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一种耐高温模具钢及其制备方法.pdf

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一种 耐高温 模具钢 及其 制备 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910049311

申请日:

20190118

公开号:

CN109536844A

公开日:

20190329

当前法律状态:

实质审查的生效

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效
IPC分类号: C22C38/02;C22C38/06;C22C38/04;C22C38/54;C21D1/18 主分类号: C22C38/02;C22C38/06;C22C38/04;C22C38/54;C21D1/18
申请人: 西华大学
发明人: 陈宝书;栾道成;胡志华;毛良东;任阳;王遇元
地址: 610039 四川省成都市金牛区土桥金周路999号
优先权:
专利代理机构: 51229 代理人: 李林合;李蕊
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910049311

授权公告号:

法律状态公告日:

20190423

法律状态类型:

实质审查的生效

摘要

本发明公开了一种耐高温模具钢,包括以下质量百分比的组分:C0.75%~0.95%,Cr6%~8%,Si0.5%~1.5%,Al3%~5%,Ni0.3%~0.5%,Zn0~0.2%,Mn0.5%~1.5%,B0.001%~0.5%,Re0.02%~0.08%,P+S≤0.03%,余量为铁。制备该模具钢时,先将除Zn、B和Re之外的其他材料放入电弧炉内进行初练,然后加入Zn、B和Re进行精炼,将精炼后的钢水浇筑成坯料,然后进行两次回火处理,即可得到具有高强度、高柔韧性和耐高温性能良好的模具钢。采用本发明中的配方及制备方法,可有效解决模具钢强度低、加工性差以及耐高温性差的技术问题。

权利要求书

1.一种耐高温模具钢,其特征在于,包括以下质量百分比的组分:C 0.75%~0.95%,Cr 6%~8%,Si 0.5%~1.5%,Al 3%~5%,Ni 0.3%~0.5%,Zn 0~0.2%,Mn 0.5%~1.5%,B 0.001%~0.5%,Re 0.02%~0.08%,P+S≤0.03%,余量为铁。 2.根据权利要求1所述的耐高温模具钢,其特征在于,包括以下质量百分比的组分:C 0.8%,Cr 7%,Si 1.5%,Al 5%,Ni 0.4%,Zn 0.1%,Mn 1%,B 0.1%,Re 0.04%,P+S≤0.03%,余量为铁。 3.根据权利要求1所述的耐高温模具钢,其特征在于,包括以下质量百分比的组分:C 0.8%,Cr 8%,Si 0.5%,Al 4%,Ni 0.5%,Mn 1.5%,B 0.001%,Re 0.08%,P+S≤0.03%,余量为铁。 4.制备如权利要求1~3任一项所述耐高温模具钢的方法,其特征在于,包括以下步骤: (1)熔炼:将除Zn、B和Re之外的其他材料放入电弧炉内进行初练,然后将初练后的钢水以1450~1500℃的温度出钢到钢包中进行钢包精炼;出钢前向钢水中加入Zn粒和B粒,出钢后向钢水中加入Re;钢包精?#24230;?#31243;底?#26723;?#27668;,氮气流量为250~300Nm3/min,并将吊包温度控制在1450~1500℃,连续吹气20~30min,完成精炼; (2)浇注:将精炼后的钢水浇注成坯料,并进行淬火处理; (3)一次回火:以15~20℃/min的升温速率将淬火后的坯料加热到770~820℃,保温4~6h,然后空冷至150~200℃,保温1~2h; (4)二次回火:将一次回火后的坯料升温至650~670℃,保温8~10h,然后空冷至室温,得耐高温模具钢。 5.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)中钢水出钢温?#20219;?470℃。 6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于:步骤(1)中进行钢包精炼时,底?#26723;?#27668;的流量为280Nm3/min,吹气时间为25min。 7.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于:所述Zn粒和B粒的粒径为1~3cm。 8.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于:一次回火时,将坯料加热到800℃,保温5h,然后空冷至150℃,保温2h。 9.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于:二次回火时,将坯料加热到650℃,保温9h,然后空冷至室温。

说明书


一种耐高温模具钢及其制备方法
技术领域


本发明属于模具材料技术领域,具体涉及一种耐高温模具钢及其制备方法。


背景技术


热作成?#38382;?#19968;种近终成形技术,由于其成形效率高、损耗小,因而在工业生产中广
泛使用,其技术的发展水平,已经成为衡量国家制造业水平高低的重要指标。热作成形技术
最重要的是用于制造热作模具的合金钢材料,热作模具一般在高温、热冲击等恶劣工作条
件下工作?#27169;?#22240;此要求热作模具钢具有优良的综合性能。目前,工业生产上广泛使用的是
H13钢。H13钢在600℃以下工作,具有良好的?#20219;?#23450;性和抗热疲劳性能,较好的强韧性结合,
但在600℃以上,材料的强度和?#20219;?#23450;性?#26412;?#19979;降,失去了原来的优异性能。而高耐热性的
H21钢在高温条件下抗热疲劳性能较差,模具常常因发生龟裂纹而失效,这大大?#26723;土?#27169;具
的使用寿命,增加了生产成本。


鉴于上述热作模具钢的现状,许多国内外钢铁厂和研究机构都致力于开发新型高
性能的热作模具钢?#27169;?#24050;经取得一定的研究成果,研发了一大批热作模具钢,但其更多的是
侧重某一方面的性能,因而其应用领域有限。


发明内容


针对上述现有技术,本发明提供一种耐高温模具钢及其制备方法,以解决模具钢
强度低、加工性差以及耐高温性差的技术问题。


为了达到上述目?#27169;?#26412;发明所采用的技术方案是:提供一种耐高温模具钢,耐高温
模具钢包括以下质量百分比的组分:C 0.75%~0.95%,Cr 6%~8%,Si 0.5%~1.5%,
Al 3%~5%,Ni 0.3%~0.5%,Zn 0~0.2%,Mn 0.5%~1.5%,B 0.001%~0.5%,Re
0.02%~0.08%,P+S≤0.03%,余量为铁。


在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。


进一步,耐高温模具钢包括以下质量百分比的组分:C 0.8%,Cr 7%,Si 15%,Al
5%,Ni 0.4%,Zn 0.1%,Mn 1%,B 0.1%,Re 0.04%,P+S≤0.03%,余量为铁。


进一步,耐高温模具钢包括以下质量百分比的组分:C 0.8%,Cr 8%,Si 0.5%,
Al 4%,Ni 0.5%,Mn 1.5%,B 0.001%,Re 0.08%,P+S≤0.03%,余量为铁。


本发明提供的耐高温模具?#31181;蠧r含量处于6%~8%的范围内,不仅可在钢材内形
成高合金度的马氏体,使模具钢具有较高的硬度以及优良的耐磨性能,同时可提高模具钢
的淬透性和回火稳定性,而且由于模具?#31181;蠧的含量不高,不会在模具?#31181;行?#25104;铬铁共晶碳
化物,有效控制了模具钢裂纹的产生,模具钢强度大大提高。模具?#31181;械腘i和Mn可以无限固
溶,既可以提高模具钢的耐腐蚀性能和耐热性能,又可以改善模具钢的加工性能。Zn和Re均
可改善模具钢原料之间的流动性和润湿性,使各种原料能够有更加充分的混合,所制备出
的钢材力学性能和加工性能更优。Si能细化模具?#31181;械?#37329;相晶粒,模具钢的韧性得以提升。
B不仅能够提升模具钢?#32784;?#27687;能力,而且可?#26723;?#27668;体溶解度,使模具钢具有优异的健康氧化
性能。本发明中模具?#31181;?#21152;有Al,Al具有良好的延展性能和抗氧化性能,可使制备出的模具
钢具有良好的柔韧性,便于加工成各种形状的模具。


本发明?#22266;?#20379;了一种制备上述耐高温模具钢的方法,制备方法包括以下步骤:


(1)熔炼:将除Zn、B和Re之外的其他材料放入电弧炉内进行初练,然后将初练后的
钢水以1450~1500℃的温度出钢到钢包中进行钢包精炼;出钢前向钢水中加入Zn粒和B粒,
出钢后向钢水中加入Re;钢包精?#24230;?#31243;底?#26723;?#27668;,氮气流量为250~300Nm
3/min,并将吊包
温度控制在1450~1500℃,连续吹气20~30min,完成精炼;


(2)浇注:将精炼后的钢水浇注成坯料,并进行淬火处理;


(3)一次回火:以15~20℃/min的升温速率将淬火后的坯料加热到770~820℃,保
温4~6h,然后空冷至150~200℃,保温1~2h;


(4)二次回火:将一次回火后的坯料升温至650~670℃,保温8~10h,然后空冷至
室温,得耐高温模具钢。


在上述制备方法的基础上,可以进行如下进一步改进。


进一步,步骤(1)中钢水出钢温?#20219;?470℃。


进一步,步骤(1)中进行钢包精炼时,底?#26723;?#27668;的流量为280Nm
3/min,吹气时间为
25min。


进一步,Zn粒和B粒的粒径为1~3cm。


进一步,一次回火时,将坯料加热到800℃,保温5h,然后空冷至150℃,保温2h。


进一步,二次回火时,将坯料加热到650℃,保温9h,然后空冷至室温。


本发明的有益效果是:


1.本发明中的模具钢加有适量的Cr和C,在模具钢内部形成高合金度的马氏体的
同时,不会在形成铬铁共晶碳化物,制得的模具钢具有较高的硬度以及优良的耐磨性能,同
时不会产生裂?#30130;?#21147;学性能良好。


2.模具?#31181;?#21152;有Ni和Mn,Ni和Mn可以无限固溶,大大提高模具钢的耐热性能和耐
腐蚀性能,而且它们与Al相互配合,可以增强模具钢的柔韧性,模具钢的加工性能更好。


具体实施方式


下面结合实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。


实施例一


一种耐高温模具钢,包括以下质量百分比的组分:C 0.8%,Cr 7%,Si 1.5%,Al
5%,Ni 0.4%,Zn 0.1%,Mn 1%,B 0.1%,Re 0.04%,P+S≤0.03%,余量为铁。该模具钢
的制备方法包括以下步骤:


(1)熔炼:称取配比量的材料,然后将除Zn、B和Re之外的其他材料放入电弧炉内进
行初练,然后将初练后的钢水以1470℃的温度出钢到钢包中进行钢包精炼;出钢前向钢水
中加入粒径均为2cm左?#19994;腪n粒和B粒,出钢后向钢水中加入镧粉和铈粉(Re);钢包精?#24230;?br>程底?#26723;?#27668;,氮气流量为280Nm
3/min,并将吊包温度控制在1470℃,连续吹气25min,完成精
炼;


(2)浇注:将精炼后的钢水浇注成坯料,并进行淬火处理;


(3)一次回火:以20℃/min的升温速率将淬火后的坯料加热到800℃,保温5h,然后
空冷至150℃,保温2h;


(4)二次回火:将一次回火后的坯料升温至650℃,保温9h,然后空冷至室温,得耐
高温模具钢。


实施例二


一种耐高温模具钢,包括以下质量百分比的组分:C 0.8%,Cr 8%,Si 0.5%,Al
4%,Ni 0.5%,Mn 1.5%,B 0.001%,Re 0.08%,P+S≤0.03%,余量为铁。该模具钢的制备
方法包括以下步骤:


(1)熔炼:称取配比量的材料,然后将除B和Re之外的其他材料放入电弧炉内进行
初练,然后将初练后的钢水以1450℃的温度出钢到钢包中进行钢包精炼;出钢前向钢水中
加入粒径为1cm左?#19994;腂粒,出钢后向钢水中加入镧粉和铈粉(Re);钢包精?#24230;?#31243;底?#26723;?#27668;,
氮气流量为250Nm
3/min,并将吊包温度控制在1450℃,连续吹气30min,完成精炼;


(2)浇注:将精炼后的钢水浇注成坯料,并进行淬火处理;


(3)一次回火:以15℃/min的升温速率将淬火后的坯料加热到770℃,保温6h,然后
空冷至150℃,保温2h;


(4)二次回火:将一次回火后的坯料升温至670℃,保温8h,然后空冷至室温,得耐
高温模具钢。


实施例三


一种耐高温模具钢,包括以下质量百分比的组分:C 0.9%,Cr 6%,Si 1%,Al
3%,Ni 0.3%,Zn 0.2%,Mn 0.5%,B 0.5%,Re 0.02%,P+S≤0.03%,余量为铁。该模具
钢的制备方法包括以下步骤:


(1)熔炼:称取配比量的材料,然后将除Zn、B和Re之外的其他材料放入电弧炉内进
行初练,然后将初练后的钢水以1500℃的温度出钢到钢包中进行钢包精炼;出钢前向钢水
中加入粒径为均为1cm左?#19994;腪n粒和B粒,出钢后向钢水中加入镧粉和铈粉(Re);钢包精炼
全程底?#26723;?#27668;,氮气流量为300Nm
3/min,并将吊包温度控制在1500℃,连续吹气20min,完成
精炼;


(2)浇注:将精炼后的钢水浇注成坯料,并进行淬火处理;


(3)一次回火:以15℃/min的升温速率将淬火后的坯料加热到820℃,保温4h,然后
空冷至200℃,保温1h;


(4)二次回火:将一次回火后的坯料升温至670℃,保温10h,然后空冷至室温,得耐
高温模具钢。


对比例一


一种耐高温模具钢及其制备方法,该模具钢除了把实施例一中模具钢的Cr的含量
调整到10%外,其余组分的含量不变,制备方法也与实施例一相同。


对比例二


一种耐高温模具钢及其制备方法,该模具钢除了把实施例一中模具钢的Cr的含量
调整到4%外,其余组分的含量不变,制备方法也与实施例一相同。


对比例三


一种耐高温模具钢,包括以下质量百分比的组分:C 0.8%,Cr 7%,Si 1.5%,Al
5%,Ni 0.4%,Mn 1%,P+S≤0.03%,余量为铁。该模具钢的制备方法包括以下步骤:


(1)熔炼:称取配比量的材料,然后将它们一同加入到电弧炉内进行初练,然后将
初练后的钢水以1470℃的温度出钢到钢包中进行钢包精炼;钢包精?#24230;?#31243;底?#26723;?#27668;,氮气
流量为280Nm
3/min,并将吊包温度控制在1470℃,连续吹气25min,完成精炼;


(2)浇注:将精炼后的钢水浇注成坯料,并进行淬火处理;


(3)一次回火:以20℃/min的升温速率将淬火后的坯料加热到800℃,保温5h,然后
空冷至150℃,保温2h;


(4)二次回火:将一次回火后的坯料升温至650℃,保温9h,然后空冷至室温,得耐
高温模具钢。


对比例四


一种耐高温模具钢,包括以下质量百分比的组分:C 1.45%,Cr 12%,Si 0.4%,
Al 5%,Mn 0.5%,Mo 0.5%,V 0.2%,P+S≤0.05%,余量为铁。通过熔炼、精炼和多次回
火,即可制备出该模具钢。


结果分析


取上述各实验组所制得的模具钢,测定它们的硬度(HRC)、抗拉强度(MPa)、?#30001;?#29575;
以及高温?#24535;?#24378;度(MPa)等性能,模具钢的高温?#24535;?#24378;?#20219;?#22312;700℃条件下?#20013;?00小时的
结果。结果列于表1。


表1模具钢的性能统计
















硬度


抗拉强度


?#30001;?#29575;


高温?#24535;?#24378;度




实施例一


52.4


1812.9


9.56%


1128.6




实施例二


53.1


1823.6


9.49%


1169.5




实施例三


51.8


1806.5


9.62%


1135.4




对比例一


55.2


1356.8


4.23%


892.1




对比例二


49.8


1631.2


5.16%


921.0




对比例三


49.1


1521.6


5.96%


896.2




对比例四


50.1


1413.3


4.81%


905.6






从表中可以看出,采用本发明中的配方以及方法所制备出的模具钢具有较高的硬
度和优良的抗拉强度,而?#24050;由?#29575;较大,表明本发明中的模具钢强度较高,能够满足模具制
备的需求,同时具有良好的柔韧性,便于加工成型;另外,本发明中模具钢的高温?#24535;?#24378;度
高于现有模具钢的高温?#24535;?#24378;度(对比例四),表明其具有良好的耐热性能,是一种优秀的
耐高温模具钢材料。


对比例一与实施例一相比,Cr含量增大,钢材中的铬铁共晶碳化物含量增多,容易
在模具?#31181;?#20135;生裂?#30130;?#34429;然硬度有所上升,但抗拉强度大幅?#26723;停?#39640;温?#24535;?#24615;?#27493;?#24046;,不能
满足实?#24066;?#27714;。对比例二与实施例一相比,Cr含量?#26723;停?#19981;能在模具钢内形成足够的马氏
体,硬度?#26723;停?#20063;不能满足需要。对比例三与实施例一相比,配方中缺少了B、Zn和Re,其余组
分不能得到充分的混合,所得到的刚才力学性能较差。对比例四为现有的模具钢,通过对比
发现,本发明通过改进配方和制备方法,所得到的模具钢具有优良的力学性能和耐高温性
能,是一种优秀的耐高温模具钢材料。


虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了详细地描述,但不应理解为对本
专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内,本领域技术人员不经创造性劳动
即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。


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