一种奥氏体热作模具钢的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种奥氏体热作模具钢，该模具钢以重量百分数计由下列组份组成：C?0.3～0.7％，Si0.5～1.1％，Mn?7.0～8.0％，Cr?6.5～7.5％，Ni3.5～4.5％，Mo?0.6～0.8％，V?0.5～2.0％，Zr?0.1～0.2％，P＜0.02％，S＜0.005％，N?0.15～0.30％，Fe余量。
【专利说明】一种奥氏体热作模具钢
【技术领域】
[0001]本发明涉及钢铁冶金【技术领域】，尤其涉及一种奥氏体热作模具钢。
【背景技术】
[0002]传统热作模具钢均为马氏体型钢，这些材料虽具有高硬度与耐磨性能，但存在一点致命缺陷，其使用温度大多都在650°C以下，即无法在高温条件下工作。当温度超过650°C时，马氏体基体分解，发生回复软化，导致材料失效。与马氏体型钢的此点不足相比较，奥氏体型热作模具钢不论在常温或是高温工作条件下，基体始终保持单一奥氏体状态，可避免基体分解、回复软化的问题。奥氏体作为基体，具有良好韧性，但硬度偏低。一般通过加入诸如Cr、Mo、V等合金元素，使其在热处理过程中形成稳定、细小碳化物，依靠这些碳化物的弥散析出强化基体、提高硬度。当在高温条件下工作时，奥氏体钢仍可依靠碳化物保持自身强度和硬度。
[0003]CN101942606A公开了一种含氮奥氏体型热作模具钢及其制备方法，其具有以下的成分及重量百分比:C 0.3 ~0.7%, Si0.5 ~1.1%，Μη 10.0 ~15.0%,Cr 2.0 ~6.0%,Mo 1.5 ~3.5%, V 0.5 ~2.0%, P < 0.02%, S < 0.005%, N 0.15 ~0.30%, Fe 余量。虽然其相比现有技术有所改进，但其过分注重了 N的作用，其硬度偏低，强韧性特别是高温的强韧性不是十分理想。因此，仍有改进的余地。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提出一种奥氏体热作模具钢，该模具钢硬度比现有技术高，并且强韧性好。
[0005]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]一种奥氏体热作模具钢，该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C0.3~0.7%，Si0.5 ~1.1%，Μη 7.0 ~8.0%，Cr 6.5 ~7.5%，Ni3.5 ~4.5%，Mo 0.6 ~0.8%，V 0.5 ~2.0%，Zr 0.1 ~0.2%，P < 0.02%, S < 0.005%, N 0.15 ~0.30%, Fe 余量。
[0007]优选，该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C 0.4~0.6%，Si0.7~0.9%，Mn 7.3 ~7.7%, Cr 6.8 ~7.2%, Ni 3.8 ~4.2%, Mo 0.65 ~0.75%, V 0.8 ~1.7%，Zr 0.13 ~0.17%, P < 0.02%, S < 0.005%, N 0.20 ~0.25%, Fe 余量。
[0008]最优选，该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C 0.5%,Si0.8%,Mn 7.5%，Cr 7.0%,Ni 4.0%,Mo 0.70%, V 1.3%,Zr 0.15%,P < 0.02%, S < 0.005%,N 0.22%,Fe余量。
[0009]本发明对现有技术进行改进，调整Mn、Cr、Mo的含量，并添加稳定奥氏体相并提高强韧性的Ni元素，并添加适量的Zr元素，从而改善热作模具钢的性能。具体为:
[0010]在本发明钢中添加N元素，目的有以下几点:1.稳定奥氏体组织:氮原子占据面心立方体的八面体位置，能提供较大体积。这个位置上间隙导致的变形不改变立方对称。氮原子半径比碳原子小，然而氮在铁的面心立方体与碳相比晶格膨胀大，金属特性强。晶格的膨胀提高了奥氏体的强度，因此氮可减缓面心结构向体心和密排六方结构马氏体的转变。
2.氮对韧性的作用:氮在基体中的出现，给基体提供了更多的自由电子，在晶格上的置换元素宁可形成含氮化合物，也不愿把它排斥到晶界上，因此氮的弱晶界偏析对韧性有利?’另外，氮的加入还会降低铬在奥氏体中的扩散系数，使铬的扩散变慢，从而减少晶界碳化物的析出，提高材料韧性。3.氮对硬度的作用:以固溶形式存在于奥氏体钢中的氮元素，通过后续时效处理期间有利的二次硬化使钢具有较好的性能，当有稳定合金化的元素时，诸如T1、V或Nb，形成细小稳定的碳氮化物提供弥散析出强化，提高材料的强硬度。4.氮对热稳定性的作用:氮对材料的热力学稳定性有显著影响，根据化学成分、热处理温度以及时效时间的不同，可在含氮钢中发现不同类型、大小的碳氮化物，氮会使碳氮化物的沉淀析出的时效时间变得更长，从而推迟析出相的形核。碳氮化物中的氮会减小析出相与奥氏体基体的失配，从而降低界面能，抑制析出相的粗化，氮也可降低碳原子与碳化物形成元素的扩散能力，推迟碳化物的过时效，提闻材料的闻温稳定性。
[0011]本发明钢中Mn和Ni配合起到稳定奥氏体组织的作用，0.15~0.30%含量的N元素起到固溶强化作用，并在时效后与V结合形成二次析出相起到析出强化作用，提高本发明钢的强韧性。添加适量的Zr元素以及适量的Mo元素可提高模具钢的高温性能。
[0012]本发明具有如下有益效果:
[0013]本发明的热作模具钢具有良好的力学性能:时效后硬度:HRC49_51，冲击韧性:沿锻件横向取样:室温冲击功135-145J ;沿锻件纵向取样:室温冲击功大于270J。本发明热作模具钢在700°C条件下热稳定性能良好，硬度稳定保持在HRC48-19。
【具体实施方式】
[0014]实施例一
[0015]一种奥氏体热作模具钢，该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C 0.3%,Sil.1%, Mn7.0%, Cr 7.5%, Ni3.5%, Mo 0.8%, V 0.5%, Zr 0.2 %, P < 0.02 %, S
<0.005%, N 0.15%, Fe 余量。
[0016]实施例二
[0017]一种奥氏体热作模具钢，该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C 0.7%,Si 0.5%, Mn 8.0%, Cr 6.5%, Ni 4.5%, Mo 0.6%, V 2.0%, Zr 0.1%, P < 0.02%, S
<0.005%, N 0.30%, Fe 余量。
[0018]实施例三
[0019]一种奥氏体热作模具钢，该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C 0.4%, Si
0.9%, Mn 7.3%, Cr 7.2%, Ni 3.8%, Mo 0.75%, V 0.8%, Zr 0.17%, P < 0.02%, S
<0.005%, N 0.20%，Fe 余量。
[0020]实施例四
[0021]一种奥氏体热作模具钢，该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C 0.6%, Si
0.7%, Mn 7.7%, Cr 6.8%, Ni 4.2%, Mo 0.65%, V 1.7%, Zr 0.13%, P < 0.02%, S
<0.005%, N 0.25%，Fe 余量。
[0022]实施例五
[0023]一种奥氏体热作模具钢，该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C 0.5%, Si0. 8%, Mn 7. 5%, Cr 7. 0%, Ni 4. 0%, Mo 0. 70%, V 1. 3%, Zr 0. 15%, P < 0. 02%, S < 0. 005%, N 0. 22%，Fe 余量。
【权利要求】
1.一种奥氏体热作模具钢，其特征在于，该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C0.3 ~0.7%，Si0.5 ~1.1%，Μη 7.0 ~8.0%，Cr 6.5 ~7.5%，Ni3.5 ~4.5%，Mo 0.6 ~0.8%, V 0.5 ~2.0%, Zr 0.1 ~0.2%, P < 0.02%, S < 0.005%, N 0.15 ~0.30%, Fe余量。
2.如权利要求1所述的一种奥氏体热作模具钢，其特征在于，该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C 0.4 ~0.6%, Si0.7 ~0.9%，Mn 7.3 ~7.7%，Cr 6.8 ~7.2%,Ni 3.8 ~4.2%, Mo 0.65 ~0.75%, V 0.8 ~1.7%，Zr 0.13 ~0.17%, P < 0.02%, S< 0.005%, N 0.20 ~0.25%, Fe 余量。
3.如权利要求2所述的一种奥氏体热作模具钢，其特征在于，该模具钢以重量百分数计由下列组份组成:C 0.5%, Si0.8%,Mn 7.5%, Cr 7.0%,Ni4.0%,Mo 0.70%, V 1.3%,Zr 0.15%, P < 0.0 2%, S < 0.005%, N 0.22%, Fe 余量。
【文档编号】C22C38/58GK103805904SQ201210436182
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月3日 优先权日:2012年11月3日
【发明者】华兆红 申请人:无锡市森信精密机械厂