一种Cr3系列热作模具钢及其热处理方法
【专利摘要】本发明提供一种Cr3系列热作模具钢，所述热作模具钢以重量％计，包含C0.38～0.50％，Si 0.15～0.70％，Mn 0.30～0.90％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr2.80～3.50％，Ni 1.40～2.00％，Mo1.80～2.60％，V0.10～0.50％，Al0.020～0.10％，Nb 0.02～0.20％，余量的Fe。本发明提出一种新的Cr3系列热作模具钢(记为YD3系列模具钢)的化学成分配方，与现有的Cr3Mo3(4Cr3Mo3SiV，H10)系热作模具钢比较，YD3系列模具钢C、Mn、Cr含量相当，降低了Mo、V、Si含量，添加Ni元素、添加了Nb元素、添加了Al元素。从而提高了韧性。
【专利说明】
一种Cr3系列热作模具钢及其热处理方法
技术领域
[0001] 本发明属于铁基合金领域，具体涉及一种用于锻造模具的合金及其应用。
【背景技术】
[0002] 5CrNiMo和5CrNiMoV是当前工业上的主要模具材料(GB/T11880-89模锻锤和大型 机械锻压机用模块技术条件）;GB1299-2000合金工具钢;《我国热作模具钢性能数据集》，朱 宗元，机械工程材料，第25卷第12期，Pl 2;其中5CrNiMo模具钢热强性和耐磨性较差。我国锻 造用模具材料品种较少，应用最多的是GB/T11880-89中的5CrNiMo、5CrNiMoV、4Cr2Mo VNi (B2); GB/T1299-2000中的Hl 3;这些品种中依据使用硬度来衡量，高的高，低的低，缺少中间 硬度的品种，GB/T11880-89中的5Cr2NiM〇VSi属于硬度适中的品种，但因脆性大，易于开裂， 应用不广泛。故需开发合金化和硬度处于5CrNiMo和H13中间的或高于H13的系列品种。
[0003] H13(4Cr5MoSiVl)是世界应用最广泛的高合金热作模具钢，用途有型腔复杂、承受 冲击载荷较大的锤锻模，锻造压力机上的整体模具或镶块，以及热挤模、热切边模、压铸模 等，具有较高的热硬性和耐磨性(《H13模具钢的应用与发展》，李彩文，王孟君，武星星，中国 材料科技与设备，2009年，第4期）。!113钢原是美国的一个钢种，在我国一般称作4Cr5M 〇SiVl 钢。热作模具钢要求材料具有高的淬透性、高的高温强度、高的耐磨性、高的韧度、高的抗热 裂能力和尚的耐恪损性能等。Hl3钢之所以被广泛应用，是因为它具有以下特性:①具有尚 的淬透性和高的韧性;②优良的抗热裂能力，在工作场合可予以水冷;③具有中等的耐磨 性，可采用渗碳或渗氮工艺来提高其表面硬度;④在较高温度下具有抗软化能力;⑤热处理 变形小;⑥良好的切削加工性能。H13的缺点在于不适合制造大中型、大型和超大型模具，易 于开裂。故国内开发了大截面热作模具钢。
[0004] 锻压模块的厚度彡350~500mm的称为大型模块，厚度彡500mm的称特大型模块。我 国开发了45Cr2NiMoVSi (45Cr2)、5Cr2NiMoVSi (5Cr2)、3Cr2MoVNi (B2)和3Cr2MoWVNi (B3) (JBT8431-1996《热锻成形模具钢及其热处理技术条件》）等大截面热作模具钢，与5CrNiMo 相比，45Cr2和5Cr2钢提高了淬透性、高温强度、热稳定性，而冲击韧性相当，抗热磨损和抗 热疲劳的性能也好于5CrNiMo，（《模具材料应用手册》，林慧国、火树鹏、马绍弥主编，机械工 业出版社第二版，P410)。但45Cr2和5Cr2易于开裂。
【发明内容】
[0005] 针对本领域存在的问题，本发明目的是提供一种适于大中小型模具的Cr3系列热 作模具钢。
[0006] 本发明的另一目的是提出所述Cr3系列热作模具钢制得的模具。
[0007] 本发明的第三个目的是提出用所述Cr3系列热作模具钢制得的模具的热处理方 法。
[0008] 实现本发明上述目的的具体技术方案为：
[0009] -种Cr3系列热作模具钢，所述热作模具钢以重量％计，包含CO.38~0.50%， SiO .15~0.70%，Mn 0.30~0.90%，P彡0.020%，S彡0.010%，Cr2.80~3.50%，Ni 1.40~ 2.00%，Μ〇1·80~2.60%，V0.10~0.50%，，Α10·020~0.10%，Nb 0.02~0.20%，余量的 Fe0
[0010]本发明提出的新型Cr3系列热作模具钢的化学成分配方，材料命名为YD3,与现有 的Cr3Mo3(4Cr3Mo3SiV，H10)系热作模具钢比较，YD3系列模具钢C、Mn、Cr含量相当，降低了 Mo、V、Si含量，添加 Ni元素、添加了Nb元素、添加了 Al元素。从而提高了韧性。
[0011]现有技术中，热作模具钢的主要合金元素和范围为：(：0.26-0.75%、310.10-1.2%、Mn0.20-1.60%、Cr0.5-5.5%、Mo0-3.4%、W0-7.9%、V0-1.4%、Ni0-4.3%、Co0-4.5%、AL0-0.7%、Nb〇-〇. 3%，每一种成分含量的变化对钢的组织和性能起着有益作用和 不利的作用，本发明目标是发明一种Cr3的碳化物含量较Cr5略低的高强韧性的替代H13的 热作模具钢，取每一种元素的常处，规避其短处，重点考虑的方面如下：
[0012] 1)C在钢中的作用
[0013] 扩大γ相区，但因渗碳体的形成，不能无限固溶；随含量的增加，提高钢的硬度和 强度，但降低其塑性和韧性。提高钢的淬透性；
[0014] 降低Ms点，故保持相对较低的碳含量，使钢的Ms取于相对较高的水平，淬火获得较 多的板条马氏体组织提高韧性，同时也能降低在回火后钢中的碳化物数量提高韧性，故C比 5CrNiMo 降低0.1~0.2%。
[0015] 为提高钢的耐磨性，应使钢获得马氏体+合金碳化物组织，与含铬5%的钢比，Cr降 低2 %，故为了提高合金碳化物含量，C比Cr5系列(Hl3)略有提高至0.38-0.50%，保持在形 成一定量的合金碳化物的水平上。
[0016] 故本发明钢种取C 0.38-0.50%。
[0017] 2)、娃在钢中的作用：
[0018] (1)提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。
[0019] (2)Si是提高回火抗力的有效元素.Si降低碳在铁素体中的扩散速度，使回火析出 的碳化物不易聚集，增加了回火稳定性；
[0020] (3)提尚钢的尚温抗氧化性能；
[0021] (4)不利方面易使钢呈现带状组织，使钢的横向性能降低。
[0022] Si的不利方面还有是增加钢中的碳偏析，其不利作用较比其有利作用大，故Si取 满足冶炼脱氧的要求的略高水平。
[0023] 故本发明钢种取SiO .15~0.70%。
[0024] 3)、锰在钢中的作用
[0025] (1)锰提高钢的淬透性。
[0026] (2)锰和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，Mn又可形成碳化 物，从而提高钢的强度、硬度和耐磨性。
[0027] (3)锰对钢的高温瞬时强度有所提高。
[0028] (4)锰强烈降低钢的Ms点，增加淬火钢中的残余奥氏体量，有利的方面可提高韧 性，不利的方面可增加变形量；
[0029] 锰钢的主要缺点是，①含锰较高时，有较明显的回火脆性现象;②锰有促进晶粒长 大的作用，因此锰钢对过热较敏感，故在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶 粒元素如钼、钒、钛等来克服。
[0030] Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，Mn在钢中必须达到一定的量，Mn/S必须大于等于8。 本发明钢种主要利用其提高淬透性和提高耐磨性的方面，故取其在较高的含量，与H13相比 提高了Mn含量。
[0031] 故发明钢种Mn取0.30~0.90 %。
[0032] 4)、铬在钢中的作用
[0033] (1)铬可提高钢的强度和硬度。
[0034] (2)铬可提高钢的高温机械性能。
[0035] (3)使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性
[0036] (4)阻止石墨化
[0037] (5)提高淬透性。
[0038] (6)形成碳化物，提高耐磨性
[0039] (7)增加回火稳定性
[0040] (8)Cr对钢共析点的影响，它和Mn大致相似，降低共析点的含C量。
[0041] 缺点:①铬是显著提高钢的脆性转变温度②铬能促进钢的回火脆性。
[0042] Cr主要是碳化物形成元素，增加耐磨性，提高耐热性，提高抗回火稳定性。Cr3系列 的Cr含量与Cr5和Crl比取中等偏上的水平。
[0043] 故本发明钢种Cr取2.8-3.5%。
[0044] 5)、镍在钢中的作用
[0045] (1)可提高钢的强度，且提高其韧性，改善疲劳抗力。（2)镍可降低钢的脆性转变温 度，即可提高钢的低温韧性。（3)镍可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大 气的腐蚀。（4)提高淬透性，（5)扩大奥氏体区，增加淬火钢中的残余奥氏体量，有利的方面 可提高韧性，不利的方面可增加变形量；（6)增加树枝晶，提高横向性能，（7)增加板条状马 氏体量，提高韧性，（8)加速碳在奥氏体中的扩散，Ni为非碳化物形成元素，提高碳在奥氏体 中的扩散系数，降低了一次碳化物，并使二次碳化物不易长大。（9)Ni使奥氏体的层措能提 高。一般认为层措能越低，越有利于位措的扩展和形成位措，使滑移困难，导致钢的加工硬 化趋势增大。反之层措能越高，越易于变形加工。这可增在锻造道次变形量，有利于组织破 碎和疏松焊合。故Ni取与5CrNiMo相当的或略高的含量范围。
[0046] 故本发明钢种Ni取1.4-2.00%。
[0047] 6)、钼在钢中的作用
[0048] (1)钼对铁素体有固溶强化作用。（2)提高钢热强性，提高高温强度在高温时保持 足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变），（3)细化晶粒，提高 韧性，（4)提高钢的淬透性。（5)起到二次硬化作用，加入量不低于1%，最高3%。（6)形成碳 化物，提高耐麻磨性。（7)增加回火稳定性。（8)可抑制钢的回火脆性。
[0049] 缺点:钼的主要不良作用是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。
[0050] 为了提高抗回火稳定性、提高高温强度、提高耐磨性。本发明钢种考虑与Cr5比Cr 含量已降低2%，需提高Mo来保证耐磨性和耐热性不降低，故与Cr5比提高了 Mo的含量，但与 Cr3M〇3比为了提高冲击韧性，Mo含量又略有降低。
[0051] 故本发明钢种Mo取1.8~2.60%。
[0052] 7)、钒在钢中的作用
[0053] 提高钢热强性。细化晶粒。起到二次硬化作用，形成碳化物，提高耐麻磨性。
[0054]缺点:V高形成一次碳化物，溶解温度高，不易溶解，从而降低韧性。
[0055] 本发明的YD3系列钢与Cr5(H13)系列和Cr3M〇3(H10)比V大幅度降低。本发明钢种V 取 0.05 ~0.20%。
[0056] 8)、铝在钢中的作用
[0057] (1)强化铁素体，
[0058] (2)提高高温硬度，
[0059] (3)提高固溶强度，
[0060] (4)细化晶粒，
[00611 (5)提高Ms点，增加板条M。
[0062] (6)为非碳化物形成元素，可提高碳的活度，提高碳的扩散系数，使二次碳化物不 易长大。
[0063] 故本发明钢种Al取0.020-0.10%。
[0064] 9)、铌在钢中的作用
[0065] Nb和C、N、0有极强的亲合力，与之形成极为稳定的化合物，提高钢的硬度。同时弥 散的化合物可以细化晶粒，提高晶粒的粗化温度，降低钢的过热敏感性和回火脆性。
[0066] 故本发明钢种Nb取0 · 02-0 · 20 %水平。
[0067] 12)其它元素和气体含量:Cu:不形成碳化物，以固溶态存在于基体中，能改善钢的 韧性，提高淬透性和耐腐蚀性。但其缺点是增加钢的热脆性，故其含量控制在<〇 . 20 %水 平；Ti:为碳化物形成元素，可细化晶粒，与V、Nb的作用类似，由于添加了 V和Ni，故Ti不添 加，应控制在<0.01%水平。？、5、？13、311)8、313、81和气体含量1!1、0均为有害元素，均应控 制在较低水平，且越低越好。
[0068]进一步地，所述Cr3系列热作模具钢，采用以下方法制备而得：电炉或转炉冶炼，LF 炉精炼，真空脱气，模铸或连铸，退火，电渣重熔，缓冷，退火，锻造，正火，球化退火，扩氢，粗 加，检验，粗加，调质，精加，检验。
[0069] 用本发明所述的Cr3系列热作模具钢制造的模具。
[0070] -种合金模具的热处理方法，所述合金模具为低合金钢用锤锻或机锻模具，所述 合金模具为本发明所述的 Cr3系列热作模具钢制备，所述合金模具的热处理步骤：
[0071] Sl淬火：<680 °C装炉，保持在680 °C温度下等温，等温的时间按工件的有效尺寸 0 · 6min/mm计算，然后随炉升温至800°C温度下保持等温;等温时间按0 · 6min/mm计算，再随 炉升温至930~970°C，保持时间按1.0~1.2min/mm计算，冷却至150~180°C后立即回火； [0072] S2-次回火：彡280°C装炉，保持在280°C温度下，等温时间按工件的有效尺寸 0.6min/mm计算，升温至565~605 °C保温，油冷冷至表面温度100~150 °C后冷却，确保模具 冷至室温后才能进行第二次回火；
[0073] S3二次回火：<300°C入炉，升温至560~585°C，保温时间按按工件的有效尺寸1.8 ~2.4min/mm计算，冷却至室温。
[0074] 所述冷却为空冷、油冷、水冷中的一种或多种。
[0075] 进一步地，所述Sl淬火时快冷，所述S2中从565~605°C快冷至表面温度100~150 °C然后空冷，所述S3中空冷至室温；
[0076]所述快冷为油冷或水冷。尺寸较大件或形状复杂件油冷。
[0077]其中，所述Sl中，保持在680°C温度下等温的时间按工件的有效尺寸0.6min/mm计 算，然后随炉升温至800°C温度下保持等温的时间按按工件的有效尺寸0.6min/mm计算。
[0078]工件的有效尺寸又称当量尺寸，对于圆形工件，可指其直径，对于方形工件，指其 厚度，饼件、带孔的工件等，可查热处理手册而定。本发明中涉及时间以"/mm"计量的，均是 指按工件的有效尺寸计。
[0079] 优选地，所述Sl中，第二次随炉升温至950~970°C。
[0080] 更优选地，所述S2中，升温至590~595°C，保温时间按2.4~3.0min/mm计算。
[0081 ] 进一步优选地，所述S3中，升温至580~585 °C。
[0082]其中，S3冷却至室温后，进行洛氏硬度检测，对于小型模具的硬度要求为：表面硬 度最大不能超过50HRC，最小不能低于46HRC;对于中型模具的硬度要求为:表面硬度最大不 能超过46HRC，最小不能低于43HRC;对于大型模具的硬度要求为：表面硬度最大不能超过 44HRC，最小不能低于40HRC。
[0083]模具大中小型的划分通常按厚度划分，可按照《模具标准件数据手册》、《模具钢手 册》(冶金工业出版社.）提供的尺寸确定，参见P14、P18、P464。
[0084]本发明的有益效果在于：
[0085] 1)、本发明提出一种新的Cr3系列热作模具钢(记为YD3系列模具钢）的化学成分配 方，与现有的Cr3Mo3(4Cr3Mo3SiV，H10)系热作模具钢比较，YD3系列模具钢C、Mn、Cr含量相 当，降低了 Mo、V、Si含量，添加 Ni元素、添加了Nb元素、添加了 Al元素。从而提高了韧性。 [0086] 2 )、本发明提出YD3模具钢合理的冶炼、加热、锻造和预备热处理工艺规范。关键点 是保证钢的低倍组织致密，纯洁度高、带状级别低、正火后组织细化，高温回火后碳化物细 小且均匀等。
[0087] 3)、本发明制订了最终热处理工艺规范。其关键点为淬火冷却要充分，回火消除应 力要充分。所制得的YD3钢强度和硬度较高，表明具有较高的抗回火稳定性。
【附图说明】
[0088]图1为YD3不同淬火温度屈服强度和抗拉强度曲线(600°C回火）
[0089]图2为YD3不同淬火温度断面收缩率、断后伸长率、冲击功和硬度曲线(600°C回火） [0090]图3为YD3不同回火温度屈服强度和抗拉强度曲线(950°C淬火）
[0091]图4为YD3不同回火温度断面收缩率、断后伸长率、冲击功和硬度曲线曲线（950°C 淬火）
[0092]图5为几种不同钢种不同回火硬度对比曲线。
[0093]图6为样号214-2,14651炉号，950度45min油淬火(未回火)的样品，4%硝酸酒精溶 液腐蚀，放大400倍的组织照片，为马氏体+未溶碳化物。
[0094] 图7为样号326-2、炉号14651的热处理模具，950度60min油冷、575水、580水冷，4% 硝酸酒精溶液腐蚀组织，回火托氏体，放大400倍。
[0095]图8为YD3件，锻后球化退火，4 %硝酸酒精溶液腐蚀，观察组织为AS7级。
【具体实施方式】
[0096] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。以下所述仅是本发明 的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原 理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
[0097] 实施例中，如无特别说明，所使用的技术手段为本领域的常规技术手段。
[0098] 本发明提出的Cr3系列钢的成分范围如下表1。在实施例中示出了某一成分的具体 实例，在表1记载的范围内，制得的Crl系列热作模具钢具有同样的性能。 Γ 00991 丰游.
[0101] 实施例1
[0102] Cr3系列热作模具钢的制备方法，其特征在于，包括步骤：电炉冶炼，LF炉精炼 (LADLE FURNACE，钢包精炼炉），真空脱气(VD)，模铸，退火，电渣重熔(ESR)，缓冷，退火，锻 造，正火，球化退火，扩氢，粗加，检验，精加，调质，精加，检验，投产(得到模块或模具）。标记 为YD3模具钢。
[0103] 通过控制钢水的成分，制得的模具钢中，以重量％计，包含CO. 40%，Si 0.23%，Mn 0.70%,PO.003%,SO.001%,Cr3.23%,Nil.41%,Mo 1.84%,V 0.16%,Al 0.020%,Nb 0.03%，余量的Fe。和不可避免的夹杂。
[0104] 图8为YD3模具钢试件，锻后球化退火，4 %硝酸酒精溶液腐蚀，观察组织为AS7级。
[0105] 实施例2
[0106] 冶炼的方法同实施例1。通过控制钢水的成分，制得的模具钢中，以重量％计，包含 C 0.45%,Si 0.40%,Mn 0.50%,P 0.007%,S 0.002%,Cr 2.80%,Ni 1.60%, M〇2.20%，V0.30%，A1 0.060%，Nb 0.10%，余量的Fe和不可避免的夹杂。
[0107] 实施例3
[0108]冶炼的方法同实施例1。通过控制钢水的成分，制得的模具钢中，以重量％计，包含 C 0.46%,Si 0.40%,Mn 0.70%,P 0.007%,S 0.002%,Cr 3.00%,Ni 1.80%,Mo 2.00%，V 0.20%，A1 0.080%，Nb0.15%，余量的Fe和不可避免的夹杂。
[0109] 实施例4
[0110]用实施例1YD3钢热处理制备模具，规格为:900 X 700 X 450。
[0111] Sl淬火：彡680 °C装炉，保持在680 °C温度下等温时间按工件的有效尺寸（下同） 0.6min/mm计算，再随炉升温至800°C温度下等温时间按0.6min/mm计算，再随炉升温至930 ~970°C，保持按1.0~1.2min/mm计算，油冷冷却至150~180°C出油后立即回火；
[0112] S2-次回火：彡280 °C装炉，保持在280 °C温度下等温按0.6min/mm计算，升温至565 ~600°C，保持按2.4~3.0min/mm计算，冷却至表面温度100~150°C后冷却（回火后的冷却 方式可有多种，小试可选择空冷或水冷，工业条件下采用油冷），出油空冷时，确保模具冷至 室温后才能进行第二次回火；
[0113] S3二次回火：<300°C入炉，升温至580~600°C，保持按1.8~2.4min/mm计算，冷却 至室温(实验室条件下可以用水冷，工业条件下为空冷）。
[0114] 热处理最后一步冷至室温后，进行洛氏硬度检测，对于小型模具的硬度要求为:表 面硬度最大不能超过50HRC，最小不能低于46HRC;对于中型模具的硬度要求为:表面硬度最 大不能超过46HRC，最小不能低于43HRC;对于大型模具的硬度要求为:表面硬度最大不能超 过44HRC，最小不能低于40HRC。图6和图7示出了淬火热处理后组织为条片状马氏体+碳化 物，淬火+回火热处理后组织为回火托氏体。
[0115] YD3不同热处理工艺对力学性能的影响见表2-1，表2-2和表3、图1、图2。
[0116] 表2-1:炉号14651，规格257X300方，Φ 25mm热处理试验结果
[0119]表2-2不同的淬火温度效果比较
[0121] 表2-1和2-2中，600水表示600°C回火温度，然后水冷。
[0122] 结论:淬火温度950-970°C抗拉强度最高，且塑性和韧性略有上升，所以最佳淬火 温度950-970 °C。
[0123] 设置不同的回火温度，回火温度的影响见表3和表4、图3、图4。取一、二次回火温度 较高者，比较列于表3-2中。
[0124] 表3-1炉号14651，规格40方，Φ 25mm热处理试验结果
[0127]表3-2:不同回火温度效果比较
[0129] 表4:257 X 300方锻件取样，Φ 25mm试样热处理，性能结果
[0132] 结论:该钢抗回火性能高，560 °C回火两次，硬度HRC为51.5-52，抗拉强度1800Mpa， 冲击功KV2 12J，伸长率横向7%，纵向9%，略低，580°C回火两次，硬度HRC为46.5-48.5，抗 拉强度1520Mpa，冲击功KV2横向15J、纵向19.5J，伸长率横向9.5 %，纵向10.5 %，可满足使 用。
[0133] 试验例
[0134] 1)不同钢种不同回火温度硬度对比
[0135] 表5 ￥03、!113、￥85六、￥858、￥85(：不同回火温度的硬度，邢〇
[0137] 表中YB5系列钢中Cr的含量为C0.40~0.48%，Si 0.20~1.2%，Mn 0.40~ 0.80%，P<0.020%，S<0.010%，Cr4.80~5.50%，Nil.40~2.0%，Mo0.80~1.50%， ￥0.50~0.70%，抑.50-1.00%，(：〇0~0.75%，厶10.01~0.20%，恥0.02~0.20%，余量的 Fe0
[0138] 结论：1、￥03、!113、￥854、￥858、￥85(：不同回火温度的硬度处于同一水平，故￥03可以 替代Hl 3。
[0139] 2、YD3、YB5C抗回火能力比H13、YB5A、YB5B要高，故调质热处理回火温度略高。
[0140] 实施例5
[0141] 名称:锻模上、下，外形尺寸:840 X 490 X 390，
[0142] 调质热处理工艺为：
[0143] SI :680°C保温3小时，升温至800°C保温3小时，升温至950°C保温8小时，出炉油冷 60分钟，至150~170°C。
[0144] S2:280°C保温4小时，升温至595°C保温19.5小时，出炉油冷60分钟，至150~180°C 空冷至室温。
[0145] 硬度检测，结果为HRC42，42.5，42.2三点。S3:升温至570°C保温15.6小时，出炉空 冷至室温，硬度检测，结果为HRC41，40.5，40.8三点。符合HRC40~44的要求。
[0146] 实施例6
[0147] 名称:锻模上、下，外形尺寸:840 X 490 X 390，
[0148] 调质热处理工艺为：
[0149] SI :680°C保温3小时，升温至800°C保温3小时，升温至950°C保温8小时，出炉油冷 60分钟，至150~170°C。
[0150] S2:280°C保温4小时，升温至585°C保温19.5小时，出炉油冷60分钟，至150~180°C 空冷至室温。
[0151] 硬度检测，结果为HRC44，43.5，44.2三点。S3:升温至570°C保温15.6小时，出炉空 冷至室温，硬度检测，结果为HRC44，43.5，43.8三点。符合HRC40~44的要求。
[0152] YD3在热锻模具上应用的结论
[0153] 1、用YD3替代H13,使用寿命与H13相当，YD3在热处理工艺上较H13简单，制造成本 低。
[0154] 2、H13易裂，而YD3不易裂，用于制造大中型模具较H13有优势。
[0155] 以上所公开或要求的实施例在不超过现有公开的实验手段的范围内可以制出或 实施。本发明优选的实施方式所描述的所有的产物和/或方法，明白地指那些不违反本发明 的概念、范围和精神的可以用于该产物和/或实验方法以及接下来的步骤。对所述的工艺中 技术手段的所有的改动和改进，均属于本发明权利要求定义的概念、范围和精神。
【主权项】
1. 一种Cr3系列热作模具钢，其特征在于，所述热作模具钢以重量％计，包含CO. 38~ 0.50%，Si0.15~0.70%，Mn0.30~0.90%，P<0.020%，S<0.010%，Cr2.80~3.50%， Ni 1.40~2·00%，Μ〇1·80~2.60%，V0.10~0·50%，，Α10·020~0.10%，Nb 0.02~ 0.20%，余量的Fe。2. 根据权利要求1所述Cr3系列热作模具钢，其特征在于，采用以下方法制备而得：电炉 或转炉冶炼，LF炉精炼，真空脱气，模铸或连铸，退火，电渣重恪，缓冷，退火，锻造，正火，球 化退火，扩氢，粗加，检验，粗加，调质，精加，检验。3. 用权利要求1或2所述的Cr3系列热作模具钢制造的模具。4. 一种合金模具的热处理方法，所述合金模具为低合金钢用锤锻或机锻模具，其特征 在于，所述合金模具为权利要求1或2所述的Cr3系列热作模具钢制备，所述合金模具的热处 理步骤： S1淬火：彡6 8 0 °C装炉，保持在6 8 0 °C温度下等温，等温的时间按工件的有效尺寸 0 · 6min/mm计算，然后随炉升温至800°C保持等温;等温时间按0 · 6min/mm计算，再随炉升温 至930~970°C，保持时间按1.0~1.2min/mm计算，冷却至150~180°C后立即回火； S2-次回火：彡280°C装炉，保持在280°C温度下，等温时间按工件的有效尺寸0.6min/ mm计算，升温至565~605 °C保温，冷却至表面温度100~150 °C后冷却，确保模具冷至室温后 才能进行第二次回火； S3二次回火：<300°C入炉，升温至560~585°C，保温时间按按工件的有效尺寸1.8~ 2.4min/mm计算，冷却至室温； 所述冷却为空冷、油冷、水冷中的一种或多种。5. 根据权利要求4所述的热处理方法，其特征在于，所述S1淬火时快冷，所述S2中从565 ~605 °C快冷至表面温度100~150 °C然后空冷，所述S3中空冷至室温； 所述快冷为油冷或水冷。6. 根据权利要求4所述的热处理方法，其特征在于，所述S1中，保持在680°C温度下等温 的时间按工件的有效尺寸〇.6min/mm计算，然后随炉升温至800°C温度，保持等温的时间按 按工件的有效尺寸0.6min/mm计算。7. 根据权利要求4~6任一项所述的热处理方法，其特征在于，所述S1中，第二次随炉升 温至950~970°C。8. 根据权利要求4~6任一项所述的热处理方法，其特征在于，所述S2中，升温至590~ 595 °C，保温时间按2.4~3. Omin/mm计算。9. 根据权利要求4~6任一项所述的热处理方法，其特征在于，所述S3中，升温至580~ 585 Γ。10. 根据权利要求4~6任一项所述的热处理方法，其特征在于，S3冷却至室温后，进行 洛氏硬度检测，对于小型模具的硬度要求为:表面硬度最大不能超过50HRC，最小不能低于 46HRC;对于中型模具的硬度要求为:表面硬度最大不能超过46HRC，最小不能低于43HRC;对 于大型模具的硬度要求为:表面硬度最大不能超过44HRC，最小不能低于40HRC。
【文档编号】C22C38/12GK106086688SQ201610749641
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月29日
【发明人】潘孝忠, 于成文
【申请人】营口市特殊钢锻造有限责任公司