专利名称：：一种通过加氮改进h13模具钢性能的方法
技术领域：
：本发明属于金属材料领域，涉及一种H13模具钢，针对H13模具钢的化学成分进行改进，通过加入固溶氮原子提高H13钢强度、硬度和耐磨性。
背景技术：
：含氮钢由于其高性能、低成本已经引起钢铁行业的的广泛关注[干勇，董瀚，先进钢铁材料技术的进展，中国冶金，2004，(8):l-6]。氮在钢中作为固溶强化元素，不会像碳一样导致晶间碳化物的析出，因此氮在提高钢强度的同时不会降低韧性。目前高氮钢的强度最高可达3600MPa，预计很快达到4000MPa，而其韧性比同等强度的钢要高[M.Milititsky，etal.，Impacttoughnesspropertiesofnickel—freeausteniticstainlesssteels,MaterialsScienceandEngineeringA，2008，(496):189-199]。氮作为提高强度、奥氏体化和耐点蚀的重要化学元素，已经在不锈钢中广泛应用，如含氮O.1X的UNSS32304(23Cr-4Ni-0.IN)，可代替AISI304钢使用，节约贵重金属镍资源；SUS304N是在传统304钢的成分基础上添加N元素，提高了该钢种的综合力学性能和耐蚀性[M.0.Speidle，董瀚，可持续发展的高氮奥氏体不锈钢，不锈，2004，(3):1-7]。H13钢是使用广泛且最具代表性的铬系热作模具钢，其合金元素含量多，价格昂贵。但目前H13钢，尤其国产H13钢耐磨性、寿命偏低，使得金属热加工产品的生产成本居高不下。对于中等强度的建筑用铝合金金挤压产品，工模具的成本占总成本的30%左右，如将其使用寿命提高510倍，则产品的成本可大幅度下降[刘静安，邵莲芬，铝合金挤压工模具典型图册，化学工业出版社，2008]。而对于大型工业型材用工模具，由于其耐磨性、强度、韧性的要求更高，国产模具几乎不能满足使用要求。大幅度提高模具钢的耐磨性、改善其韧性，是提高模具使用寿命、降低产品制造成本的主要途径。热作模具钢主要在室温至600°C之间循环服役，要求优良的高温强度、硬度和韧性，在钢中添加适量的氮可望在提高其高温强度、硬度的同时，获得良好的韧性，从而提高模具的使用寿命。
发明内容本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低廉的提高H13模具钢的强度、硬度并且不降低其韧性的化学成分优化方案。—种通过加氮改进H13模具钢性能的方法，H13模具钢化学成分及重量百分含量如下碳0.280.40，硅0.81.2，锰0.20.5，铬4.755.50，钼1.101.75，钒0.81.2氮0.020.08;主要夹杂磷《0.03，硫《0.03余量铁氮元素采用添加氮化铬中间合金的方法加入，其他元素采用常规方法。制备方法如下按钢中各元素所占重量比计算、准备原材料，按下列顺序依次加入真空感应熔炼炉进行熔炼先加入纯铁、金属钼和1/3氮化铬，抽真空并充入氮气进行保护，熔化后加入硅铁、钒铁和1/3氮化铬，全部熔融后加入最后1/3氮化铬和易挥发的金属锰。为保证氮元素收得率，减少熔炼过程的溢出和凝固时形成气泡，要严格控制熔炼温度在熔点以上5(TC之内，在合金全部溶化后迅速浇铸。熔炼所得铸锭进行电渣重熔、多向锻造、退火、淬火、回火，其工艺制度与常规H13模具钢相同。本发明的优点1.原材料成本低廉，仅在传统H13钢成分基础上添加廉价的氮元素。2.采用传统的熔铸、加工和热处理设备及工艺制度，无须额外的设备、工艺投入。3.结合了含氮钢和H13模具钢两者的优点，所开发的新型含氮H13模具钢较传统H13模具钢强度高、硬度高，韧性不降低。4.由于硬度的提高，可大幅度降低热作模具的磨损。5.有较强的实际生产用途，可用作新型铝镁合金热挤压模和压铸模用钢。图1为实施例1含氮H13钢回火试样金相图图2为实施例2含氮H13钢回火试样金相图具体实施例方式实施例1:采用本发明所述感应熔炼方法，熔炼加氮的H13模具钢，化学成份如下(%)<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>实施例2:采用本发明所述感应熔炼方法，熔炼加氮的H13模具钢，化学成份如下(%)<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>对以上实施例中的铸锭进行相同工艺的电渣重熔、多向锻造及热处理。锻造时总锻造比^4，各工序镦粗比^2。锻造后立即进行等温球化退火，其工艺为(840890°C)X(3h)+炉冷至(710740°C)保温3.5h，之后炉冷至50(TC出炉空冷。退火后的试样再经680720。C和820850。C分级预热，最终分别加热到1020°C、1080。C保温2h后油淬。油淬后的试样再经56(TC和54(TC二次回火，回火时间为1小时。回火后试样的金相组织如图1和图2所示，力学性能如表1所示。表1含氮H13钢回火试样力学性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>权利要求一种通过加氮改进H13模具钢性能的方法，其特征是H13模具钢化学成分及重量百分含量如下碳0.28～0.40，硅0.8～1.2，锰0.2～0.5，铬4.75～5.50，钼1.10～1.75，钒0.8～1.2氮0.02～0.08，磷≤0.03，硫≤0.03，余量铁氮元素采用添加氮化铬中间合金的方法加入，其他元素采用常规方法；制备方法如下按钢中各元素所占重量比计算、准备原材料，按下列顺序依次加入真空感应熔炼炉进行熔炼先加入纯铁、金属钼和1/3氮化铬，抽真空并充入氮气进行保护，熔化后加入硅铁、钒铁和1/3氮化铬，全部熔融后加入最后1/3氮化铬和易挥发的金属锰；为保证氮元素收得率，减少熔炼过程的溢出和凝固时形成气泡，要严格控制熔炼温度在熔点以上50℃之内，在合金全部溶化后迅速浇铸；熔炼所得铸锭进行电渣重熔、多向锻造、退火、淬火、回火，其工艺制度与常规H13模具钢相同。全文摘要一种通过加氮改进H13模具钢性能的方法，属于金属材料领域。本发明是对传统H13钢的化学成分进行改进，通过加入固溶氮元素提高模具钢的强度、硬度和耐磨性，并且不降低韧性。氮元素采用添加氮化铬中间合金的方法加入，其他元素采用常规方法。熔炼时为保证氮元素收得率，减少熔炼过程的溢出和凝固时形成气泡，要严格控制熔炼温度在熔点以上50℃之内，在合金全部溶化后迅速浇铸。含氮H13模具钢的化学成分百分含量如下碳0.28～0.40，硅0.8～1.2，锰0.2～0.5，铬4.75～5.5，钼1.10～1.75，钒0.8～1.2，氮0.02～0.08，磷≤0.03，硫≤0.03，余量铁。经热处理后的锻件达到如下性能硬度值53～55HRC，抗拉强度1800MPa以上，屈服强度1480MPa以上，冲击吸收功值稳定在15～16J之间。强度、硬度高于H13钢，韧性不低于H13钢。文档编号C22C33/06GK101709423SQ20091023752公开日2010年5月19日申请日期2009年11月17日优先权日2009年11月17日发明者刘飙,李静媛,谢建新,陈雨来申请人:北京科技大学