Ti－B－RE複合微合金化高強韌折彎模具鋼及其製備方法
2023-04-24 01:06:31 1
專利名稱：Ti－B－RE複合微合金化高強韌折彎模具鋼及其製備方法
技術領域：
本發明屬於鋼鐵冶金及材料製備技術領域，具體涉及一種Ti 一 B — RE複合微合金化高強韌折彎模具鋼及其製備方法。
背景技術：
42CrMo鋼具有較高的強度和韌性，無明顯的回火脆性。因此，其不但是一些重要軸和連接件的使用用鋼，而且還廣泛用於大、中型塑料模具和折彎模具的製造。折彎模具不但要求材料具有高強度、硬度，而且要求材料具有良好的韌性以提高模具的抗衝擊能力和使用壽命。在合金鋼中加入微量的B可以提高材料的淬透性並改善材料的力學性能。當淬、回火處理後，鋼中的硼在晶界替代P、S的析出，可以減輕P、S的有害影響，有利於改善衝擊性能。近年來，對低碳鋼進行Nb、V和Ti的微合金化技術得到迅速發展和廣泛應用。這些 微合金元素與碳、氮、硫等交互作用能產生細晶強化、析出物彌散強化以及夾雜物改性等，從而改善鋼的強韌性。目前鈮鐵、釩鐵的市場價格比Ti鐵貴10倍以上。我國鈦資源非常豐富，採用Ti微合金化具有低的生產成本。然而，Ti微合金化中碳以及中碳合金鋼的研究很少見於報導。對於中碳以及中碳合金鋼，鈦的碳化、氮化或碳氮化物對熱處理加熱時的奧氏體長大，冷卻及回火過程中的析出強化都有重要作用。在中碳合金鋼中加入適量的Ti還可以起到降低其他如Mo、V、Ni、Co等貴重金屬的用量，從而降低鋼材的使用成本。本發明利用鋼鐵生產企業的生產廢鋼，首先採用Ti、B微合金42CrMo鋼用以製造折彎模具。較42CrMo鋼，Ti、B微合金折彎模具鋼的強硬度得到較大提高，塑韌性有所改善。為了進一步提高模具使用壽命，韌性有待進一步提高。由於在微合金鋼中降低了貴重合金Mo的含量，該模具鋼還具有十分突出的性價比，這為進一步合金化提供了有利條件。稀土主要通過以下幾個方面的作用來改善鋼的性能(I)稀土對鋼中夾雜物的變質作用，使鋼中長條狀硫化物和不規則狀氧化物夾雜轉變為細小的圓形或橢圓形稀土硫化物和稀土硫氧化物；(2)稀土改善凝固組織，擴大等軸晶區並細化晶粒；(3)稀土減小一些溶質元素的枝晶偏析；(4)稀土富集在晶界有助於淨化晶界、減少雜質元素的偏聚；稀土還可以改善B在晶界的非平衡偏聚，突出合金B和稀土在晶界平衡偏聚的綜合作用。我國是稀土生產和應用大國，採用稀土微合金化可以改善鋼的性能並開發具有自主智慧財產權的新鋼種。為了進一步提高Ti、B微合金42CrMo折彎模具鋼的衝擊韌性和使用壽命，本發明提供了一種Ti 一 B — RE (混合稀土)微合金化高強韌折彎模具鋼及其生產方法。本發明採用鋼廠廢鋼作為煉鋼原料，其含有的雜質元素S、P含量低；通過感應爐直接熔煉代替一般稀土鋼的真空熔煉或粗煉加精煉的工藝。因此，該方法具有工藝簡單、易操作、生產成本低的特點。開發的Ti 一 B — RE複合微合金化折彎模具鋼的強度和衝擊韌性較42CrMo分別提高15%和70%以上，使用壽命大幅提高。該方法特別適合有一定生產廢鋼量的企業生產高性能42CrMo鋼。由於42CrMo鋼的應用範圍十分廣闊，因此，該鋼種具有良好的應用前景。
發明內容
針對現有42CrMo折彎模具鋼和生產技術問題，本發明提供一種Ti 一 B — RE (混合稀土)微合金化高強韌折彎模具鋼及其製備方法。本發明所提供的一種Ti 一 B — RE微合金化高強韌折彎模具鋼的成分及其質量百分比如下
C 0. 38 0. 45，Si :0. 17 0. 37，Mn :0. 50 0. 80，Al :0. 015 0. 030，Cr :0. 90 1. 20，Mo
0.12 0. 18，Ti :0. 03 0. 09，B :0. 002 0. 004，RE :0. 02 0. 05，P S 0. 02，S S 0. 01，餘量為Fe。本發明所提供的一種Ti 一 B — RE微合金化高強韌折彎模具鋼的製備方法具體步驟如下
(1)採用鋼鐵企業的廢鋼為原料，將廢鋼原料進行除鏽處理後，根據廢鋼的成分選取一定量的廢鋼和鐵合金在中頻感應爐中進行熔煉，送電熔化製成鋼水後取樣，造渣還原造白渣，白渣保持時間大於20分鐘；
(2)先向步驟(I)製成的鋼水中加入鋁粒後攪拌2分鐘進行脫氧，其次加入鈦鐵後攪拌2分鐘進行合金化和固氮，然後加入硼鐵後攪拌2分鐘，最後加入混合稀土包芯線後攪拌2分鐘，所述混合稀土包芯線中的混合稀土為富鈰混合稀土，其中混合稀土 RE在混合稀土包芯線中的質量含量> 98%，鈰Ce在混合稀土包芯線中的質量含量> 45%，將合金化處理後的鋼水澆注成方錠，得到Ti 一 B — RE微合金化高強韌折彎模具鋼。本發明的有益效果是
1、該鋼種的生產原料為冶金等企業的生產廢鋼，為企業的廢鋼高附加值利用提供了合理的出路；
2、通過微量低成本的Ti、B添加降低了貴重金屬Mo的添加，採用中頻感應爐熔煉Ti-B-RE複合微合金鋼，該方法生產設備投資少，合金鋼的生產工藝簡單、易操作，成本低；
3、通過Ti-B-RE複合微合金化，改善了合金鋼夾雜物形貌並降低了夾雜物的含量，細化了奧氏體晶粒。微合金化的折彎模具鋼的強度和韌性較42CrMo分別提高15%和70%以上，使用壽命大幅提聞。
圖I模具鋼中RE含量對本發明模具鋼力學性能的影響示意圖。圖2為42CrMo鋼奧氏體晶粒形貌圖。圖3為含0. 032 wt. %RE的Ti — B — RE微合金化42CrMo鋼奧氏體晶粒形貌圖。圖4為含0. 048 wt. % RE的Ti 一 B — RE微合金化42CrMo鋼奧氏體晶粒形貌圖。
具體實施例方式實施例I :在150 Kg中頻感應爐中對除鏽廢鋼送電溶化，化清取樣，造渣還原造白渣，白渣保持時間大於20分鐘，然後合金化；合金化過程中先加入鋁粒後攪拌2分鐘進行脫氧，其次加入鈦鐵後攪拌2分鐘進行合金化和固氮，然後加入硼鐵後攪拌2分鐘，最後加入混合稀土包芯線(混合稀土中RE ^ 98%，Ce ^ 45%)後攪拌2分鐘，其中混合稀土包芯線的加入量為0. 1(T0. 15 wt. %,合金化後燒注成方錠；錠還經過鍛造、粗加工、熱處理和精磨後進行理化和力學性能檢測。其鍛造工藝為加熱溫度1150 °C，始鍛溫度為1130 °C，終鍛溫度大於850 °C。熱處理工藝為860 ° C加熱60分鐘後油冷淬火，油冷後立即於280 ° C下3小時回火。化學檢測顯示鋼中成分(質量百分比)為:0. 45的C,0. 28的Si，0. 59的Mn，0. 99的 Cr,0. 16 的 Mo，0. 019 的 Als，0. 042 的 Ti，0. 004 的 B，0. 032 的 Re，0. 018 的 P，0. 007 的S，餘量為Fe。其奧氏體晶粒度為8. 5級(圖3為含0. 032 wt. % RE的Ti 一 B — RE微合金化42CrMo鋼奧氏體晶粒形貌圖)較42CrMo鋼的(6. 5級)明顯細化(圖2為42CrMo鋼奧氏體晶粒形貌圖)。通過RE對鋼中夾雜物的變質作用，鋼中稀土硫氧化物為橢圓形。由於其夾雜物形貌的改善和奧氏體晶粒顯著細化，其強韌性改善明顯，其屈服強度(Re)和抗拉強度(Rm)分別為1725和1900 MPa,較42CrMo鋼的分別提高20. 6和18% ;特別是塑韌性，其中斷後伸長率(A)和夏比衝擊韌性(Akv)較42CrMo鋼的分別提高112. 5%和80. 8% (圖I為模具鋼中RE含量對本發明模具鋼力學性能的影響示意圖)。
實施例2:採用與實施例I相同的工藝方法，其中混合稀土包芯線的加入量為0. 15 0. 20 wt. %。化學檢測顯示鋼中成分(質量百分比)為:0. 42的C,0. 30的Si，0. 66的Mn，0. 027 的 Als, I. 08 的 Cr，0. 16 的 Mo，0. 037 的 Ti，0. 0036 的 B，0. 048 的 Re，0.017 的 P，
0.004的S，餘量為Fe。其奧氏體晶粒度較實施例I有粗化趨勢為7. 5級(圖4為含0. 048wt. % RE的Ti 一 B — RE微合金化42CrMo鋼奧氏體晶粒形貌圖)，但仍細於42CrMo鋼。其Rm和Akv分別為1890 MPa和22. 5 J/cm2(圖I為模具鋼中RE含量對本發明模具鋼力學性能的影響示意圖)，較42CrMo鋼的分別提高17. 4%和73. 1%。
權利要求
1.一種Ti 一 B — RE微合金化高強韌折彎模具鋼，其特徵在於該模具鋼的成分及其質量百分比如下 C :0. 38 0. 45，Si :0. 17 0. 37，Mn :0. 50 0. 80，Al :0. 015 0. 030，Cr :0. 90 1. 20，Mo 0. 12 0. 18，Ti :0. 03 0. 09，B :0. 002 0. 004，RE :0. 02 0. 05，P S 0. 02，S S 0. 01，餘量為Fe。
2.權利要求I所述模具鋼的製備方法，其特徵在於該製備方法的具體步驟如下 (1)採用鋼鐵企業的廢鋼為原料，將廢鋼原料進行除鏽處理後，根據廢鋼的成分選取一定量的廢鋼和鐵合金在中頻感應爐中進行熔煉，送電熔化製成鋼水後取樣，造渣還原造白渣，白渣保持時間大於20分鐘； (2)先向步驟(I)製成的鋼水中加入鋁粒後攪拌2分鐘進行脫氧，其次加入鈦鐵後攪拌2分鐘進行合金化和固氮，然後加入硼鐵後攪拌2分鐘，最後加入混合稀土包芯線後攪拌2分鐘，所述混合稀土包芯線中的混合稀土為富鈰混合稀土，其中混合稀土 RE在混合稀土包芯線中的質量含量> 98%，鈰Ce在混合稀土包芯線中的質量含量> 45%，將合金化處理後的鋼水澆注成方錠，得到Ti 一 B — RE微合金化高強韌折彎模具鋼。
全文摘要
本發明提供一種Ti－B－RE複合微合金化高強韌折彎模具鋼及其製備方法，屬於鋼鐵冶金及材料製備技術領域。該模具鋼的成分及其質量百分比為C0.38~0.45，Si0.17~0.37，Mn0.50~0.80，Al0.015~0.030，Cr0.90~1.20，Mo0.12~0.18，Ti0.03~0.09，B0.002~0.004，RE0.02~0.05，P≤0.02，S≤0.01，餘量為Fe。該模具鋼的製備方法是將廢鋼除鏽處理後和鐵合金在中頻感應爐中進行熔煉，造渣還原造白渣，向鋼水中加入鋁粒、鈦鐵以及混合稀土包芯線後分別攪拌2分鐘進行合金化處理後的將鋼水澆注成方錠，得到Ti－B－RE微合金化高強韌折彎模具鋼。本發明模具鋼的強度和衝擊韌性較42CrMo分別提高15%和70%以上，使用壽命大幅提高。
文檔編號C22C38/32GK102703826SQ201210193048
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月13日 優先權日2012年6月13日
發明者吳宗雙, 張慶安, 斯廷智, 柳東明 申請人:安徽工業大學