5.501.10～1.750.80～1.20YFH-17钢0.35～0.400.30～0.600.30～0.60≤0.015≤0.0054.70～5.302.20～2.800.40～0.70此外，YFH-17钢还含有不大于0.02的稀土元素(Re)，而H13钢则无此要求。2.YFH-17钢制作工艺步骤如下：根据表一配方把原料倒入电弧炉→炉外精炼炉提纯→真空脱气炉脱气→把熔炼炉中部的钢水到入铸模浇铸成钢坯(不用上部和底部的钢水，因为含有气泡和炉渣)→轧制成材→电渣重熔→纵横锻打→超细化热处理→检验合格出厂本专利技术的熔炼方法能提高钢的纯净度，使模具钢中的非金属夹杂物含量达到如下表所示标准3.超细化热处理工艺：把模具钢随炉加热升温至650度，保温1～2小时后→随炉加热升温至860～880度，保温1～2小时后，→随炉加热升温至1040～1050度时，按锻件厚度的1～1.5毫米每分钟(以最大工件厚度)计算保温时间，保温后出炉→预冷片刻至接近950度时(温度不低于950度)快速入油槽淬油→出油槽时应温度合适(锻件保持表面冒白烟)温度应为350～400度→待温度降至250度左右时，及时等温球化退火。本专利技术的有益效果是：YFH-17钢是在H13成熟工艺基础上开发的一款高端高性能的热作模具钢，结合了H13的高稳定性，并进一步提高了抗热疲劳性、抗回火性能，具有更好的热强韧性，明显提高了模具的使用寿命。具备以下特点和优势：1.高纯净度，提高模具的疲劳寿命；2.高等向性，优异的抗冲击开裂；3.优异的强韧性和极佳的耐磨性；4.优异的淬透性，高温热处理时的尺寸稳定性；5.优异的耐热冲腐蚀性、极佳的抗热龟裂性能。附图说明图1是本专利技术YFH-17模具钢和H13模具钢的微量元素化学成分配方对比表(重量比)。图2是本专利技术YFH-17模具钢和H13模具钢中的非金属夹杂物含量对比表。图3是是本专利技术YFH-17模具钢制作的工艺流程。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细阐述。实施例1：以YFH-17钢为例，1.YFH-17模具钢的微量元素化学成分配方(重量比)，参看下表。化学成分CSiMnPSCrMoVH13钢国家标准0.32～0.450.80～1.200.20～0.50≤0.030≤0.0304.75～5.501.10～1.750.80～1.20YFH-17钢0.35～0.400.30～0.600.30～0.60≤0.015≤0.0054.70～5.302.20～2.800.40～0.70从上表可以看出：YFH-17钢钼(MO)含量突破H13标准上限1.75，大幅提高至2.20以上，这样能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下工作，发生的逐渐变形，称蠕变)。同时YFH-17钢大幅降低了矾(V)的含量低于H13标准下限，钢中的含钒量，一般均不大于0.5％。钒和碳、氨、氧有极强的亲和力，与之形成相应的稳定化合物。其主要作用是细化钢的组织和晶粒，提高钢的强度和韧性。当在高温溶入固溶体时，增加淬透性；反之，矾(V)的含量增加如以碳化物形式存在时，会降低钢的淬透性及强度和韧性。YFH-17钢大幅降低了硅(Si)的含量低于H13标准下限，硅脱氧能力较强，是炼钢常用的脱氧剂，故一般钢中均含硅(Si)，其含量≤0.5％，硅(Si)能溶于铁素体和奥氏体中，提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度。但同时，硅(Si)含量的增加，会以非金属夹杂物的形式存在，降低了钢的焊接性能，促进回火脆性的发展，使塑性降低，容易断裂。YFH-17钢增加了不大于6％的稀土元素(Re)，而H13钢则无此要求。稀土元素(Re)能提高锻轧钢的塑性和冲击韧性，能提高高温合金的抗蠕变性能，也可以提高钢的抗氧化性和抗腐蚀性，抗氧化性的效果超过硅、铝、钛等元素，它能改善钢的流动性，减少非金属夹杂物，使钢组织致密、纯净。压铸模具在高温下服役，必须注意控制模具钢中硫(S)、磷(P)的含量，H13钢中的磷(P)和硫(S)在凝固过程中形成的磷化物和硫化物在晶界沉淀富集，会降低晶界的结合强度，因而使钢产生晶间脆性，降低钢的塑性、韧性及疲劳性能，影响模具的使用寿命。而YFH-17钢的硫(S)含量控制在0.005％以下，磷(P)含量控制在0.015％以下。有效的减少了晶间脆性，提高了钢的塑性、韧性及疲劳性能。2.本专利技术的YFH-17钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高端热作模具钢的优化方法和工艺步骤，其特征在于：模具钢化学成分(重量比)如表所示

【技术特征摘要】
1.一种高端热作模具钢的优化方法和工艺步骤，其特征在于：模具钢化学成分(重量比)如表所示化学成分CSiMnPSCrMoVYFH-17钢0.35～0.40.3～0.60.3～0.6≤0.015≤0.0054.7～5.32.2～2.80.4～0.7此外，YFH-17钢还含有不大于0.02的稀土元素(Re)。2.如权利要求1所述的一种高端热作模具钢的优化方法和工艺步骤，其特征在于：YFH-17钢制作工艺步骤如下：根据表一配方把原料倒入电弧炉→炉外精炼炉提纯→真空脱气炉脱气→把熔炼炉中部的钢水到入铸模浇铸成钢坯(不用上部和底部的钢水，因为含有气泡和炉渣)→轧制成材→电渣重熔→纵横锻打→超细化热处理→检验合格出厂本发明的熔炼方法使...

【专利技术属性】
技术研发人员：范国勇，
申请(专利权)人：浙江嵊州元丰模具有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33