[发明专利]一种细化H13模具钢碳化物的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及改善钢质量的方法，具体是指一种细化H13模具钢碳化物的方法。

背景技术

随着模具制造业的不断发展、模具工作条件的日益苛刻，对模具材料的冶金质量、性能、寿命等要求不断提高。国产H13模具钢与国际先进水平相比存在一定的差距，国产H13钢制的压铸模具寿命为3～5万模次，进口的可达20万次。H13热作模具钢是高合金钢，钢中碳含量比较高，冶炼或热加工过程，钢中存在大量的碳化物，其碳化物的大小、形貌及分布对模具的使用寿命和性能的稳定性具有极大地影响。碳化物分为一次碳化物和二次碳化物。其中一次碳化物是在钢液凝固的共晶反应阶段直接从液相中析出，二次碳化物是从奥氏体或马氏体中析出。碳化物为二次渗碳体并且铬是碳化物主要形成元素。细小而均匀分布的碳化物可提高钢的耐磨性，强度，韧性和使用寿命。国产H13模具钢一次碳化物较多，退火组织中碳化物有明显沿晶界分布现象，因此细化钢中的碳化物、改善碳化物的分布对提高模具钢质量具有重要的作用。

发明内容

本发明的目的是对含镁H13模具钢的制备→电渣重熔→缓冷→退火工艺路线，采用镁细化H13模具钢碳化物的方法。

本发明采用以下技术方案实现：细化H13模具钢中碳化物，并且改善碳化物的分布，主要包括以下步骤：

（1）大于50ppm含镁H13模具钢母电极的制备；

（2）电渣重熔过程采用液渣引燃法，渣系为CaF₂-Al₂O₃-CaO-MgO。电渣重熔过程连续对渣池加铝粉脱氧，加铝量为1kg/t_钢。保证电渣锭中的镁含量大于5ppm；

（3）脱锭后放入保温坑缓冷。退火工艺为：升温速度为40-50℃/h，升温到650-760℃保温2h，再升温至860℃保温8h，炉内自然冷却，500℃出炉。自然冷却至常温。

为了较好的实现本发明，电渣重熔过程最佳渣系为50%CaF₂-20%Al₂O₃-20%CaO-10%MgO。

本发明具有以下优点及有益效果：

（1）利用镁微合金化理论和技术降低H13热作模具钢中碳化物数量，有效细化碳化物；

（2）钢中含有一定镁，不仅影响H13模具钢中夹杂物及碳化物的析出行为，同时还会对凝固组织细化产生有利的作用，由此提高H13热作模具钢的强度及耐磨性能；

（3）有助于H13热作模具钢冶炼新工艺的开发，研究成果可推广应用至其它高碳工模具钢的生产。

附图说明

图1电解碳化物SEM形貌：（a）不含镁；（b）含镁10ppm；

图2碳化物SEM形貌：（a）不含镁；（b）含镁10ppm；

图3碳化物粒径分布。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

采用2t感应炉冶炼H13废钢→200kg电渣重熔（Φ180mm）→缓冷→退火工艺路线，具体步骤如下：

（1）在感应炉出钢过程加入Fe-20.13wt%Al-6.02wt%Mg合金20kg，出钢后镇静60s后浇铸；

（2）电渣重熔过程采用液渣引燃法。渣料在600℃下烘烤8h。加入渣料为CaF₂5kg-2kgAl₂O₃-2kgCaO-1kgMgO；

（3）电渣重熔过程工作电压为55V，工作电流为2kA。冶炼过程加铝量为0.2kg，分四次加入。脱锭后放入保温坑保温8h。

（4）退火工艺为：升温速度为40-50℃/h，升温到650-760℃保温2h，再升温至860℃保温8h，炉内自然冷却，500℃出炉。自然冷却至常温。

为了更充分的说明本发明的效果，现在以实际测试数据进行相关说明：

取上述加镁退火电渣锭和不加镁退火电渣锭的电解样及金相样。其成分如表1所示。

表1退火后H13模具钢的成分/%