一種合金鋼及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種合金鋼及其制作方法。
【背景技術】
[0002]在機械制造領域，大量機械配件生產采用鍛造或壓鑄、熱擠成型。目前，國內汽車制造和礦山機械制造行業，比較普遍采用的典型熱鍛模用鋼是H13、3Cr3Mo3VNb、5Cr2NiMoVS1、5CrNiMoV、5CrMnMo等，壓鑄模和熱擠模用鋼最為典型的是國產3Cr2w8v、3Cr2MnNiMo等，近年來，有人已發明了 012AL(5Cr4Mo3SiMnVAL)，目前正在開展推廣應用。
[0003]這些典型國產熱作模具鋼在人們生產實踐中很長時期內發揮著巨大作用，解決了機械制造中許多實際問題。
[0004]然而，隨著改革開放的步伐加快，工業生產的突飛猛進，上述典型熱作模具鋼早已難以滿足企業生產日益增長的客觀需求。所以就有大量國外生產的熱作模具鋼涌入中國市場，例如瑞典、日本、德國等國家生產的典型模具鋼718、502、SKD61、55NiCrMoV6等等，已被我國不少企業廣泛采用。但是，這些優質的國外模具鋼也存在兩大問題:一是普遍價格比較貴，許多生產企業難以接受；二是普遍對熱處理的要求很高，國內很多企業往往在技術裝備上難以滿足其熱處理要求，這就使許多企業想用而又不敢用，自然制約了這些國外典型優質熱作模具鋼更廣泛的推廣應用。而熱鍛模和壓鑄模、熱擠模等大都是在800…1250°C高溫狀態下工作，總是承受著高溫沖擊磨損，高溫反復急熱急冷疲勞工作狀態，服役條件十分亞少
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[0005]因此，研制一種造價較低，便于實施熱處理，但同時又必須是高紅硬性、高強韌性、抗高溫磨損和抗熱疲勞模具鋼，早已是人們的強烈愿望和衷心期盼，也是許多大規模熱成形生產企業永恒的課題。
【發明內容】
[0006]為了達到以上目的，本發明提供一種成本低、高淬透性、高紅硬性、超高強度、抗磨損的合金鋼，并提供一種該種合金鋼的制作方法。
[0007]本發明所提供的一種合金鋼，合金鋼的成分及質量百分比為:C:0.33?0.45% ；Cr:4.5 ?5.5% ；Mo:3.0 ?3.8% ；ff:1.0 ?1.9% ；V:0.7 ?1.3% ；Mn:0.3 ?0.7 ;S1:0.3 ?0.7% ；N1:0.3 ?0.8% ；Nb:0.1 ?0.3% ；A1:0.07 ?0.20% ；Cu 不大于 0.15% ;余星由Fe和雜質組成。
[0008]其中，雜質的成分包括P和S，以質量百分比計P不大于0.03%，S不大于0.02%。
[0009]本發明所提供的合金鋼制作方法，包括以下步驟:備料，根據冶煉電爐規格，計算好每爐各種合金元素原料及廢鋼下爐比例和數量，基于計算結果備好所需的下爐料；電爐冶煉，將備好的下爐料按工藝要求下爐，進行充分熔解冶煉；爐外精煉，將充分熔解冶煉后的鋼液倒入一鋼包內，加入精煉劑，對鋼液進行脫氧、去渣和凈化；真空脫氣，將精煉好的鋼液倒入真空脫氣設備中進行充分脫氣，然后將鋼液倒入鋼錠模內進行凝固；脫模，待鋼錠模中的鋼液完全凝固后脫模制成鋼錠；電渣重熔，將鋼錠吊入電渣爐中進行電渣重熔，加入各種輔助原料對鋼錠進行再次凈化，之后將鋼錠埋入沙坑中緩冷；退火，對鋼錠進行退火，充分消除鋼錠內應力，細化鋼錠組織；鍛造，對退火后的鋼錠加熱至工藝要求溫度范圍，進行反復鐓拔鍛打，最后鐓拔成長條鋼棒或方鋼然后鋸成料塊，再次進行加熱反復鐓粗、拔長、鍛打成各規格形狀尺寸的模坯；再次退火，對模坯再次進行退火，徹底消除模坯內應力，細化模坯組織。
[0010]其中，備料步驟中備用的下爐料包括回爐料，回爐料為3Cr3Mo3VNb或30?50%的Hl3回爐料。
[0011]電渣重熔后的鋼錠成分組織偏析嚴重時采用高溫擴散退火，否則采用常規退火。
[0012]本發明的有益效果是:本發明的合金鋼的淬透性、紅硬性和熱穩定性得到顯著提高，特別適用于大型熱作模具用鋼；比國產3Cr2W8V優質熱作模具鋼導熱性明顯提高，有效消除其工作時出現的龜裂現象；成本降低，具有物美價廉的優點。本發明的合金鋼制作方法生產方便高效，能夠有效保證合金鋼的質量。
【具體實施方式】
[0013]本發明的合金鋼的成分及質量百分比為:C:0.33?0.45% ；Cr:4.5?5.5%；Mo:
3.0 ?3.8% ;W:1.0 ?1.9% ；V:0.7 ?1.3% ；Mn:0.3 ?0.7 ；S1:0.3 ?0.7% ；N1:0.3 ?
0.8% ；Nb:0.1?0.3% ；A1:0.07?0.20% ；Cu不大于0.15% ;余量由Fe和雜質組成。其中，雜質的成分包括P和S，以質量百分比計P不大于0.03%，S不大于0.02%。
[0014]針對引進美國H13早已國產化的4Cr5MoSiVl和國產的3Cr3Mo3VNb、012AL優質熱作模具鋼而言，加入了 W，并且Mo的含量是Hl3的兩倍以上，同時比3Cr3Mo3VNb和012AL中的含Mo量也高出10?20 %，根據W、Mo在合金鋼中的作用，它們可顯著提高鋼的紅硬性外，還可防止第二類回火脆性。另外，Mo又是顯著提高其鋼的淬透性元素。這就在確保上述典型優質鋼高強韌性優點基礎上，顯著提高了鋼的淬透性、紅硬性和熱穩定性，因而特別適用于大型熱作模具用鋼。
[0015]針對國產3Cr2W8V而言，本發明的合金鋼中的合金元素是微量多元組合，自然要比其少元素高含量組合的鋼性能優越得多，一個Mo在鋼中的作用等于2個W，因此，本發明合金鋼中W、Mo總量的作用絕對比3Cr2W8V鋼中高W的作用大，并且由于本發明合金鋼W的含量遠比3Cr2W8V中W含量低，這就比3Cr2W8V導熱性大幅度提高，有效消除其工作時出現的龜裂現象；并且由于W含量的大幅度下降，無論給鋼的冶煉還是熱處理，在工藝上帶來了更大的方便:另外由于W的單價是Mo單價的2倍，所以本發明合金鋼的制造成本僅W元素這一項降低6.5%以上，而用3.3%左右的Mo取而代之，這就使生產每噸鋼的W鐵消耗節省近萬元:加之本發明合金鋼中的Cr是3Cr2W8V的2.5倍，有效的提高了其淬透性和耐高溫腐蝕性能:由于加入了微量的Nb，有效地阻止了鋼在高溫加熱時的晶粒長大，起到了細化晶粒的作用，從而可以顯著提高其鋼的強韌性和耐熱疲勞壽命。再由于Cr是我國富有礦產，單價僅值W的7%，所以，本發明合金鋼合金組元的優化設計充分體現了物美價廉的設計宗匕曰ο
[0016]測試結果證明:本發明合金鋼跟目前國內較優的某特鋼集團公司生產的Η13Φ45樣料對比，抗拉強度在同等熱處理條件下提高10-20%，并經兩種尺寸相近試棒在三種不同工藝淬火后，分別在 570 ± 10°C、590 ± 10°C、620°C、650 ± 10°C、680°C和 700°C 各回火 2 小時后，其硬度比H13高3-4HRC，通常提高抗高溫回火能力在30-40°C。而且經材料機械加工表明:在STl鋼和H13鋼及012AL同等硬度情況下，STl更難以加工，刀具磨損明顯更為嚴重，可見比H13鋼更有效地提