CN106566914A - 一种工模具钢在电渣重熔连续定向凝固后的热处理方法 - Google Patents

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李晶
丁信芳
高佳伟
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Abstract

本发明公开了一种工模具钢在电渣重熔连续定向凝固后的热处理方法，通过合理的热处理工艺选择，有效解决了电渣重熔定向凝固生产的电渣锭等向性差，改善铸锭或铸件在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织均匀化，破碎粗大的一次碳化物并球化，改善了工模具钢的热加工性能，避免变形过程中产生微裂纹。

Description

一种工模具钢在电渣重熔连续定向凝固后的热处理方法
技术领域
本发明属于热处理工艺领域，具体涉及一种工模具钢在电渣重熔连续定向凝固后的热处理方法。
背景技术
工模具是工业生产的主要工艺装备,其发展水平在很大程度上决定了现代工业制品的生产率和技术水平,是国家的产业基础。工模具钢具有较高的硬度、强度、耐磨性能、冲击韧性,以及一定的耐腐蚀性能。而其高洁净度、分布均匀而且细小的碳化物是高端工具钢必备的两个最重要的条件。工具钢化学成分的偏析致使成形后的模具、刀具的耐磨性、韧性、强度及使用寿命达不到材料的原设计要求。而当碳化物的颗粒度>0.6μm时，工具钢在变形过程或做成模具、刀具使用时都是产生裂纹的裂源。目前国内生产的工模具钢只能做中低端工具，而且造成贵重资源的极大浪费。通过电渣重熔定向凝固和高温固溶来解决工模具钢偏析问题并使工模具钢得到均匀细小的碳化物组织是我国工模具钢发展的当务之急。
电渣重熔连续定向凝固技术改变了传统电渣凝固条件，有效的控制了铸锭枝晶组织以及一次碳化物尺寸、形貌及分布，能够极大的改善工模具钢中元素偏析的问题。电渣重熔连续定向凝固工艺通过控制铸锭凝固过程中的热流传递方向，凝固前沿的温度梯度和凝固速率，获得完全由与铸锭轴线平行的柱状晶组成的铸锭且枝晶干的生长方向保持一致，一方面消除了不同取向晶粒的交界区域，另一方面消除了不同生长方向枝晶交汇处严重的元素偏析和析出相的聚集，从而得到铸态组织边部和心部都以较为细小的树枝晶为主，组织中存在比较多的“不连续的复合规则型”的碳化物，组织较为均匀，经深腐蚀，碳化物与基体过渡区圆滑。
高温固溶（高温扩散退火）是将钢锭、铸件或锻坯加热至略低于固相线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却以消除化学成分不均匀现象的热处理工艺。其目的是消除铸锭或铸件在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织均匀化。对于工模具钢，在采用电渣重熔连续定向凝固的基础上，高温固溶利用一次碳化物中的M2C高温不稳定性来进行高温扩散处理，从而得到工模具钢所需要的M6C、MC。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种工模具钢在电渣重熔连续定向凝固后的热处理方法，所述方法通过控制电渣重熔后铸锭的高温固溶处理，改善电渣过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，通过锻造和等温球化退火，破碎粗大的一次碳化物并球化，从而改善工模具钢的热加工性能，避免变形过程中产生微裂纹；
进一步地，所述方法包括：
S1:将采用电渣重熔连续定向凝固技术得到的钢锭，进行高温固溶处理；
S2：将经过高温固溶处理的钢进行锻造；
S3：将所得钢锭进行等温球化退火；
进一步地，S1中所述高温固溶处理包括将钢锭以较慢速度升温到720-750℃，保温0.5-2小时，随后继续升温至1050-1120℃保温17-25小时后，以≤80℃/h 的冷却速度冷却到700-750℃，接着随炉冷却至400-450℃出炉空冷；
进一步地，S2中所述用液压机进行锻造包括开锻温度控制在1060-1100℃，终锻温度≥910℃，锻造比＞4；
进一步地，S3中所述等温球化退火包括在780-860℃温度下对钢锭保温0.5-2小时，接着随炉冷却至540-560℃出炉空冷；
本发明的有益效果如下：
1）有效的控制了铸锭枝晶组织以及一次碳化物尺寸、形貌及分布，能够极大的改善工模具钢中元素偏析的问题；
2）消除了不同取向晶粒的交界区域；
3）消除了不同生长方向枝晶交汇处严重的元素偏析和析出相的聚集，组织中存在比较多的“不连续的复合规则型”的碳化物，组织较为均匀；
4）有效解决了电渣重熔定向凝固生产的电渣锭等向性差，改善铸锭或铸件在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织均匀化，破碎粗大的一次碳化物并且球化，改善了工模具钢的热加工性能，避免变形过程中产生微裂纹。
附图说明
图1为本发明中所述高温固溶曲线图；
图2为本发明中所述M42一次碳化物500×；
图3为本发明中所述 M42高温固溶后的二次碳化物500×；
图4为本发明中所述电渣铸态组织；
图5为本发明中所述高温均匀化组织；
图6为本发明中所述固溶处理组织。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。下面为本发明的举出最佳实施例：
如图1-图6所示，本发明提供一种工模具钢在电渣重熔连续定向凝固后的热处理方法，所述方法通过控制电渣重熔后铸锭的高温固溶处理，改善电渣过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，通过锻造和等温球化退火，破碎粗大的一次碳化物并球化，从而改善工模具钢的热加工性能，避免变形过程中产生微裂纹。
所述方法包括：
S1:将采用电渣重熔连续定向凝固技术得到的钢锭，进行高温固溶处理，所述高温固溶处理包括将钢锭以较慢速度升温到720-750℃，保温0.5-2小时，随后继续升温至1050-1120℃保温17-25小时后，以≤80℃/h 的冷却速度冷却到700-750℃，接着随炉冷却至400-450℃出炉空冷；
S2：将经过高温固溶处理的钢进行锻造，所述用液压机进行锻造包括开锻温度控制在1060-1100℃，终锻温度≥910℃，锻造比＞4；
S3：将所得钢锭进行等温球化退火，S3中所述等温球化退火包括在780-860℃温度下对钢锭保温0.5-2小时，接着随炉冷却至540-560℃出炉空冷。
实施例1
经过电渣重熔连续定向凝固得到的M42钢锭，具体的固溶处理和退火工艺如下：
（1）将钢锭加热到750℃，保温2小时，随后继续升温至1080℃保温20小时后，以≤80℃/h 的冷却速度冷却到720℃，接着随炉冷却至400℃出炉空冷。
（2）进行锻造，采用多向锻造，开锻温度为1080℃，终端温度＞920℃。
（3）等温球化退火包括在780-860℃温度下对钢锭保温2小时，然后以15-20℃/h冷却到540-560℃左右出炉空冷。
实施例2
经过电渣重熔连续定向凝固得到的奥氏体型热作模具钢HMAS钢锭，具体的固溶处理和退火工艺如下：
（1）将钢锭以≤80℃/h的升温速度加热到720℃，保温2小时，随后继续升温（120℃/h）至1120℃保温18小时后，以≤80℃/h 的冷却速度冷却到720℃，接着随炉冷却至400℃出炉空冷。
（2）进行锻造，采用多向锻造，开锻温度为1100℃，终端温度＞950℃。
（3）将锻后样品进行高温固溶处理，将钢样升温至1120℃，保温2小时，水淬处理。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种工模具钢在电渣重熔连续定向凝固后的热处理方法，其特征在于，所述方法通过控制电渣重熔后铸锭的高温固溶处理，改善电渣过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，通过锻造和等温球化退火，破碎粗大的一次碳化物并球化，从而改善工模具钢的热加工性能，避免变形过程中产生微裂纹。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
S1:将采用电渣重熔连续定向凝固技术得到的钢锭，进行高温固溶处理；
S2：将经过高温固溶处理的钢进行锻造；
S3：将所得钢锭进行等温球化退火。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，S1中所述高温固溶处理包括将钢锭以较慢速度升温到720-750℃，保温0.5-2小时，随后继续升温至1050-1120℃保温17-25小时后，以≤80℃/h 的冷却速度冷却到700-750℃，接着随炉冷却至400-450℃出炉空冷。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，S2中所述用液压机进行锻造包括开锻温度控制在1060-1100℃，终锻温度≥910℃，锻造比＞4。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，S3中所述等温球化退火包括在780-860℃温度下对钢锭保温0.5-2小时，接着随炉冷却至540-560℃出炉空冷。
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