一种具有良好耐蚀性和韧性的超高强度模具钢的制作方法
【专利摘要】一种具有良好耐蚀性和韧性的超高强度模具钢，其特征在于：由以下重量百分含量的化学成分组成：C：0.08～0.32％；Si：≤0.8％；Mn：≤0.5％；Cr：5～10％；Ni：6.0～8.0％；Co：1.3-1.8％；W：0.9～1.1％；V：0.2～0.5％；Nb：0.08～0.15％；N：≤0.002％；O：≤0.0015；Mo：0.9-1.4％，Ti：0.05-0.4％，S：0.011～0.025％，其余为Fe和其他不可避免的杂质，本发明模具钢经过锻造等加工手段可以广泛应用于要求高强度及韧性的汽车行业等工业用钢。
【专利说明】一种具有良好耐蚀性和韧性的超高强度模具钢
【技术领域】
[0001]本发明涉及冶金【技术领域】，尤其涉及一种具有良好耐蚀性和韧性的超高强度模具钢及其制造方法。
【背景技术】
[0002]钢是所有金属中用途最广泛的一种材料，在航空、核能、舰船、石化等工业领域广泛应用，近年来向交通运输(汽车、火车)、厨房用具、家用电器、建筑装饰等民用领域发展。因此，钢材的性能与人们的生活安全密切相关。目前，汽车工业用钢的开发主要致力于提高钢的强度并保持其成形性。汽车轻量、安全、低能耗的发展趋势对钢铁产品在品种、规格、质量上提出更高的要求。研发质量轻、耐冲击的运输工具体系的新设计理念要求开发强度高、塑性好及能量吸收能力优良、比质量轻的材料。提高强度可以减轻汽车的重量(满足节能环保需求)，而塑性提高则可满足复杂车型设计及提高驾乘安全性能的需求。
[0003]高强度不锈 钢由于同时具有高强度和良好耐腐蚀性，而被广泛应用于航空航天、医疗器械、石油钻探设备、轻型武器和海洋应用等领域。但近些年来，随着对航空航天一些重要结构件性能要求的不断提高，对高强度不锈钢的强度、韧性的要求也随之提高。目前具有超高强度和高韧性匹配的实用不锈钢种较少。国内使用较多的、具有代表性的高强度不锈钢有17-4PHU5-5PH和PH13_8Mo等，它们虽然具有较高的耐腐蚀性能，但强度或韧性偏低。因此，超高强度(Rm≥1900MPa)，并具有良好的塑性和韧性(A≥15% )的不锈钢在航空航天等国防尖端领域存在着广泛的应用前景。
[0004]传统塑料模具钢具有高合金含量所带来的成本较高、工艺流程长等缺点。国内塑料模具钢行业用钢多来自进口或国内生产的变通钢种，牌号如日本的NAK80、瑞典的718、美国的P20等，合金含量较高，钢板成本价格上升。且上述几种进口钢价格普遍很高。
[0005]随着塑料模具钢加工行业的迅猛发展，模具制造业对其材料要求:一是材料的高质量，二是材料的低成本。但由于市场上提供的钢板交货期较长、材料板宽较窄、价格偏高规格范围较窄，无法满足竞争日益激烈的模具钢加工行业的需求。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷、工作性能优良的具有良好耐蚀性和韧性的超高强度模具钢。
[0007]—种具有良好耐蚀性和韧性的超高强度模具钢，其特征在于:由以下重量百分含量的化学成分组成:c:0.08 ~0.32%；S1≤0.8% ;Mn:≤ 0.5% ;Cr:5 ~10% ;N1:6.0 ~8.0% ；Co:1.3-1.8% ；ff:0.9 ~1.1% ;V:0.2 ~0.5% ；Nb:0.08 ~0.15% ；N..( 0.002% ；O 0.0015 ；Mo:0.9-1.4%, T1:0.05-0.4%, S:0.011 ~0.025%，其余为 Fe 和其他不可避免的杂质。
[0008]一种具有良好耐蚀性和韧性的超高强度模具钢的制造方法，包括以下步骤:
I)真空感应炉熔炼；2)浇注电极；3)真空自耗炉重熔；4)高温均匀化扩散；5)锻造成材；6)固溶处理；7)退火处理；8)双重时效处理，所述熔炼步骤包括:采用超高功率电炉冶炼，选取优质钢种，将除Cr、Ni外的元素装入坩埚，将坩埚预热至400~600°C，并抽真空至(2.7Pa，以5~10kg/min的熔化速度进行熔化，全熔后，以1560~1600°C的温度进行精炼，保持时间在60~90min ;加入Cr、Ni，以5~10kg/min的熔化速度进行熔，Cr、Ni全熔后，再次以1560~1600°C的温度进行精炼，精炼时间控制在20~30min，熔化期期采用大渣量流渣操作，真空脱碳；然后送入LF精炼炉内进行精炼，快速脱氧，根据脱S情况，微调Mn、Mo、Cr、V含量，吊包前调Ti ;加热轧制步骤:钢坯在连续炉加热，加热温度1200-1270°C，加热速度10-12cm/min ;采用I型控制轧制，即奥氏体再结晶区控制轧制，选择高温低速、大压下轧制，终轧温度< 950°C，以尽量减少奥氏体晶粒尺寸长大；回火及硬度检验步骤:回火温度为480-570°C，保温系数为4-5min/mm，现场硬度检验，得合格的成品。
[0009]上述发明技术方案的原理是:通过提高铬的质量百分数到8-12%提高钢的高温抗氧化性，调整碳含量和添加氮元素形成碳氮化物弥散强化相保证高温强度，并通过优化合金元素的配比提高钢的临界温度Acl。经最终热处理后，钢的组织由板条状回火马氏体，其上均匀分布着稳定的高密度碳氮化物弥散相，因而具有高的高温强度。高的高温强度和高的临界温度，使本发明钢具有良好的抗热疲劳性能。
[0010]碳:降低临界温度Ael，促进M23C6 (M指Cr、Fe等金属元素)型碳化物析出，抑制碳氮化物以弥散形式析出，不利于高温强度和抗热疲劳性能的提高。因此，本发明钢中，碳的质量百分数控制在0.08、.32%之间；
氮:与碳、铌、钒元素结合形成MX (M指V、Nb等金属元素，X指C和N)型碳氮化物强化相。氮含量过高，易于形成粗大碳氮化物相，不利于提高高温强度，过低又不足以形成足够的碳氮化物强化相。因此，本发明钢中氮的的质量百分数控制在小于0.002%。 [0011]铬:提高耐蚀 性和抗氧化性，但过高的铬含量会导致最终热处理加热时形成大量 铁素体，不利于高温强度的提高。因此，本发明钢中铬的质量百分数控制在5~10%之间。
[0012]钴:奥氏体形成元素，起抑制δ-铁素体形成的作用，但又不降低钢的临界温度。但因钴的价格昂贵，尽量少用。因此，本发明钢中钴的质量百分数控制在1.3~1.8%之间。
[0013]钥和钨:固溶强化元素，提高钢的高温强度，同时还有提高钢的淬透性和防止第二类回火脆性的作用。但含量过高，会促进S-铁素体的形成。因此，本发明钢中钥和钨的质量百分数分别控制在0.9^1.4%和0.9^21.1%之间。
【具体实施方式】
[0014]实施例1-3发明钢的化学成分(wt.%)
【权利要求】
1.一种具有良好耐蚀性和韧性的超高强度模具钢，其特征在于:由以下重量百分含量的化学成分组成:c:0.08 ~0.32% ；Si 0.8% ；Mn:^ 0.5% ；Cr:5 ~10% ；N1:6.0 ~8.0% ；Co:1.3-1.8% ；ff:0.9 ~1.1% ;V:0.2 ~0.5% ；Nb:0.08 ~0.15% ；N.≤ 0.002% ；O 0.0015 ；Mo:0.9-1.4%, T1:0.05-0.4%, S:0.0il ~0.025%，其余为 Fe 和其他不可避免的杂质；并且S的含量和N的含量之比为1.50~6.0，所述高强度模具钢的生产方法包括以下步骤:1)真空感应炉熔炼；2)浇注电极；3)真空自耗炉重熔；4)高温均匀化扩散；5)锻造成材；6)固溶处理；7)退火处理；8)双重时效处理，所述熔炼步骤包括:采用超高功率电炉冶炼，选取优质钢种，将除Cr、Ni外的元素装入坩埚，将坩埚预热至400~600°C，并抽真空至≤2.7Pa，以5~10kg/min的熔化速度进行熔化，全熔后，以1560~1600°C的温度进行精炼，保持时间在60~90min ;加入Cr、Ni，以5~10kg/min的熔化速度进行熔，Cr、Ni全熔后，再次以1560~1600°C的温度进行精炼，精炼时间控制在20~30min，熔化期期采用大渣量流渣操作，真空脱 碳；然后送入LF精炼炉内进行精炼，快速脱氧，根据脱S情况，微调Mn、Mo、Cr、V含量，吊包前调Ti ;加热轧制步骤:钢坯在连续炉加热，加热温度1200-1270°C，加热速度10-12cm/min ;采用I型控制轧制，即奥氏体再结晶区控制轧制，选择高温低速、大压下轧制，终轧温度< 950°C，以尽量减少奥氏体晶粒尺寸长大；回火及硬度检验步骤:回火温度为480-570°C，保温系数为4-5min/mm，现场硬度检验，得合格的成品。
2.如权利要求1所述的具有良好耐蚀性和韧性的超高强度模具钢，其特征在于:Co的重量百分比为Co:1.5%。
3.如权利要求1所述的具有良好耐蚀性和韧性的超高强度模具钢，其特征在于:Cr的重量百分比为Cr:8%。
4.如权利要求1所述的具有良好耐蚀性和韧性的超高强度模具钢，其特征在于:所述退火工艺为:800-850°C保持l_2h，空冷。
5.如权利要求1所述的具有良好耐蚀性和韧性的超高强度模具钢，其特征在于:这种钢的硬度在HRC 58-63之间，韧性在17-20J/cm2之间。
6.一种具有良好耐蚀性和韧性的超高强度模具钢的制造方法，包括以下步骤: I)真空感应炉熔炼；2)浇注电极；3)真空自耗炉重熔；4)高温均匀化扩散；5)锻造成材；6)固溶处理；7)退火处理；8)双重时效处理，所述熔炼步骤包括:采用超高功率电炉冶炼，选取优质钢种，将除Cr、Ni外的元素装入坩埚，将坩埚预热至400~600°C，并抽真空至(2.7Pa，以5~10kg/min的熔化速度进行熔化，全熔后，以1560~1600°C的温度进行精炼，保持时间在60~90min ;加入Cr、Ni，以5~10kg/min的熔化速度进行熔，Cr、Ni全熔后，再次以1560~1600°C的温度进行精炼，精炼时间控制在20~30min，熔化期期采用大渣量流渣操作，真空脱碳；然后送入LF精炼炉内进行精炼，快速脱氧，根据脱S情况，微调Mn、Mo、Cr、V含量，吊包前调Ti ;加热轧制步骤:钢坯在连续炉加热，加热温度1200-1270°C，加热速度10-12cm/min ;采用I型控制轧制，即奥氏体再结晶区控制轧制，选择高温低速、大压下轧制，终轧温度< 950°C，以尽量减少奥氏体晶粒尺寸长大；回火及硬度检验步骤:回火温度为480-570°C，保温系数为4-5min/mm，现场硬度检验，得合格的成品。
【文档编号】C22C38/52GK103981455SQ201410194383
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月9日 优先权日:2014年5月9日
【发明者】陈海波, 陈爱国, 陈仁训, 陈桂兰, 陈冰玲, 陈春燕, 刘桂春 申请人:南安市国高建材科技有限公司