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申请/专利权人：内蒙古北方重工业集团有限公司

摘要：本发明涉及一种4Cr5MoSiV1热作模具钢，特别是涉及一种提高4Cr5MoSiV1热作模具钢性能的方法。本发明采用电炉冶炼、真空碳脱氧、渣面扩散脱氧精炼，控氧条件下添加纯稀土La和Ce、氩气保护浇注，生产出全氧含量低至12ppm的高洁净钢锭，钢锭经扩散均质化退火，三维方向的三次镦粗、拔长锻造，锻后水、空气双介质交替快速冷却，在淬火前进行超高温奥氏体化后快冷+球化退火工序，淬火后不低于590℃的2‑3次回火，得到4Cr5MoSiV1热作模具钢稳定的回火组织，4Cr5MoSiV1热作模具钢单个缺口冲击性能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%的高性能、极佳等向性的质量水平。

主权项：一种提高4Cr5MoSiV1热作模具钢性能的方法，其特征在于，通过三向锻造及锻后水、空气双介质交替冷却制备出高性能、等向性达到93%以上的4Cr5MoSiV1热作模具钢，制备方法包括如下步骤：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）中的钢锭加热至1250℃‑1280℃，保温25～30小时的扩散均质化退火；3）锻造：将步骤2）中均质化退火后的钢锭，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2‑3h100mm，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、平均缺口冲击性能≥320J；横、纵向无缺口冲击功之比≥93%。

全文数据：一种提高4Cr5M〇SiV1热作模具钢性能的制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种4Cr5M〇SiVl热作模具钢，特别是涉及一种提高4Cr5M〇SiVl热作模具钢性能的制备方法。背景技术[0002]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4Cr5M〇SiVl，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—胜百）、奥地利BOHLER百禄）、德国GR0EDITZ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±IHRC时，单个缺口冲击性能KV2彡8J、平均缺口冲击性能KV2彡15J，单个无缺口冲击功多90、平均缺口冲击性能多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[0003]本发明的目的在于提供一种提高4Cr5MoSiVl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±IHRC时，单个缺口冲击性能KV2多25J、平均缺口冲击性能KV2多30J，单个无缺口冲击功多280J、平均无缺口冲击功多320J，横、纵向无缺口冲击功之比彡93%。[0004]技术解决方案[0005]—种提高4Cr5M〇SiVl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4Cr5M〇SiVl热作模具钢。[0006]一种提高4Cr5MoSiVl热作模具钢性能的制备方法如下：[0007]1炼钢：[0008]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，非金属夹杂物单项级，粗系、细系夹杂物之和分别2级的高洁净钢锭；[0009]2钢锭退火：[0010]将步骤1中的钢锭经加热至1250〜1280°C，保温25〜30小时的扩散均质化退火；3锻造：[0011]退火后钢锭经高温扩散处理后，进行Χ、γ、ζ三个方向镦粗、拔长，镦粗比为2.0,拔长后Χ:Υ:Ζ=2:1.5:1;[0012]4锻后冷却：[0013]锻件完成锻造后，保证锻件温度不低于900°C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°C-380°C，工件截面的温度320°C-500°C;[0014]5性能热处理：[0015]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°C的2-3次回火，保温时间2-3h100mm，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±IHRC，单个缺口冲击性能KV2彡25J、平均缺口冲击性能KV2多30J，单个无缺口冲击功多280J、平均无缺口冲击功多320J，横、纵向无缺口冲击功之比彡93%;[0016]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%。[0017]发明的效果[0018]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lOOppm，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4Cr5MoSiVl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。[0019]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，4Cr5M〇SiVl模具钢的横、纵向无缺口冲击功之比彡93%，显著细化晶粒，4Cr5M〇SiVl模具钢的晶粒度达到9级以上。[0020]3经性能热处理的工件，硬度达到45±1HRC，单个缺口冲击性能KV2525J、平均缺口冲击性能KV2多30J，单个无缺口冲击功多280J、平均无缺口冲击功多320J。[0021]钢材的综合性能达到国际通用材料质量水平、完全满足使用要求。附图说明[0022]图1为本发明流程图。具体实施方式[0023]实施例1[0024]1钢液采用电炉冶炼、LF炉精炼并经真空碳脱氧、渣面充分扩散脱氧精炼，使自由氧6ppm，然后加入氧含量为60ppm的La和Ce的混合物，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%，实现净化钢液、变质夹杂和微合金化三大功能，并经气氛保护浇注，防止钢液二次氧化。；[0025]2步骤1的钢锭脱模后热送锻造车间，经加热至1250-1260°C，25-27小时的保温扩散均质化退火，通过扩散减轻钢中：、、1〇、¥成分偏析、降低带状组织级别，为提高强度和等向性奠定基础；[0026]3步骤2的钢锭分别进行三维X、Y、Z三个方向镦粗、拔长，镦粗比为2.0，拔长后X:Υ:Z=2:1.5:1;使钢锭在三个方向上得到充分锻造，从而减弱金属流线产生的各向差异、提高材料密实度并将4Cr5M〇SiVl模具钢的横、纵向无缺口冲击功之比达到93%以上；[0027]4步骤3的4Cr5MoSiVl钢属于过共析钢，根据4Cr5MoSiVl钢的TTT图，保证锻件温度不低于900°C时，快速进行水、空气双介质交替冷却，水冷80〜90秒、空冷70〜80秒，如此循环冷却数次，工件出水后表面最高回升温度为320°C-380°C，工件截面的温度320°C-500°C，防止网碳析出及冷却裂纹的产生;本发明工件出水后表面最高回升温度低于320°C时，因发生马氏体转变而产生裂纹，工件出水后表面最高回升温度高于500°C时，工件晶界处易形成连续网状碳化物；[0028]5步骤4的锻件粗加工后转入性能热处理，首先进行超高温奥氏体化后快冷+球化退火工序，以得到细小均匀的晶粒和组织，淬火后再进行不低于590°C的2次回火，保温时间2h100mm，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土1HRC，单个缺口冲击性能KV2多25J、平均缺口冲击性能KV2多30J，单个无缺口冲击功多280J、平均无缺口冲击功多320J，横、纵向无缺口冲击功之比多93%;[0029]力学性能测试结果见表1、表2。[0031]表24Cr5MoSiVl模具钢无缺口冲击性能检测结果[0033]实施例2[0034]1钢液采用电炉冶炼、LF炉精炼并经真空碳脱氧、渣面充分扩散脱氧精炼，使自由氧6ppm，然后加入氧含量为50ppm的La和Ce的混合物，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%，实现净化钢液、变质夹杂和微合金化三大功能，并经气氛保护浇注，防止钢液二次氧化。；[0035]2步骤1的钢锭脱模后热送锻造车间，经加热至1260-1280°C，26-28小时的保温扩散均质化退火，通过扩散减轻钢中：、、1〇、¥成分偏析、降低带状组织级别，为提高强度和等向性奠定基础；[0036]3步骤2的钢锭分别进行三维X、Y、Z三个方向镦粗、拔长，镦粗比为2.0，拔长后X:Υ:Z=2:1.5:1;使钢锭在三个方向上得到充分锻造，从而减弱金属流线产生的各向差异、提高材料密实度并将4Cr5M〇SiVl模具钢的横、纵向无缺口冲击功之比提高到93%以上；[0037]4步骤3的4Cr5MoSiVl钢属于过共析钢，根据4Cr5MoSiVl钢的TTT图，保证锻件温度不低于900°C时，快速进行水、空气双介质交替冷却，水冷80〜90秒、空冷80〜90秒，如此循环冷却数次，工件出水后表面最高回升温度为320°C-380°C，工件截面的温度320°C-500°C，防止网碳析出及冷却裂纹的产生;本发明工件出水后表面最高回升温度低于320°C时，因发生马氏体转变而产生裂纹，工件出水后表面最高回升温度高于500°C时，工件晶界处易形成连续网状碳化物；[0038]5步骤4的锻件粗加工后转入性能热处理，首先进行超高温奥氏体化后快冷+球化退火工序，以得到细小均匀的晶粒和组织，淬火后再进行不低于590°C的2次回火，保温时间2h100mm，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土1HRC，单个缺口冲击性能KV2多25J、平均缺口冲击性能KV2多30J，单个无缺口冲击功多280J、平均无缺口冲击功多320J，横、纵向无缺口冲击功之比多93%;[0039]力学性能测试结果见表3、表4。

权利要求：1.一种提高4Cr5MoSiVl热作模具钢性能的方法，其特征在于，通过三向锻造及锻后水、空气双介质交替冷却制备出高性能、等向性达到93%以上的4Cr5M〇SiVl热作模具钢，制备方法包括如下步骤：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中的钢锭加热至1250°C-1280°C，保温25〜30小时的扩散均质化退火；3锻造：将步骤2中均质化退火后的钢锭，进行X、Y、Z三个方向镦粗、拔长，镦粗比为2.0,拔长后Χ:Υ:Ζ=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°C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°C_380°C，工件截面的温度320°C-500°C;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°C的2-3次回火，保温时间2-3h100mm，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彡25J、平均缺口冲击性能KV2多30J，单个无缺口冲击功多280J、平均缺口冲击性能多320J;横、纵向无缺口冲击功之比多93%。

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