稀土模具钢及其生产方法

文档序号:3339247阅读:622来源:国知局
专利名称:稀土模具钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及冶金领域,特别是关于稀土模具钢及其生产方法。
冶金工业出版社1987年12月出版的《稀土在钢铁中的应用》一书曾报道“在合金钢和高合金钢中添加适量的稀土元素对钢的纯度、均匀性、晶粒细化和改善高合金钢的热塑性等有良好的影响。”但是对在模具钢中添加稀土生产稀土模具钢未见报导。现有生产模具钢主要采用电弧炉冶炼、轧制成材的工艺。由于该工艺没有很好的除硫方法,使得钢中硫沿晶界偏聚,即使钢中只有0.002%的硫,偏聚现象也很明显。而这部分硫是最有可能直接弱化晶界的,钢中含硫量较高时,晶界上偏聚的硫也较多,钢的热塑性也就较差。现有模具钢中的含硫量小于或等于0.03%为合格,显然,这样高的含硫量直接影响了模具钢的热塑性能。
另外,由于热作模具与热的金属接触,因此要求它具有高温强度,耐磨性和韧性,抗热疲劳及耐氧化性能,同时亦需要高的淬透性和较小的变形。为了满足模具的上述要求,对钢材性能就有特殊要求钢材成份均匀、组织均匀、硬度均匀;钢质纯净、要求钢中有害元素及非金属夹杂物含量低;钢致密,无气孔、疏松、偏析等;钢材各向同性,横向机械性能高。
采用现有电弧炉冶炼、轧制成材工艺生产的模具钢很难达到上述要求。
本发明的目的是为了提高模具钢的热塑性能,在热作模具钢3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1(即H13)中添加适量的稀土金属,以改善钢材的物理性能,从而达到提高模具使用寿命的目的。同时提供一种稀土模具钢的冶炼方法。
本发明的技术构成是,使用以铈为主的混合稀土金属,按钢重量的0.10~0.50%加入稀土,以钢包压入法在3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1(即H13)钢中添加稀土金属,采用中频炉冶炼-加入稀土、电渣重熔-锻造成材-退火-检验的稀土模具钢生产工艺,钢中稀土含量控制在0.02~0.03%(重量)。
试验是在150公斤的中频感应炉按常规工艺冶炼,在钢包中压入配量的稀土,再进行电渣重熔。电渣锭要及时进行缓冷,然后锻造成材。
加入稀土的方法是先将称量好的稀土金属放入一个钢罩内并用铝丝捆好,钢罩的背面有一条连杆,出钢过程中当钢水流出三分之一至二分之一时,将准备好的装有稀土的钢罩迅速压入包底,并来回搅动几次,促使稀土熔化和均匀分布。
锻造温度一般控制在1120~1160℃,开锻温度在1060~1100℃为宜。
电渣重熔后的H13RE、3Cr2W8VRE,经电子探针检验,其中大部分的硫形成稳定的、高熔点的稀土氧硫化物的RE2O2S,在凝固时成为结晶核心,因而这部分硫不会在晶界形成网状偏析,从而改善了钢的热塑性。
从电镜检验结果看出,H13RE、3Cr2W8VRE钢中有固溶状态的稀土元素存在,这是提高钢的热塑性的重要因素。
另外,根据送样到北京钢铁研究总院进行金相检验结果看出,稀土元素细化了钢中的碳化物,也有利于改善钢的热塑性。
表1 金相检验钢中碳化物网状结果
检验结果表明,加稀土的模具钢比不加稀土的模具钢网状碳化物降低0.5级。
从电镜照片和北京钢铁研究总院金相检验结果可以看出,加稀土的比不加稀土的钢晶粒度细,组织致密,均匀性好。
表2 金相检验晶粒度结果
结果表明,加稀土的模具钢比不加稀土的模具钢晶粒度提高2级。
由于采用中频炉冶炼-添加稀土、电渣重熔的冶炼工艺,使得钢材横向冲击值高;延伸率高;几乎看不到纤维状组织;无夹渣,气孔及偏析;疲劳极限高。3Cr2W8VRE高温抗拉强度δb达到1250N/mm2,屈服强度δ0.2达到1140N/mm2,断面收缩率ψ达到46.0%。H13RE高温抗拉强度δb达到1500N/mm2,屈服强度δ0.2达到1310N/mm2,断面收缩率ψ达到50.0%。尤为突出的是H13RE的高温冲击韧性平均从45.6akuj/cm2提高到71.6akuj/cm2,平均提高57.7%。
电渣重熔使钢纯净、组织致密、成份均匀、表面光洁。
综上所述,采用本发明生产的稀土模具钢,具有钢的组织细密,成份均匀,稀土模具钢易锻,明显提高H13RE钢的高温冲击韧性,提高了热塑性。经宜山轴承厂进行使用寿命对比试验,结果表明,采用H13RE、3Cr2W8VRE稀土模具钢制成的模具的使用寿命比常规生产的3Cr2W8V钢制成的模具使用寿命提高二至三倍。在桂林有色金属加工厂进行了都经过电渣重熔,锻造成材生产的3Cr2W8V与3Cr2W8VRE的使用寿命对比,结果是用3Cr2W8V加工成的φ36mm穿孔针生产管坯120根,就出现拉细或开裂;而用稀土模具钢3Cr2W8VRE加工成φ36mm穿孔针生产管坯,平均在150根左右,最高达180根,使用寿命提高25%。
实施例试验是在150公斤的中频感应炉按常规工艺进行冶炼;采取在钢包中压入稀土的方法添加稀土,再进行电渣重熔,电渣锭经缓冷然后锻造成材,锻造温度在1120~1160℃,开锻温度在1060~1160℃,然后退火,检验,获得合格产品。
进行了不同稀土加入量对钢性能的影响试验。当稀土元素加入量小于0.10%(重量)时,钢中稀土含量少,从检验结果看,达不到净化钢液、改变钢中有害元素硫的作用。当稀土元素加入量在0.2~0.25%时,钢中稀土含量在0.02~0.03%之间,稀土元素对钢材的物理性能有明显效果,提高了钢材的热塑性,提高了模具的使用寿命。当稀土加入量大于0.30%或达到0.50%以上时,电渣重熔后钢中稀土含量仍在0.02~0.03%之间,这说明稀土元素的收得率低,大部分稀土被烧损,使得钢材的成本提高。
权利要求
1.一种稀土模具钢及其生产方法,其特征在于使用以铈为主的混合稀土金属,按钢重量的0.10~0.50%加入稀土,以钢包压入法在3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1钢中添加稀土金属,采用中频炉冶炼-加入稀土、电渣重熔-锻造成材-退火-检验的稀土模具钢生产工艺。
2.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于所述钢包压入法添加稀土,是先将称量好的稀土金属,放入一个钢罩内并用铝丝捆好,出钢时当钢水流出三分之一至二分之一时,将准备好的装有稀土的钢罩迅速压入包底,并来回搅动。
3.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于锻造成材温度在1120~1160℃,开锻温度在1060~1100℃。
4.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于进行电渣重熔后,电渣锭要及时进行缓冷,然后锻造成材。
5.根据权利要求1所述的稀土模具钢,其特征在于钢中稀土含量最好是在0.02~0.03%之间。
全文摘要
一种稀土模具钢及其生产方法。采用中频炉冶炼、电渣重熔、锻造成材、退火、检验的工艺流程,在出钢过程中当钢流出三分之一或二分之一时,将装有称量稀土的钢罩压入包底、搅动,使稀土熔化并均匀。稀土加入量为钢重量的0.10~0.50%,最好是在0.20~0.25%。稀土模具钢易锻,组织细密,成分均匀,具有高温冲击韧性好,使用寿命提高二至三倍。
文档编号C22C38/22GK1088629SQ9211496
公开日1994年6月29日 申请日期1992年12月22日 优先权日1992年12月22日
发明者蒋宪明, 黄演清, 梁德胜, 磨英坚, 李仁福, 韦美菊 申请人:广西冶金研究所
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