[发明专利]一种H13热作模具钢的球化退火工艺

说明书

一种H13热作模具钢的球化退火工艺，属于模具钢热处理工艺领域。工艺包括：(1)锻后H13钢坯料冷却至400～500℃，装入炉中，以25～80℃/h的升温速度升温至720～750℃预热保温，保温时间1‑2h，再以25～80℃/h的升温速度升温至980‑1050℃，炉料透保后再保温3‑5h，随后炉冷至≤550℃空冷出炉；热装炉，以25～80℃/h的升温速度升温至900‑950℃，炉料透保后保温0.5‑1h，空冷出炉，完成预处理过程；300‑400℃装炉，以25～80℃/h的升温速度升温至880℃±10℃，保温4‑6h,以15‑20℃/h的冷却速度冷至760℃±10℃，保温8‑12h后，以15‑20℃/h的冷却速度冷至≤500℃空冷出炉。优点在于，组织中碳化物分布均匀性，细化组织，消除原始组织中的网状碳化物等缺陷、降低退火硬度。

技术领域

本发明属于模具钢热处理工艺领域，特别涉及一种H13热作模具钢的球化退火工艺。适用于H13钢锻后退火及不合格退火组织的改善型退火。

背景技术

H13钢是目前应用最广泛的热作模具钢，此类钢通常应用于急冷急热及高温高压环境，其最主要的失效形式是热疲劳裂纹、粗大裂纹、塑性变形、磨损等，其中热疲劳裂纹是影响热作模具寿命的最主要的失效形式。一般认为，强度和回火稳定性是影响热疲劳抗性的最主要因素，而高的冲击韧性有利于局部应力的松弛，防止裂纹扩展。强度和塑性对热疲劳的不同阶段可能有不同的影响。热疲劳裂纹的萌生阶段主要受强度控制，而扩展阶段主要受韧塑性的控制，当热裂出现时，钢材较高的韧性可以阻止裂纹的扩展，防止形成贯穿模具的大裂纹。因此，高的强度和良好的韧塑性对热作模具材料的热疲劳抗力均有贡献。生产中可以通过合适的淬、回火工艺获得所需的强度，但韧性的提高需要提高钢材的质量。

获得良好的退火组织是H13钢高韧性的必要条件。对于H13钢而言，按正常的工艺锻造冷却后，可得到马氏体、贝氏体混合组织，硬度较高，达到50HRC左右，难以切削加工。另外，锻造过程对组织也产生不良影响，如晶粒尺寸分布不均匀以及由锻后冷却速度过慢造成的碳化物沿晶析出等缺陷。需要通过球化退火消除钢中的残余应力、降低硬度、使合金碳化物均匀分布，同时也为最终淬、回火热处理作好组织上的准备。因此，球化退火在H13钢的生产过程中非常重要。

退火组织的优劣是初步评价H13钢质量等级的重要判定依据。NADCA 207-2003标准中明确规定需要对退火组织进行评级，并且制定了详细的评级图谱。H13钢退火过程中析出的合金碳化物的尺寸粒度、分布受各种因素制约。对于H13钢，现有的退火工艺技术是在锻后冷却到一定温度后对钢坯直接退火，工艺一般基于H13钢的临界点，按照等温退火执行，工艺为：860-890℃奥氏体化，控制慢速冷至740-780℃等温，控制慢速冷至温度≤500℃空冷出炉。该工艺已被大多数生产厂家采用。但实际中发现，终锻后钢坯直接球化退火的组织不能满足NADCA 207#-2003的要求。主要表现在网状碳化物、链状碳化物以及碳化物分布不均匀等，网状及链状碳化物通常能够遗传到钢的回火状态，对钢材的横向冲击韧性造成了较大的影响。以至于H13钢退火态出厂时球化退火级别较低，品质也较差。其主要原因是未对等温退火前的组织进行预处理，不均匀的锻后组织保留了下来。近几年，针对H13钢退火组织差的问题，研究人员在传统的等温退火基础上加入正火过程，正火温度一般为1000-1100℃，经过正火后的H13钢退火组织虽有改善，但碳化物尺寸过于细小，硬度偏高，碳化物分布仍然存在一定方向性，球化效果未能达到NADCA 207-2003标准的超级质量水平。

发明内容

本发明的目的是提供一种H13热作模具钢的球化退火工艺，克服了现有的技术缺陷，该工艺能够提高H13钢的退火组织中碳化物分布均匀性，细化组织，消除原始组织中的网状碳化物等缺陷、降低退火硬度。同时该工艺也可应用于改善不合格的退火组织。

为实现上述目的，本发明所涉及的H13钢的退火热处理方法，包括以下几个步骤：