专利名称：：稀土奥氏体型热作模具钢及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种稀土奧氏体型热作模具钢及其制备方法，属合金钢制造
技术领域：
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背景技术：
：目前国内外对奥氏体型热作模具钢的研究很少，对于热作模具钢，常用的都是马氏体类型的钢种，而马氏体钢的回火温度一般在500-62(TC之间，如果超过这一温度，马氏体分解，导致基体软化，难以在更高温度条件下使用。而奥氏体型热作模具钢的基体是奥氏体，避免了这一问题。这类钢通常通过固溶处理使合金元素溶入奥氏体基体，为时效硬化处理做组织准备，时效处理可以使合金元素Cr、Mo、V等以碳化物形式析出，通过第二相弥散析出提高强度。因此这类热作模具钢比马氏体型热作模具钢将具有更高的热稳定性和高温强度。
发明内容本发明的目的是提供一种稀土奥氏体型热作模具钢。本发明的另一目的是提供一种稀土奥氏体型热作模具钢的制备方法。本发明一种稀土奥氏体型热作模具钢，其特征在于具有以下的成分及重量百分比C0.30.7%，Si0.51%，Mn10.515%，Cr2.06.00/0，Mo1.53.5%，V0.52.0%，P<0.02%，S<0.005%，稀土元素0.0030.01%，Fe余量。上述的稀土元素为Y或Ce。上述的稀土奥氏体型热作模具钢的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤a.熔炼将配料置于中频感应炉中，在1500170(TC温度下进行熔炼；b.浇注钢锭，在浇注时加入稀土；将稀土用铁皮包好，事先吊挂在浇注钢模中，浇注完成后，一部分稀土没有反应被保存下来；c.电渣重熔将钢锭放于电渣重熔装置中，进行二次精炼；保存下来的稀土将进一步与夹杂物反应，改善夹杂物的形态与分布；d.高温均匀化随着稀土的加入，高温均匀化的温度相应比正常提高3040°C，将上述钢锭加热到124012卯。C，并保温810小时，使钢成分均匀化，防止成分偏析，然后埋砂冷却；e.锻造将上述钢锭加热到1100115(TC，随后进行粗锻，终锻温度为950'C，得到钢锻件；f.毛坯锻造将上述钢锻件毛坯再次加热至11001150°C，在9501100"C温度范围内再次进行锻造加工；g.退火然后在850'C温度下退火8小时，以清除锻造过程中产生的应力，随后随炉冷却；h.采用固溶处理和时效处理的热处理工艺，固溶温度为H40120(TC，固溶时间为2060分钟，时效温度为70076(TC，时效时间为28小时。本发明钢的理论依据奥氏体型热作模具钢的基体是奥氏体晶粒和弥散析出的碳化物，奥氏体热作模具钢的晶粒度、钢的纯净度、钢中析出的碳化物的大小、形态、分布都将是影响其性能的重要因素。因此，在本发明钢中加入了稀土元素，主要有Y、Ce等元素，目的一方面通过稀土元素来脱氧、去硫、净化钢液、变质夹杂、改善组织。大部分加入的稀土元素将处于夹杂物中，这部分夹杂物密度小，在钢液中将上浮排出钢锭，在二次精炼中将进一步消除这些夹杂物。另一方面，稀土元素原子半径大，一部分稀土元素溶入了钢中，它与奥氏体不能形成置换式固溶体，更不能形成间隙式固溶体，只能存在于晶界空穴等缺陷中，所以稀土原子大多以内吸附的形式存在于晶界，降低晶界的界面能，使碳化物在晶界形核困难，可以减少铸态晶界碳化物的数量，抑制碳化物在晶界形成连续网状，改善铸件性能。此外，在固溶处理时，稀土元素在晶界富集，阻碍原子扩散，阻碍奥氏体晶粒长大，因此，稀土的加入还可明显细化奥氏体型热作模具钢的晶粒度。本发明热作模具钢经过热处理后，具有较高的洛氏硬度、优异的热稳定性、冲击韧性和热疲劳性能。图l本发明钢、H13钢、DIEVAR钢在700。C的热稳定性对比图2本发明钢在700'C和750。C的热稳定性对比图3本发明钢、H13钢、DIEVAR钢的热疲劳裂纹对比具体实施例方式现将本发明的具体实施例叙述于后。实施例1本实施例中，采用热作模具钢的组成成分及其重量百分比如下C0.616%，Si0.923%，Mn14.282%，Cr2.993%，Mo1.685%，V1.6490/。，P0.016%，S<0.001%，稀土元素(Y)30ppm,Fe余量。本实施例中，热作模具钢的工艺过程和步骤如下(1)熔炼按上述配方配料，置于中频感应炉中加热，在160(TC条件下浇注钢锭；浇铸时将稀土用铁皮包好，事先吊挂在浇注钢模中，浇注完成后，一部分稀土没有反应被保存下来；(2)电渣重熔将上述钢锭放于电渣重熔装置中，进行二次精炼；(3)高温均匀化将上述钢锭加热到1250°C，并保温9小时，使钢成分均匀化，防止成分偏析，然后埋砂冷却；(4)锻造将上述钢锭加热到1220°C，随后进行粗锻，终锻温度为950'C，得到钢锻件；(5)毛坯锻造将上述钢锻件毛坯再次加热至1140°C，在IOO(TC温度下再次进行锻造加工；(6)退火然后在830。C温度下退火8小时，以清除锻造过程中产生的应力，随后随炉冷却；(7)热处理工艺固溶温度为1170。C，固溶时间为30分钟；时效温度为720'C，时效时间为2小时。性能测试将上述热作模具钢样品作性能测试，结果如下(1)时效后硬度HRC45(2)冲击不开缺口室温冲击功大于300J。开U型缺口室温冲击功25J。(3)热稳定性此处的热稳定性的表达方式为合金钢材料在高温条件下保温一段时间，其硬度保持不变即不下降的能力，所以用材料保温后的硬度来反映。本发明的热作模具钢与原有的H13钢及D正VAR钢在70(TC条件下，做热稳定性试验，H13钢及DIEVAR钢的成分如下表1所示，本发明钢、H13钢、DIEVAR钢的热稳定性对比如附图1所示。表1H13钢及D正VAR钢的成分<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>对于H13和DIEVAR钢，各自取其最佳淬火回火工艺，再做热稳定性试验。H13钢热处理工艺110(TC淬火+60(TC回火2小时(2次)。DIEVAR钢热处理工艺1025。C淬火+600。C回火2小时(2次)十560。C回火2小时。为考察本发明热作模具钢的高热强性，在75(TC条件下，做热稳定性试验，并与70(TC条件下热稳定性数据作对比。如附图中的图2所示。从图1试验曲线中可看出，H13钢和DIEVAR钢在700。C条件下，热稳定性很差，而本发明热作模具钢在700'C条件热稳定性很好。从图2可以看出，本发明钢在75(TC条件下仍然具有优异的热稳定性。(4)热疲劳性能采用自约束热疲劳试验装置，循环方式在室温到70(TC之间循环。循环次数为2000次、3000次。与马氏体型的H13钢、DIEVAR钢的热疲劳性能作对比，两种钢的成分如表l所示，其热疲劳裂纹对比照片如附图3所示。从上面裂纹照片可看出，本实验钢的热疲劳裂纹少，且比较细小，已经达到甚至超过了H13钢DIEVAR钢。权利要求1.一种稀土奥氏体型热作模具钢，其特征在于该钢具有以下的化学成分及重量百分比C0.3～0.7％，Si0.5～1％，Mn10.5～15％，Cr2.0～6.0％，Mo1.5～3.5％，V0.5～2.0％，P＜0.02％，S＜0.005％，稀土元素0.003～0.01％，Fe余量。2.如权利要求书l所述的稀土奧氏体型热作模具钢，其特征在于所述的稀土元素为Y或Ce。3.—种用于如权利要求书l所述的稀土奥氏体型热作模具钢的制备方法，其特征在于该工艺具有以下的过程和步骤1)按稀土奥氏体型热作模具钢的化学成分及重量百分比C0.30.7%，Si0.5lo/o，Mn10.515o/o，Cr2.06.0%，Mo1.53.5%，V0.52.0%,P<0.02%，S<0.005%，稀土元素0.0030.01%，Fe余量，进行配料、熔炼；浇铸时将稀土用铁皮包好，事先吊挂在浇注钢模中，浇注完成后，一部分稀土没有反应被保存下来；然后电渣重熔；2)高温均匀化在12401290。C保温810小时；进行粗锻和毛坯锻造；然后在800900'C温度下退火610小时；3)采用固溶处理和时效处理的热处理工艺，固溶温度为U40120(TC，固溶时间为2060分钟，时效温度为700760°C，时效时间为28小时。全文摘要本发明涉及一种稀土奥氏体型热作模具钢材料，属合金钢制造
技术领域：
。本发明的热作模具钢的成分及重量百分比为C0.3～0.7％，Si0.5～1％，Mn10.5～15％，Cr2.0～6.0％，Mo1.5～3.5％，V0.5～2.0％，P0.01～0.02％，S＜0.005％，稀土元素0.003～0.01％，Fe余量。本发明热作模具钢的制备方法是配料后熔炼、浇铸、电渣重熔，在1240～1290℃高温均匀化；进行粗锻、毛坯锻造和退火，然后在1140～1200℃固溶处理和700～760℃时效处理。本发明的热作模具钢是一种高热稳定性、高强度、高韧性的加稀土奥氏体型热作模具钢。文档编号C22B9/16GK101302602SQ20081004004公开日2008年11月12日申请日期2008年7月1日优先权日2008年7月1日发明者吕广奇,吴晓春,浩江,王良平,闵永安申请人:上海大学