CN115896594B - 一种铝挤压用高强韧性h13模具钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝挤压用高强韧性H13模具钢的制备方法,通过以一定的化学成分配比进行钢水冶炼;对冶炼好的钢水进行精炼,直至炼成铸锭;将铸锭入炉进行阶段性升温;对阶段性升温后的铸锭进行快锻,所述快锻包括分段式镦粗后拔长;对快锻后的棒材进行精锻;对精锻后的棒材进行退火,从而成功制造出一种硬度高、耐冲击性能好、韧性好的铝挤压用高强韧性H13模具钢,该项技术实现了有效减少模具钢中的带状偏析,使生成碳化物颗粒的尺寸明显减小、且圆整度显著提升,从而提升了制得模具钢的强度和韧性,延长了模具的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁加工技术领域,尤其涉及一种铝挤压用高强韧性H13模具钢及其制备方法。
背景技术
热挤压是近年来大量推广的一种新型热加工模式,应用领域十分广泛。由于热挤压模具和被挤压金属的接触时间较长,因而热挤压模具的工作温度高于热锻模。反挤或复合挤压时由于模具与工件的摩擦加剧,模具的温度大于正挤压,如果存在氧化皮等颗粒,这种摩擦将加剧。被挤压金属的加热温度越高,热挤压模具的工作温度也就越高。热挤压的工作条件相当繁重,热挤压冲头工作和脱模时将承受巨大压力及拉力,还要承受由于位置偏差产生的弯矩,凹模同样也承受较大的压力和拉力,以及强烈的摩擦和热循环应力,残留的刀痕或较粗的磨痕往往成为热疲劳裂纹的萌生源,使热疲劳过程加速。因此,限于工艺的特殊性,对于这类模具特别要求具有较高的高温强度(高耐回火性)、足够的耐热疲劳性和高耐磨性。但现有技术中在制备硬度高,耐冲击性能好,韧性好的热挤压用模具钢上的制备需求,一直没有得到满足。
有鉴于此,提供一种能够满足热挤压工艺需求的铝挤压用高强韧性H13模具钢的制备方法就显得尤为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大规格尺寸的铝挤压用高强韧性H13模具钢的制备方法,以有效减少钢材中的带状偏析,提升制得模具钢的强度和韧性,提高其冶金质量,进而延长模具的使用寿命,提高生产效率。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种铝挤压用高强韧性H13模具钢的制备方法,所述方法包括:
以一定的化学成分配比进行钢水冶炼;
对冶炼好的钢水进行精炼,直至炼成铸锭;
将所述铸锭入炉进行阶段性升温;
对阶段性升温后的铸锭进行快锻,所述快锻包括分段式镦粗后拔长;
对快锻后的棒材进行精锻;
对精锻后的棒材进行退火,制得铝挤压用高强韧性H13模具钢。
作为本发明的进一步改进,所述分段式镦粗后拔长包括:在第一次镦粗、拔长后进行均质化处理,随后进行第二次镦粗、拔长。
作为本发明的进一步改进,所述冶炼钢水的化学成分配比为:C:0.40-0.45%、Si:0.97-1.2%、Mn:0.37-0.42%、Cr:5.0-5.3%、Mo:1.3-1.5%、V:0.95-1%、Nb:0.015-0.020%、余量为Fe。
作为本发明的进一步改进,所述阶段性升温的升温制度为:在保证锻前加热炉温度≤650℃时将所述铸锭入炉,保温6~8h后;升温至850±10℃,保温2~4h;再升温至1280±10℃,保温5~7h;随后降温至1180±10℃,保温≥1h。
作为本发明的进一步改进,所述炼成铸锭的直径为1500-1800mm。
作为本发明的进一步改进,所述分段式镦粗后拔长包括:镦粗至Φ1000±50mm,拔长至Φ750±10mm;而后回炉于1290-1310℃均质化13~15h后降温至1180±10℃保温≥1h,接着镦粗至Φ600±30mm,拔长至Φ400±5mm。
作为本发明的进一步改进,所述对快锻后的棒材进行精锻包括:
将所述快锻后的棒材入炉在1150±10℃保温≥2.5h后开锻。
作为本发明的进一步改进,所述铝挤压用高强韧性H13模具钢的直径为280±10mm。
作为本发明的进一步改进,所述对精锻后的棒材进行退火包括:
将精锻后的棒材于500±10℃,保温6h后;以≤100℃/h的升温速率升温至860±10℃,保温12h;接着以≤30℃/h的降温速率降温至750±10℃,保温15h;随后以≤30℃/h的降温速率降温至≤350℃出炉。
本发明还提供了一种铝挤压用高强韧性H13模具钢,所述铝挤压用高强韧性H13模具钢是由前述任一项所述的铝挤压用高强韧性H13模具钢的制备方法制备得到。
本发明的技术效果和优点:
本发明的铝挤压用高强韧性H13模具钢的制备方法,通过以一定的化学成分配比进行钢水冶炼;对冶炼好的钢水进行精炼,直至炼成铸锭;将铸锭入炉进行阶段性升温;对阶段性升温后的铸锭进行快锻,所述快锻包括分段式镦粗后拔长;对快锻后的棒材进行精锻;对精锻后的棒材进行退火,从而成功制造出一种铝挤压用高强韧性H13模具钢,该项技术实现了有效减少模具钢中的带状偏析,使生成碳化物颗粒的尺寸明显减小、且圆整度显著提升,从而提升了制得模具钢的强度和韧性,延长了模具的使用寿命。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明的铝挤压用高强韧性H13模具钢的制备方法的流程图;
图2为本发明的铸锭升温制度趋势示意图;
图3为本发明对比例1中的铸锭升温制度趋势示意图;
图4为本发明中精锻后的棒材退火制度趋势示意图;
图5为本发明中实施例1~3和对比例1制得的铝挤压用高强韧性H13模具钢中碳化物尺寸的结构差异对比示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为解决现有技术的不足,本发明提供一种大规格尺寸Φ280±10mm的铝挤压用高强韧性H13模具钢的制备方法,成功制备出高耐回火性、高耐磨性且具备高强高韧性能的高质量铝挤压模具用棒材。具体而言,本发明是通过以下技术方案实现,可参阅图1所示:
(1)按照以下化学成分进行配比冶炼:C:0.40-0.45%、Si:0.97-1.2%、Mn:0.37-0.42%、Cr:5.0-5.3%、Mo:1.3-1.5%、V:0.95-1%、Nb:0.015-0.020%、余量为Fe;
(2)将冶炼好的钢水浇注用作电极棒,使用电渣重熔工艺对其进行精炼,最终炼成直径尺寸为1500-1800mm的铸锭;
(3)在保证锻前加热炉温度≤650℃时将铸锭入炉分段升温,升温制度如图2所示;铸锭入炉后首先保温6~8h;然后可以以50℃/h的升温速率升温至850±10℃,再保温2~4h;接着可以以90℃/h的升温速率再升温至1280±10℃,保温5~7h,进行第一次高温均质化处理;而后可以以100℃/h的降温速率降温至1180±10℃,再保温≥1h后,进行后续的分段式锻造过程。
(4)快锻(分段式锻造过程):将阶段性升温处理后的铸锭首先镦粗至直径Φ1000±50mm,拔长到Φ750±10mm(轻倒棱),回炉1290-1310℃均质化13~15h后降温至1180℃±10℃保温≥1h;镦粗至Φ600±30mm,拔长到Φ400±5mm,切除帽口,转精锻;
(5)精锻:压机红转坯料入炉在1150±10℃保温≥2.5h后开锻,且控制尺寸为Φ280±10mm,两端有缺陷需切尽。
(6)退火:对精锻后的棒材入退火炉进行退火去应力处理,制度可参见图4中所示:将精锻后的棒材于500±10℃,保温6h后;以≤100℃/h的升温速率升温至860±10℃,保温12h;接着以≤30℃/h的降温速率降温至750±10℃,保温15h;随后以≤30℃/h的降温速率降温至≤350℃出炉,制得直径为Φ280±10mm的铝挤压用高强韧性H13模具钢成品。
本发明的有益效果在于:采用上述的铝挤压用H13模具钢生产工艺,有效提高了制得模具钢的硬度,韧性,使带状偏析明显减少,提高了模具的使用寿命,进而提升生产效率:具体的,1、本发明采用较高的均质化温度可使得碳化物能够达到固溶效果,有效降低碳化物尺寸的同时提高其圆整度,可有效避免材料因碳化物存在尖角及形状多样性导致的应力集中最终导致材料开裂。2、分段式锻造过程可有效保持材料在锻造过程中的内部温度,避免锻造过程中坯料温度下降过低而导致的锻造开裂,且3、分段式锻造过程配合二次高温均质化处理,使得碳化物的偏析程度降至更低的同时也使得碳化物的偏析尺寸达到更小的水平。这是由于较高的均质化温度使得材料内部碳化物呈半固溶状态,可有效去除其尖角和降低部分尺寸,另外材料在高温下可塑性上升使得锻造工艺对碳化物的破碎更为有效。
下面结合具体的实施例1~3和对比例1对本发明中提供的铝挤压用高强韧性H13模具钢的制备方法进行详细说明:
对比例1
(1)按照以下化学成分进行配比冶炼:C:0.43%、Si:0.98%、Mn:0.38%、Cr;5.12%、Mo:1.42%、V:0.95%、Nb0.020%、余量为Fe。
(2)将冶炼好的钢水浇注用作电极棒,使用电渣重熔工艺对其进行精炼,最终炼成直径尺寸为1500-1800mm的铸锭;
(3)在保证锻前加热炉温度≤650℃时将铸锭入炉分段升温,升温制度如图3所示:铸锭入炉后首先保温6~8h;然后可以以50℃/h的升温速率升温至850±10℃,再保温2~4h;接着可以以90℃/h的升温速率再升温至1200±10℃,保温5~7h,进行第一次高温均质化处理;而后可以以100℃/h的降温速率降温至1180±10℃,再保温1h。
(4)快锻:镦粗至Φ700mm,拔长到Φ500mm(轻倒棱),回炉升温至1180℃保温1h,切除帽口,转精锻;
(5)精锻:压机红转坯料入炉在1150±10℃保温≥2.5h后开锻,且控制尺寸Φ280mm,两端有缺陷需切尽。
(6)退火:精锻后入退火炉进行退火去应力处理,制度如图4。
实施例1
本发明具体通过以下技术方案实现:
(1)按照以下化学成分进行配比冶炼:C:0.43%、Si:0.98%、Mn:0.38%、Cr:5.12%、Mo:1.42%、V:0.95%、Nb:0.020%、余量为Fe。
(2)将冶炼好的钢水浇注用作电极棒,使用电渣重熔工艺对其进行精炼,最终炼成直径尺寸为1500-1800mm的铸锭;
(3)在保证锻前加热炉温度≤650℃时将铸锭入炉分段升温,升温制度如图2所示;铸锭入炉后首先保温6~8h;然后可以以50℃/h的升温速率升温至850±10℃,再保温2~4h;接着可以以90℃/h的升温速率再升温至1280±10℃,保温5~7h,进行第一次高温均质化处理;而后可以以100℃/h的降温速率降温至1180±10℃,再保温1h。
(4)快锻:镦粗至Φ700mm,拔长到Φ500mm(轻倒棱),回炉升温至1180℃保温1h,切除帽口,转精锻;
(5)精锻:压机红转坯料入炉在1150±10℃保温≥2.5h后开锻,且控制尺寸Φ280mm,两端有缺陷需切尽。
(6)退火:精锻后入退火炉进行退火去应力处理,制度如图4。
实施例2
本发明具体通过以下技术方案实现:
(1)按照以下化学成分进行配比冶炼:C:0.43%、Si:0.98%、Mn:0.38%、Cr:5.12%、Mo:1.42%、V:0.95%、Nb:0.020%、余量为Fe;
(2)将冶炼好的钢水浇注用作电极棒,使用电渣重熔工艺对其进行精炼,最终炼成直径尺寸为1500-1800mm的铸锭;
(3)在保证锻前加热炉温度≤650℃时将铸锭入炉分段升温,升温制度如图2所示;具体同实施例1。
(4)快锻:镦粗至Φ1000mm,拔长到Φ750mm(轻倒棱),回炉后材料升至1180℃下保温1h;镦粗至Φ600mm,拔长到Φ400mm,切除帽口,转精锻;
(5)精锻:压机红转坯料入炉在1150±10℃保温≥2.5h后开锻,且控制尺寸Φ280mm,两端有缺陷需切尽。
(6)退火:精锻后入退火炉进行退火去应力处理,制度如图4。
实施例3
本发明具体通过以下技术方案实现:
(1)按照以下化学成分进行配比冶炼:C:0.43%、Si:0.98%、Mn:0.38%、Cr:5.12%、Mo:1.42%、V:0.95%、Nb:0.020%、余量为Fe;
(2)将冶炼好的钢水浇注用作电极棒,使用电渣重熔工艺对其进行精炼,最终炼成直径尺寸为1500-1800mm的铸锭;
(3)在保证锻前加热炉温度≤650℃时将铸锭入炉分段升温,升温制度如图2所示;具体同实施例1。
(4)快锻:镦粗至Φ1000mm,拔长到Φ750mm(轻倒棱),回炉于1290℃均质化14h后降温至1180℃保温1h;镦粗至Φ600mm,拔长到Φ400mm,切除帽口,转精锻;
(5)精锻:压机红转坯料入炉在1150±10℃保温≥2.5h后开锻,且控制尺寸Φ280mm,两端有缺陷需切尽。
(6)退火:精锻后入退火炉进行退火去应力处理,制度如图4。
测试例1
本测试例中对实施例1~3及对比例1制得的铝挤压用高强韧性H13模具钢成品分别进行了碳化物带状偏析情况和力学性能的表征,结果如图5和下表1中所示。其中,对比例1制得的铝挤压用高强韧性H13模具钢成品进行观察后发现其内部的碳化物存在明显的尖角及形状多样性,且颗粒尺寸较大,因此制得棒材的抗拉强度、屈服强度、断面收缩率、无冲击缺口以及硬度等相较于实施例1~3均处于较低水平。而实施例1中因采用了更高的均质化温度,使得碳化物能够达到一定的固溶效果,从而在一定程度上减小了生成碳化物的颗粒尺寸,提升了圆整度,参见图5所示。此外,实施例2中因进一步采用了分段式的锻造方式,可有效保持材料在锻造过程中的内部温度,避免锻造过程中坯料温度下降过低而导致的锻造开裂,从而进一步降低碳化物的生成尺寸、提升碳化物的生成圆整度。进一步的,实施例3中因在分段式锻造过程之间引入了二次高温均质化处理工艺,使得碳化物的偏析程度降至更低的同时也使得碳化物的偏析尺寸达到更小的水平。从而使实施例3制得的铝挤压用高强韧性H13模具钢无论是在抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率、无冲击缺口以及硬度等性能方面相比于现有技术对比例1制备的H13模具钢都得到了显著提升。由此可见,本发明通过适当提升均质化温度,配合采用在分段式锻造过程之间引入二次高温均质化处理工艺,实现了硬度高,耐冲击性能好,韧性好的更高质量的铝挤压用H13模具钢的制备。
表1.实施例1~3和对比例1的H13模具钢的力学性能表征情况
抗拉强度Rm | 屈服强度Rp0.2 | 断后伸长率A | 断面收缩率Z | 无冲击缺口Ak | 硬度HRC | |
对比例1 | 1514 | 1297 | 9.3 | 29.7 | 263 | 45.97 |
实施例1 | 1623 | 1392 | 9.3 | 39.3 | 320 | 47.22 |
实施例2 | 1595 | 1371 | 11 | 37.3 | 317 | 46.48 |
实施例3 | 1755 | 1497 | 8.8 | 31.3 | 363 | 49.80 |
综上所述,本发明的铝挤压用高强韧性H13模具钢的制备方法,通过以一定的化学成分配比进行钢水冶炼;对冶炼好的钢水进行精炼,直至炼成铸锭;将铸锭入炉进行阶段性升温;对阶段性升温后的铸锭进行快锻,所述快锻包括分段式镦粗后拔长;对快锻后的棒材进行精锻;对精锻后的棒材进行退火,从而成功制造出一种硬度高、耐冲击性能好、韧性好的铝挤压用高强韧性H13模具钢,该项技术实现了有效减少模具钢中的带状偏析,使生成碳化物颗粒的尺寸明显减小、且圆整度显著提升,从而提升了制得模具钢的强度和韧性,延长了模具的使用寿命。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种铝挤压用高强韧性H13模具钢的制备方法,其特征在于,所述方法包括:
以一定的化学成分配比进行钢水冶炼;
对冶炼好的钢水进行精炼,直至炼成铸锭;
将所述铸锭入炉进行阶段性升温;
对阶段性升温后的铸锭进行快锻,所述快锻包括分段式镦粗后拔长;
对快锻后的棒材进行精锻;
对精锻后的棒材进行退火,制得铝挤压用高强韧性H13模具钢;
所述冶炼钢水的化学成分配比为:C:0.40-0.45%、Si:0.97-1.2%、Mn:0.37-0.42%、Cr:5.0-5.3%、Mo:1.3-1.5%、V:0.95-1%、Nb:0.015-0.020%、余量为Fe;
所述阶段性升温的升温制度为:在保证锻前加热炉温度≤650℃时将所述铸锭入炉,保温6~8h后;升温至850±10℃,保温2~4h;再升温至1280±10℃,保温5~7h;随后降温至1180±10℃,保温≥1h;
所述炼成铸锭的直径为1500-1800mm;
所述分段式镦粗后拔长包括:镦粗至Φ1000±50mm,拔长至Φ750±10mm;而后回炉于1290-1310℃均质化13~15h后降温至1180±10℃保温≥1h,接着镦粗至Φ600±30mm,拔长至Φ400±5mm;
所述对快锻后的棒材进行精锻包括:
将所述快锻后的棒材入炉在1150±10℃保温≥2.5h后开锻;
所述对精锻后的棒材进行退火包括:
将精锻后的棒材于500±10℃,保温6h后;以≤100℃/h的升温速率升温至860±10℃,保温12h;接着以≤30℃/h的降温速率降温至750±10℃,保温15h;随后以≤30℃/h的降温速率降温至≤350℃出炉。
2.根据权利要求1所述的铝挤压用高强韧性H13模具钢的制备方法,其特征在于,
所述铝挤压用高强韧性H13模具钢的直径为280±10mm。
3.一种铝挤压用高强韧性H13模具钢,其特征在于,
所述铝挤压用高强韧性H13模具钢是由权利要求1~2任一项所述的制备方法制备得到。
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