[发明专利]一种提高4Cr5MoSiV1热作模具钢性能的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种4Cr5MoSiV1热作模具钢，特别是涉及一种提高4Cr5MoSiV1热作模具钢性能的制备方法。

背景技术

模具是制造业的重要基础工艺装备，模具技术水平已成为衡量一个国家产品制造业水平的重要标志之一，随着中国模具制造业的发展，我国模具钢的发展十分迅速，模具钢的钢种系列不断完善，质量水平和生产工艺装备均有了长足的进步，但是，对于压铸模具用钢，国际上一般采用H13等类似国内4Cr5MoSiV1,由于压铸模特殊的工作环境，要求模具具有优异的高温抗拉强度，出色的高温耐磨性、足够的韧性和抗热裂性。对于生产零件结构复杂、批量大的产品，模具材料多选用国际上知名企业的产品，如瑞典ASSAB（一胜百）、奥地利BOHLER(百禄)、德国GROEDITZ(葛利兹)等。国内类似产品因生产工艺不过关，材料力学性能指标低，一般硬度在45±1HRC时,单个缺口冲击性能KV2≥8J、平均缺口冲击性能KV2≥15J, 单个无缺口冲击功≥90、平均缺口冲击性能≥160J，横、纵向无缺口冲击功之比≤70%，这种质量状况严重影响了材料的综合性能和模具的使用寿命。为打破国外垄断，建立我国的高品质模具钢材料，依托企业具有的装备和技术力量进行产品研发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高4Cr5MoSiV1热作模具钢性能的方法，该方法制备的热作模具钢具备硬度达到45±1HRC时, 单个缺口冲击性能KV2≥25J、平均缺口冲击性能KV2≥30J, 单个无缺口冲击功≥280J、平均无缺口冲击功≥320J，横、纵向无缺口冲击功之比≥93%。

技术解决方案

一种提高4Cr5MoSiV1热作模具钢性能的方法，其特征在于，通过多向锻造及锻后水、空气双介质交替冷却制备出高性能的、极佳等向性的4Cr5MoSiV1热作模具钢。

一种提高4Cr5MoSiV1热作模具钢性能的制备方法如下：

1）炼钢：

钢液采用电炉冶炼、经真空碳脱氧、渣面充分扩散脱氧精炼，使自由氧≤6ppm，然后加入氧含量低于80ppm的La和Ce的稀土混合物，La和Ce的重量比为3:7，同时稀土La和Ce占钢水总量达到0.02%，并经氩气保护浇注，生产出全氧含量低至12ppm，非金属夹杂物单项≤1级，粗系、细系夹杂物之和分别≤2级的高洁净钢锭；

2）钢锭退火：

将步骤1）中的钢锭经加热至1250～1280℃，保温25～30小时的扩散均质化退火；3）锻造：

退火后钢锭经高温扩散处理后，进行X、Y、Z三个方向镦粗、拔长，镦粗比为2.0，拔长后X：Y：Z=2：1.5：1；

4）锻后冷却：

锻件完成锻造后，保证锻件温度不低于900℃时，快速进行水、空气双介质交替冷却，水冷60～90秒、空冷60～90秒；水冷60～90秒、空冷60～90秒，如此循环冷却数次，工件出水后表面最高回升温度为320℃-380℃，工件截面的温度320℃-500℃；

5）性能热处理：

锻后冷却的工件在淬火前增加超高温快冷+球化退火工序，以得到细小均匀的晶粒和组织，淬火后进行不低于590℃的2-3次回火，保温时间2-3h/100mm，使残余奥氏体充分转变为回火索氏体，得到稳定的回火组织；硬度达到45±1HRC, 单个缺口冲击性能KV2≥25J、平均缺口冲击性能KV2≥30J, 单个无缺口冲击功≥280J、平均无缺口冲击功≥320J，横、纵向无缺口冲击功之比≥93%；

所述稀土采用氧含量低于80ppm的La和Ce的稀土混合物，La和Ce的重量比为3:7，同时稀土La和Ce占钢水总量达到0.02%。

发明的效果

1）材料采用以电炉冶炼、真空碳脱氧技术精炼、稀土处理加入 使加入氧含量低于100ppm，控制非金属夹杂物（特别是Ds类夹杂物）、氩气保护浇注，最终精炼的4Cr5MoSiV1钢全氧含量低至12ppm，非金属夹杂物单项≤1级，粗系、细系夹杂物之和分别≤2级的高洁净钢锭。

2）钢锭经过加热、均质化扩散退火、进行X、Y、Z三个方向镦粗、拔长三向锻造、淬火组织准备、多次回火，可有效提高钢的均匀性，改善各向异性,4Cr5MoSiV1模具钢的横、纵向无缺口冲击功之比≥93%，显著细化晶粒，4Cr5MoSiV1模具钢的晶粒度达到9级以上。