CN105525078B - 一种提高4Cr5MoSiV1热作模具钢性能的制备方法 - Google Patents
一种提高4Cr5MoSiV1热作模具钢性能的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种4Cr5MoSiV1热作模具钢，特别是涉及一种提高4Cr5MoSiV1热作模具钢性能的方法。本发明采用电炉冶炼、真空碳脱氧、渣面扩散脱氧精炼，控氧条件下添加纯稀土La和Ce、氩气保护浇注，生产出全氧含量低至12ppm的高洁净钢锭，钢锭经扩散均质化退火，三维方向的三次镦粗、拔长锻造，锻后水、空气双介质交替快速冷却，在淬火前进行超高温奥氏体化后快冷+球化退火工序，淬火后不低于590℃的2‑3次回火，得到4Cr5MoSiV1热作模具钢稳定的回火组织，4Cr5MoSiV1热作模具钢单个缺口冲击性能KV2≥25J、平均缺口冲击性能KV2≥30J,单个无缺口冲击功≥280J、平均无缺口冲击功≥320J，横、纵向无缺口冲击功之比≥93%的高性能、极佳等向性的质量水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种4Cr5MoSiV1热作模具钢，特别是涉及一种提高4Cr5MoSiV1热作模具钢性能的制备方法。
背景技术
模具是制造业的重要基础工艺装备，模具技术水平已成为衡量一个国家产品制造业水平的重要标志之一，随着中国模具制造业的发展，我国模具钢的发展十分迅速，模具钢的钢种系列不断完善，质量水平和生产工艺装备均有了长足的进步，但是，对于压铸模具用钢，国际上一般采用H13等类似国内4Cr5MoSiV1,由于压铸模特殊的工作环境，要求模具具有优异的高温抗拉强度，出色的高温耐磨性、足够的韧性和抗热裂性。对于生产零件结构复杂、批量大的产品，模具材料多选用国际上知名企业的产品，如瑞典ASSAB（一胜百）、奥地利BOHLER(百禄)、德国GROEDITZ(葛利兹)等。国内类似产品因生产工艺不过关，材料力学性能指标低，一般硬度在45±1HRC时,单个缺口冲击性能KV2≥8J、平均缺口冲击性能KV2≥15J,单个无缺口冲击功≥90、平均缺口冲击性能≥160J，横、纵向无缺口冲击功之比≤70%，这种质量状况严重影响了材料的综合性能和模具的使用寿命。为打破国外垄断，建立我国的高品质模具钢材料，依托企业具有的装备和技术力量进行产品研发。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高4Cr5MoSiV1热作模具钢性能的方法，该方法制备的热作模具钢具备硬度达到45±1HRC时, 单个缺口冲击性能KV2≥25J、平均缺口冲击性能KV2≥30J, 单个无缺口冲击功≥280J、平均无缺口冲击功≥320J，横、纵向无缺口冲击功之比≥93%。
技术解决方案
一种提高4Cr5MoSiV1热作模具钢性能的方法，其特征在于，通过多向锻造及锻后水、空气双介质交替冷却制备出高性能的、极佳等向性的4Cr5MoSiV1热作模具钢。
一种提高4Cr5MoSiV1热作模具钢性能的制备方法如下：
1）炼钢：
钢液采用电炉冶炼、经真空碳脱氧、渣面充分扩散脱氧精炼，使自由氧≤6ppm，然后加入氧含量低于80ppm的La和Ce的稀土混合物，La和Ce的重量比为3:7，同时稀土La和Ce占钢水总量达到0.02%，并经氩气保护浇注，生产出全氧含量低至12ppm，非金属夹杂物单项≤1级，粗系、细系夹杂物之和分别≤2级的高洁净钢锭；
2）钢锭退火：
将步骤1）中的钢锭经加热至1250～1280℃，保温25～30小时的扩散均质化退火；3）锻造：
退火后钢锭经高温扩散处理后，进行X、Y、Z三个方向镦粗、拔长，镦粗比为2.0，拔长后X：Y：Z=2：1.5：1；
4）锻后冷却：
锻件完成锻造后，保证锻件温度不低于900℃时，快速进行水、空气双介质交替冷却，水冷60～90秒、空冷60～90秒；水冷60～90秒、空冷60～90秒，如此循环冷却数次，工件出水后表面最高回升温度为320℃-380℃，工件截面的温度320℃-500℃；
5）性能热处理：
锻后冷却的工件在淬火前增加超高温快冷+球化退火工序，以得到细小均匀的晶粒和组织，淬火后进行不低于590℃的2-3次回火，保温时间2-3h/100mm，使残余奥氏体充分转变为回火索氏体，得到稳定的回火组织；硬度达到45±1HRC, 单个缺口冲击性能KV2≥25J、平均缺口冲击性能KV2≥30J, 单个无缺口冲击功≥280J、平均无缺口冲击功≥320J，横、纵向无缺口冲击功之比≥93%；
所述稀土采用氧含量低于80ppm的La和Ce的稀土混合物，La和Ce的重量比为3:7，同时稀土La和Ce占钢水总量达到0.02%。
发明的效果
1）材料采用以电炉冶炼、真空碳脱氧技术精炼、稀土处理加入 使加入氧含量低于100ppm，控制非金属夹杂物（特别是Ds类夹杂物）、氩气保护浇注，最终精炼的4Cr5MoSiV1钢全氧含量低至12ppm，非金属夹杂物单项≤1级，粗系、细系夹杂物之和分别≤2级的高洁净钢锭。
2）钢锭经过加热、均质化扩散退火、进行X、Y、Z三个方向镦粗、拔长三向锻造、淬火组织准备、多次回火，可有效提高钢的均匀性，改善各向异性,4Cr5MoSiV1模具钢的横、纵向无缺口冲击功之比≥93%，显著细化晶粒，4Cr5MoSiV1模具钢的晶粒度达到9级以上。
3）经性能热处理的工件，硬度达到45±1HRC, 单个缺口冲击性能KV2≥25J、平均缺口冲击性能KV2≥30J, 单个无缺口冲击功≥280J、平均无缺口冲击功≥320J。
钢材的综合性能达到国际通用材料质量水平、完全满足使用要求。
附图说明
图1为本发明流程图。
具体实施方式
实施例1
1）钢液采用电炉冶炼、LF炉精炼并经真空碳脱氧、渣面充分扩散脱氧精炼，使自由氧≤6ppm，然后加入氧含量为60ppm的La和Ce的混合物，La和Ce的重量比为3:7，同时稀土La和Ce占钢水总量达到0.02%，实现净化钢液、变质夹杂和微合金化三大功能，并经气氛保护浇注，防止钢液二次氧化。；
2）步骤1）的钢锭脱模后热送锻造车间，经加热至1250-1260℃，25-27小时的保温扩散均质化退火，通过扩散减轻钢中C、Cr、Mo、V成分偏析、降低带状组织级别，为提高强度和等向性奠定基础；
3）步骤2）的钢锭分别进行三维X、Y、Z三个方向镦粗、拔长，镦粗比为2.0，拔长后X：Y：Z=2：1.5：1；使钢锭在三个方向上得到充分锻造，从而减弱金属流线产生的各向差异、提高材料密实度并将4Cr5MoSiV1模具钢的横、纵向无缺口冲击功之比达到93%以上；
4）步骤3）的4Cr5MoSiV1钢属于过共析钢，根据4Cr5MoSiV1钢的TTT图，保证锻件温度不低于900℃时，快速进行水、空气双介质交替冷却，水冷80～90秒、空冷70～80秒，如此循环冷却数次，工件出水后表面最高回升温度为320℃-380℃，工件截面的温度320℃-500℃，防止网碳析出及冷却裂纹的产生；本发明工件出水后表面最高回升温度低于320℃时，因发生马氏体转变而产生裂纹，工件出水后表面最高回升温度高于500℃时，工件晶界处易形成连续网状碳化物；
5）步骤4）的锻件粗加工后转入性能热处理，首先进行超高温奥氏体化后快冷+球化退火工序，以得到细小均匀的晶粒和组织，淬火后再进行不低于590℃的2次回火，保温时间2h/100mm，使残余奥氏体充分转变为回火索氏体，得到稳定的回火组织；硬度达到45±1HRC, 单个缺口冲击性能KV2≥25J、平均缺口冲击性能KV2≥30J, 单个无缺口冲击功≥280J、平均无缺口冲击功≥320J，横、纵向无缺口冲击功之比≥93%；
力学性能测试结果见表1、表2。
表2 4Cr5MoSiV1模具钢无缺口冲击性能检测结果
实施例2
1）钢液采用电炉冶炼、LF炉精炼并经真空碳脱氧、渣面充分扩散脱氧精炼，使自由氧≤6ppm，然后加入氧含量为50ppm的La和Ce的混合物，La和Ce的重量比为3:7，同时稀土La和Ce占钢水总量达到0.02%，实现净化钢液、变质夹杂和微合金化三大功能，并经气氛保护浇注，防止钢液二次氧化。；
2）步骤1）的钢锭脱模后热送锻造车间，经加热至1260-1280℃，26-28小时的保温扩散均质化退火，通过扩散减轻钢中C、Cr、Mo、V成分偏析、降低带状组织级别，为提高强度和等向性奠定基础；
3）步骤2）的钢锭分别进行三维X、Y、Z三个方向镦粗、拔长，镦粗比为2.0，拔长后X：Y：Z=2：1.5：1；使钢锭在三个方向上得到充分锻造，从而减弱金属流线产生的各向差异、提高材料密实度并将4Cr5MoSiV1模具钢的横、纵向无缺口冲击功之比提高到93%以上；
4）步骤3）的4Cr5MoSiV1钢属于过共析钢，根据4Cr5MoSiV1钢的TTT图，保证锻件温度不低于900℃时，快速进行水、空气双介质交替冷却，水冷80～90秒、空冷80～90秒，如此循环冷却数次，工件出水后表面最高回升温度为320℃-380℃，工件截面的温度320℃-500℃，防止网碳析出及冷却裂纹的产生；本发明工件出水后表面最高回升温度低于320℃时，因发生马氏体转变而产生裂纹，工件出水后表面最高回升温度高于500℃时，工件晶界处易形成连续网状碳化物；
5）步骤4）的锻件粗加工后转入性能热处理，首先进行超高温奥氏体化后快冷+球化退火工序，以得到细小均匀的晶粒和组织，淬火后再进行不低于590℃的2次回火，保温时间2h/100mm，使残余奥氏体充分转变为回火索氏体，得到稳定的回火组织；硬度达到45±1HRC, 单个缺口冲击性能KV2≥25J、平均缺口冲击性能KV2≥30J, 单个无缺口冲击功≥280J、平均无缺口冲击功≥320J，横、纵向无缺口冲击功之比≥93%；
力学性能测试结果见表3、表4。
Claims (1)
1.一种提高4Cr5MoSiV1热作模具钢性能的方法，其特征在于，通过三向锻造及锻后水、空气双介质交替冷却制备出高性能、等向性达到93%以上的4Cr5MoSiV1热作模具钢，制备方法包括如下步骤：
1）炼钢：
钢液采用电炉冶炼、经真空碳脱氧、渣面充分扩散脱氧精炼，使自由氧≤6ppm，然后加入氧含量低于80ppm的La和Ce的稀土混合物，La和Ce的重量比为3:7，同时稀土La和Ce占钢水总量达到0.02%，并经氩气保护浇注，生产出全氧含量低至12ppm，非金属夹杂物单项≤1级，粗系、细系夹杂物之和分别≤2级的高洁净钢锭；
2）钢锭退火：
将步骤1）中的钢锭加热至1250℃-1280℃，保温25～30小时的扩散均质化退火；3）锻造：
将步骤2）中均质化退火后的钢锭，进行X、Y、Z三个方向镦粗、拔长，镦粗比为2.0，拔长后X：Y：Z=2：1.5：1；
4）锻后冷却：
锻件完成锻造后，保证锻件温度不低于900℃时，快速进行水、空气双介质交替冷却，水冷60～90秒、空冷60～90秒；水冷60～90秒、空冷60～90秒，如此循环冷却数次，工件出水后表面最高回升温度为320℃-380℃，工件截面的温度320℃-500℃；
5）性能热处理：
锻后冷却的工件在淬火前增加超高温快冷+球化退火工序，以得到细小均匀的晶粒和组织，淬火后进行不低于590℃的2-3次回火，保温时间2-3h/100mm，使残余奥氏体充分转变为回火索氏体，得到稳定的回火组织；硬度达到45±1HRC, 单个缺口冲击性能KV2≥25J、平均缺口冲击性能KV2≥30J, 单个无缺口冲击功≥280J、平均缺口冲击性能≥320J；横、纵向无缺口冲击功之比≥93%。
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