專利名稱：：稀土奧氏體型熱作模具鋼及其制備方法
技術領域：
：本發明涉及一種稀土奧氏體型熱作模具鋼及其制備方法，屬合金鋼制造
技術領域：
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背景技術：
：目前國內外對奧氏體型熱作模具鋼的研究很少，對于熱作模具鋼，常用的都是馬氏體類型的鋼種，而馬氏體鋼的回火溫度一般在500-62(TC之間，如果超過這一溫度，馬氏體分解，導致基體軟化，難以在更高溫度條件下使用。而奧氏體型熱作模具鋼的基體是奧氏體，避免了這一問題。這類鋼通常通過固溶處理使合金元素溶入奧氏體基體，為時效硬化處理做組織準備，時效處理可以使合金元素Cr、Mo、V等以碳化物形式析出，通過第二相彌散析出提高強度。因此這類熱作模具鋼比馬氏體型熱作模具鋼將具有更高的熱穩定性和高溫強度。
發明內容本發明的目的是提供一種稀土奧氏體型熱作模具鋼。本發明的另一目的是提供一種稀土奧氏體型熱作模具鋼的制備方法。本發明一種稀土奧氏體型熱作模具鋼，其特征在于具有以下的成分及重量百分比C0.30.7%，Si0.51%，Mn10.515%，Cr2.06.00/0，Mo1.53.5%，V0.52.0%，P<0.02%，S<0.005%，稀土元素0.0030.01%，Fe余量。上述的稀土元素為Y或Ce。上述的稀土奧氏體型熱作模具鋼的制備方法，其特征在于具有以下的工藝過程和步驟a.熔煉將配料置于中頻感應爐中，在1500170(TC溫度下進行熔煉；b.澆注鋼錠，在澆注時加入稀土；將稀土用鐵皮包好，事先吊掛在澆注鋼模中，澆注完成后，一部分稀土沒有反應被保存下來；c.電渣重熔將鋼錠放于電渣重熔裝置中，進行二次精煉；保存下來的稀土將進一步與夾雜物反應，改善夾雜物的形態與分布；d.高溫均勻化隨著稀土的加入，高溫均勻化的溫度相應比正常提高3040°C，將上述鋼錠加熱到124012卯。C，并保溫810小時，使鋼成分均勻化，防止成分偏析，然后埋砂冷卻；e.鍛造將上述鋼錠加熱到1100115(TC，隨后進行粗鍛，終鍛溫度為950'C，得到鋼鍛件；f.毛坯鍛造將上述鋼鍛件毛坯再次加熱至11001150°C，在9501100"C溫度范圍內再次進行鍛造加工；g.退火然后在850'C溫度下退火8小時，以清除鍛造過程中產生的應力，隨后隨爐冷卻；h.采用固溶處理和時效處理的熱處理工藝，固溶溫度為H40120(TC，固溶時間為2060分鐘，時效溫度為70076(TC，時效時間為28小時。本發明鋼的理論依據奧氏體型熱作模具鋼的基體是奧氏體晶粒和彌散析出的碳化物，奧氏體熱作模具鋼的晶粒度、鋼的純凈度、鋼中析出的碳化物的大小、形態、分布都將是影響其性能的重要因素。因此，在本發明鋼中加入了稀土元素，主要有Y、Ce等元素，目的一方面通過稀土元素來脫氧、去硫、凈化鋼液、變質夾雜、改善組織。大部分加入的稀土元素將處于夾雜物中，這部分夾雜物密度小，在鋼液中將上浮排出鋼錠，在二次精煉中將進一步消除這些夾雜物。另一方面，稀土元素原子半徑大，一部分稀土元素溶入了鋼中，它與奧氏體不能形成置換式固溶體，更不能形成間隙式固溶體，只能存在于晶界空穴等缺陷中，所以稀土原子大多以內吸附的形式存在于晶界，降低晶界的界面能，使碳化物在晶界形核困難，可以減少鑄態晶界碳化物的數量，抑制碳化物在晶界形成連續網狀，改善鑄件性能。此外，在固溶處理時，稀土元素在晶界富集，阻礙原子擴散，阻礙奧氏體晶粒長大，因此，稀土的加入還可明顯細化奧氏體型熱作模具鋼的晶粒度。本發明熱作模具鋼經過熱處理后，具有較高的洛氏硬度、優異的熱穩定性、沖擊韌性和熱疲勞性能。圖l本發明鋼、H13鋼、DIEVAR鋼在700。C的熱穩定性對比圖2本發明鋼在700'C和750。C的熱穩定性對比圖3本發明鋼、H13鋼、DIEVAR鋼的熱疲勞裂紋對比具體實施例方式現將本發明的具體實施例敘述于后。實施例1本實施例中，采用熱作模具鋼的組成成分及其重量百分比如下C0.616%，Si0.923%，Mn14.282%，Cr2.993%，Mo1.685%，V1.6490/。，P0.016%，S<0.001%，稀土元素(Y)30ppm,Fe余量。本實施例中，熱作模具鋼的工藝過程和步驟如下(1)熔煉按上述配方配料，置于中頻感應爐中加熱，在160(TC條件下澆注鋼錠；澆鑄時將稀土用鐵皮包好，事先吊掛在澆注鋼模中，澆注完成后，一部分稀土沒有反應被保存下來；(2)電渣重熔將上述鋼錠放于電渣重熔裝置中，進行二次精煉；(3)高溫均勻化將上述鋼錠加熱到1250°C，并保溫9小時，使鋼成分均勻化，防止成分偏析，然后埋砂冷卻；(4)鍛造將上述鋼錠加熱到1220°C，隨后進行粗鍛，終鍛溫度為950'C，得到鋼鍛件；(5)毛坯鍛造將上述鋼鍛件毛坯再次加熱至1140°C，在IOO(TC溫度下再次進行鍛造加工；(6)退火然后在830。C溫度下退火8小時，以清除鍛造過程中產生的應力，隨后隨爐冷卻；(7)熱處理工藝固溶溫度為1170。C，固溶時間為30分鐘；時效溫度為720'C，時效時間為2小時。性能測試將上述熱作模具鋼樣品作性能測試，結果如下(1)時效后硬度HRC45(2)沖擊不開缺口室溫沖擊功大于300J。開U型缺口室溫沖擊功25J。(3)熱穩定性此處的熱穩定性的表達方式為合金鋼材料在高溫條件下保溫一段時間，其硬度保持不變即不下降的能力，所以用材料保溫后的硬度來反映。本發明的熱作模具鋼與原有的H13鋼及D正VAR鋼在70(TC條件下，做熱穩定性試驗，H13鋼及DIEVAR鋼的成分如下表1所示，本發明鋼、H13鋼、DIEVAR鋼的熱穩定性對比如附圖1所示。表1H13鋼及D正VAR鋼的成分<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>對于H13和DIEVAR鋼，各自取其最佳淬火回火工藝，再做熱穩定性試驗。H13鋼熱處理工藝110(TC淬火+60(TC回火2小時(2次)。DIEVAR鋼熱處理工藝1025。C淬火+600。C回火2小時(2次)十560。C回火2小時。為考察本發明熱作模具鋼的高熱強性，在75(TC條件下，做熱穩定性試驗，并與70(TC條件下熱穩定性數據作對比。如附圖中的圖2所示。從圖1試驗曲線中可看出，H13鋼和DIEVAR鋼在700。C條件下，熱穩定性很差，而本發明熱作模具鋼在700'C條件熱穩定性很好。從圖2可以看出，本發明鋼在75(TC條件下仍然具有優異的熱穩定性。(4)熱疲勞性能采用自約束熱疲勞試驗裝置，循環方式在室溫到70(TC之間循環。循環次數為2000次、3000次。與馬氏體型的H13鋼、DIEVAR鋼的熱疲勞性能作對比，兩種鋼的成分如表l所示，其熱疲勞裂紋對比照片如附圖3所示。從上面裂紋照片可看出，本實驗鋼的熱疲勞裂紋少，且比較細小，已經達到甚至超過了H13鋼DIEVAR鋼。權利要求1.一種稀土奧氏體型熱作模具鋼，其特征在于該鋼具有以下的化學成分及重量百分比C0.3～0.7％，Si0.5～1％，Mn10.5～15％，Cr2.0～6.0％，Mo1.5～3.5％，V0.5～2.0％，P＜0.02％，S＜0.005％，稀土元素0.003～0.01％，Fe余量。2.如權利要求書l所述的稀土奧氏體型熱作模具鋼，其特征在于所述的稀土元素為Y或Ce。3.—種用于如權利要求書l所述的稀土奧氏體型熱作模具鋼的制備方法，其特征在于該工藝具有以下的過程和步驟1)按稀土奧氏體型熱作模具鋼的化學成分及重量百分比C0.30.7%，Si0.5lo/o，Mn10.515o/o，Cr2.06.0%，Mo1.53.5%，V0.52.0%,P<0.02%，S<0.005%，稀土元素0.0030.01%，Fe余量，進行配料、熔煉；澆鑄時將稀土用鐵皮包好，事先吊掛在澆注鋼模中，澆注完成后，一部分稀土沒有反應被保存下來；然后電渣重熔；2)高溫均勻化在12401290。C保溫810小時；進行粗鍛和毛坯鍛造；然后在800900'C溫度下退火610小時；3)采用固溶處理和時效處理的熱處理工藝，固溶溫度為U40120(TC，固溶時間為2060分鐘，時效溫度為700760°C，時效時間為28小時。全文摘要本發明涉及一種稀土奧氏體型熱作模具鋼材料，屬合金鋼制造
技術領域：
。本發明的熱作模具鋼的成分及重量百分比為C0.3～0.7％，Si0.5～1％，Mn10.5～15％，Cr2.0～6.0％，Mo1.5～3.5％，V0.5～2.0％，P0.01～0.02％，S＜0.005％，稀土元素0.003～0.01％，Fe余量。本發明熱作模具鋼的制備方法是配料后熔煉、澆鑄、電渣重熔，在1240～1290℃高溫均勻化；進行粗鍛、毛坯鍛造和退火，然后在1140～1200℃固溶處理和700～760℃時效處理。本發明的熱作模具鋼是一種高熱穩定性、高強度、高韌性的加稀土奧氏體型熱作模具鋼。文檔編號C22B9/16GK101302602SQ20081004004公開日2008年11月12日申請日期2008年7月1日優先權日2008年7月1日發明者呂廣奇,吳曉春,浩江,王良平,閔永安申請人:上海大學