[发明专利]一种表面纳米化低合金钢模具的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及合金钢模具技术领域，尤其涉及一种表面纳米化低合金钢模具的制备方法。

背景技术

20世纪的社会需求和技术发展形成了目前的高强度低合金钢、合金结构钢、超高强度钢、不锈耐蚀钢、耐热钢、工具钢、模具钢、轴承钢等合金钢品种体系。进入21世纪后,高层建筑、深层地下和海洋设施、大跨度重载桥梁、轻型节能汽车、石油开采和长距离油气输送管线、军用舰艇、航空航天器、高速铁路设施、能源设施等国民经济的各个部门都需要性能高、使用寿命长且成本低的新型合金钢。合金钢的开发现状可以描述为高性能化和多品种化。

提高模具钢的洁净度是模具钢的发展方向之一。研究表明：SKD 61(4Cr5MoSiW1)钢的磷含量从0.03％降低至0.01％后，可以使模具钢淬火回火后的冲击韧性提高1倍。如果磷含量进一步降低到0.001％,模具钢的冲击韧性可提高2倍。降低模具钢的氧含量也可以提高冲击韧性。国外先进模具钢的氧含量小于15×10^-6。

模具钢的另一个发展方向是提高等向性。改善模具钢横向韧性和塑性，使之接近纵向性能，模具的使用寿命就会大幅度提高。近20年来，各钢厂都在致力于开发高等向性模具钢，如奥地利伯乐钢厂开发的ISODISC、日本日立金属的ISOTROPY、日本高周波的MICROFINED等。高等向性模具钢的横向韧性和塑性值相当于纵向性能的80-95％，比一般模具钢高40-60％。

QPQ盐浴复合处理技术是近年来新发展起来的渗氮+氧化处理技术，实际上是一种盐浴复合处理技术，其主体技术是盐浴渗氮或盐浴氮碳共渗，然后再加上一道氧化工序。QPQ复合处理技术是由盐浴渗氮技术演变而来。QPQ盐浴复合处理技术是一种可以同时大幅度提高金属表面的耐磨性、耐蚀性，而工件几乎不变形的新的金属表面强化改性技术。QPQ盐浴复合处理技术则具有变形小、处理时间短，节能效果显著的优点。但传统的QPQ处理技术具有渗层较薄，不能满足即承受摩擦磨损又需要具有良好耐蚀性的工件的需求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种表面纳米化低合金钢模具的制备方法。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种表面纳米化低合金钢模具的制备方法，包括以下步骤：

(1)将模具原料依次进行冶炼浇注、轧制，得到低合金钢；

(2)将低合金钢加工，得到低合金钢模具；

(3)将低合金钢模具依次进行纳米化处理、氮化处理、氧化处理、浸油处理，得到表面纳米化低合金钢模具。

优选地，所述步骤(1)中的模具原料，由下述质量百分比的原料组成：

C 0.02-0.08％、Cr 0.5-0.9％、Si 0.1-0.6％、Mn 0.33-0.38％、Mo 0.17-0.24％、Ni 0.05-0.15％、Co 0.02-0.08％、Nb 0.05-0.08％、W 0.15-0.35％、P 0.002-0.008％、S 0.002-0.008％，余量为Fe。

优选地，所述步骤(1)中的冶炼浇注为依次进行电弧炉初炼，钢包RH处理和LF处理。

优选地，所述步骤(1)中的轧制包括均热处理、轧制和冷却，其中均热处理是在1100-1150℃的加热炉中均热4-6小时，轧制的开轧温度为950-1050℃、终轧温度为840-880℃，轧制速度为3-5m/s，冷却速度为5-10℃/s、冷却后的终温度为650-680℃。

优选地，所述步骤(3)中的纳米化处理为利用功率为280-480W的钨合金刀具以10-20KHZ的频率冲击所述低合金钢模具的表面；冲击能量产生450-650MPA的压应力；使被冲击部位得以强化从而实现纳米化，在表面形成纳米-微米梯度结构。

优选地，所述步骤(3)中的氮化处理为将纳米化的低合金钢模具放入坩锅，加热至450℃，加入氧化盐2-5kg开始化盐至氧化盐熔化；再将基盐分次加入坩埚中，加热基盐全部熔化后盐浴面上升到距离坩埚上部边缘120mm时停止加入基盐，加入调整盐1-2kg，在200-350℃条件下运行2.5h。