一種H13鑄錠鍛造熱作模具鋼及其生產方法與流程

2023-10-09 15:26:39 5

一種h13鑄錠鍛造熱作模具鋼及其生產方法
技術領域
1.本發明屬於模具鋼生產領域，具體涉及一種h13鑄錠鍛造熱作模具鋼及其生產方法。


背景技術：

2.熱作模具鋼在模具鋼種中屬於工作條件最苛刻，受力條件最複雜，材料性能要求最高的一種模具材料。為滿足不同應用場景的材料性能需求，世界各國研發了幾十種熱作模具鋼，其中，h13熱作模具鋼是常用的熱作模具鋼，碳含量約為0.4％，合金元素含量約為8％，屬於過共析鋼，在我國牌號為4cr5mosiv1，被廣泛用於製作鋁合金的擠壓與熱模鍛模具。
3.與國外優秀的h13熱作模具鋼相比，國產熱作模具鋼仍存在較大的差距：1、鋼中液析碳化物無法消除，元素擴散不均勻，橫向與縱向力學性能差異較大，導致材料在服役過程中提前失效；2、缺乏合理的鍛造生產工藝指導，鍛造過程中材料變形不均勻，導致材料內部的微觀組織差異較大；3、粒狀碳化物分布不均勻，導致退火態硬度偏高，影響調質處理過程。
4.h13熱作模具鋼的生產工藝複雜，不同的處理工藝會對材料的最終性能產生影響。
5.2017年6月9日公開的公開號為cn 106811580 a的專利，公開了一種h13熱作模具鋼的球化退火工藝，其公開的方法為：鍛後h13鋼坯料冷卻至400～500℃，裝入爐中，以25～80℃/h的升溫速度升溫至720～750℃預熱保溫，保溫時間1-2h，再以25～80℃/h的升溫速度升溫至980-1050℃，爐料透保後再保溫3-5h，隨後爐冷至≤550℃空冷出爐；熱裝爐，以25～80℃/h的升溫速度升溫至900-950℃，爐料透保後保溫0.5-1h，空冷出爐，完成預處理過程；300-400℃裝爐，以25～80℃/h的升溫速度升溫至880℃
±
10℃，保溫4-6h,以15-20℃/h的冷卻速度冷至760℃
±
10℃，保溫8-12h後，以15-20℃/h的冷卻速度冷至≤500℃空冷出爐。但是，其不能解決橫向與縱向力學性能差異較大的問題。


技術實現要素：

6.本發明的目的在於提供一種h13鑄錠鍛造熱作模具鋼及其生產方法，通過高溫均質化及三向鍛造徹底消除了鑄錠液析碳化物及由於枝晶偏析造成的帶狀組織，材料內部的微觀組織均勻，粒狀碳化物分布均勻；使得橫縱向衝擊功性能差值在5％以內，極大的提高產品使用壽命，對提升h13熱作模具鋼產品品質具有重要的理論與實踐意義。
7.本發明具體技術方案如下：
8.一種h13鑄錠鍛造熱作模具鋼的生產方法，包括以下步驟：
9.1)鑄錠高溫均質；
10.2)鑄錠進行三向鍛造；
11.3)進行成品鍛造；
12.4)退火。
13.步驟1)中，鑄錠高溫均質具體為：對鑄錠進行600
±
20℃預加熱2
±
0.5小時，然後升溫至850
±
20℃保溫3
±
0.5小時，再升溫至1250-1280℃保溫25
±
0.5小時進行高溫均質化擴散，最後以100
±
20℃/h降溫至1240
±
20℃保溫4
±
0.5小時。
14.步驟1)中，以60-100℃/h的升溫速率從600
±
20℃升溫至850
±
20℃；
15.步驟1)中，以100-120℃/h的升溫速率從850
±
20℃升溫至1250-1280℃；
16.進一步的，步驟1)處理後，鑄錠進行冒口缺陷切除，1240
±
20℃回爐保溫2-3小時；再進行步驟2)；
17.步驟2)包括以下步驟：
18.2-1)進行縱向墩粗，墩粗完進行縱向拔長，回爐保溫；
19.2-2)進行縱向墩粗，墩粗完進行橫向拔長，回爐保溫；
20.2-3)進行橫向墩粗，墩粗完進行縱向拔長，回爐保溫；
21.步驟2-1)具體為：進行縱向墩粗，墩粗比為1.5-1.8，墩粗完進行縱向拔長，拔長比1.8-2，拔長完畢，1240
±
20℃回爐保溫4
±
0.5小時；
22.步驟2-2)具體為：進行縱向墩粗，墩粗比為1.5-1.8，墩粗完進行橫向拔長，拔長比1.8-2，拔長完畢，1240
±
20℃回爐保溫4
±
0.5小時；
23.步驟2-3)具體為：進行橫向墩粗，墩粗比為1.5-2，墩粗完進行縱向拔長，拔長比1.8-2，拔長完畢，1240
±
20℃回爐保溫2-3小時；
24.步驟2)完成之後，三墩三拔三向鍛造結束。
25.步驟2)鍛造過程中，控制開鍛溫度在980℃以上，終鍛溫度大於850℃。
26.步驟2)拔長過程中，每火次首道次壓下量控制在20-30mm，中間道次保證重壓下，壓下量120-150mm，使鑄錠心部組織充分破碎。
27.步驟3)成品鍛造具體為：鍛造過程，開鍛溫度在980℃以上，終鍛溫度大於850℃。
28.步驟4)中所述退火，進行球化退火至材料硬度≤220hb；按照本領域常規球化退火即可；具體為：模具鋼置於550℃退火爐，4h升溫到650℃保溫3h，再2h升溫到880℃保溫5h；1h降溫到750℃保溫8h；1h降溫到650℃保溫1h，最後隨爐冷卻至450℃出爐空冷。
29.以上方法生產的h13鑄錠鍛造熱作模具鋼的橫縱向衝擊功性能差值在5％以內。
30.本發明提供的一種h13鑄錠鍛造熱作模具鋼，採用上述方法製備得到；所述h13鑄錠鍛造熱作模具鋼為成分滿足標準的h13熱作模具鋼即可。
31.本發明中提到的橫向及縱向是以原始鑄錠的橫縱向為基準。
32.與現有技術相比，本發明在鑄錠均質階段，通過緩慢升溫預熱/加熱，保證鑄錠內外均勻受熱，防止加熱過程中因升溫速率過快產生熱應力造成的內部質量缺陷。採用1250-1280℃長時間高溫均質化加熱工藝確保元素得到有效充分的擴散，使元素擴散更加均勻，消除鑄錠帶來的元素偏析缺陷。高溫均質化後迅速降溫至1240
±
20℃保溫，防止因長時間高溫加熱對鋼坯造成的過燒缺陷產生。通過以上方法達到消除液析碳化物的效果。本發明通過三墩三拔，三向鍛造，控制每次的工藝參數，保證鍛造過程中鑄錠心部組織充分破碎，徹底消除組織偏析，材料內部的微觀組織均勻，粒狀碳化物分布均勻；使得橫縱向衝擊功性能差值在5％以內，減小橫縱向力學性能差值，提高模具使用壽命。
附圖說明
33.圖1為本發明三向鍛造示意圖；
34.圖2為實施例1組織圖，組織均勻，未見偏析現象；
35.圖3為對比例1組織圖，存在魏氏體組織，成分偏析嚴重；
36.圖4為對比例2組織圖，存在成分偏析；
37.圖5為對比例3組織圖，存在大量魏氏體組織，成分偏析嚴重；
38.圖6為對比例4組織圖，成分偏析；
39.圖7為本發明退火工藝曲線。
具體實施方式
40.下面結合具體實例對本發明作進一步詳細的說明。
41.實施例1
42.一種h13鑄錠鍛造熱作模具鋼的生產方法，包括以下步驟：
43.熱作模具鋼材質為h13，產品規格為直徑φ200mm
×
12m；所用坯料為模鑄錠，規格為5.2t；坯料進行表面檢查、對表面缺陷進行修磨處理，再進行以下步驟：
44.1)鑄錠高溫均質：600℃預熱保溫2小時，然後以60℃/h升溫速率加熱到850℃保溫3小時，再以100℃/h快速升溫至1280℃高溫擴散25小時，以100℃/h速率降溫至1240℃保溫4小時；再進行冒口缺陷切除，1240℃回爐保溫2小時；
45.2)鑄錠進行三向鍛造：先進行縱向墩粗，墩粗比為1.8，墩粗完進行縱向拔長，拔長比2，拔長完畢，1240℃回爐保溫4小時；再進行縱向墩粗，墩粗比為1.8，墩粗完進行橫向拔長，拔長比2，拔長完畢，1240℃回爐保溫4小時；最後進行橫向墩粗，墩粗比為1.8，墩粗完進行縱向拔長，拔長比2，拔長完畢，1240℃回爐保溫2小時；至此，三墩三拔三向鍛造結束；整個鍛造過程中，控制開鍛溫度在980℃以上，終鍛溫度大於850℃；拔長過程中，每火次首道次壓下量控制在20-30mm，中間道次保證重壓下，壓下量120-150mm，使鑄錠心部組織充分破碎。
46.3)進行成品鍛造：開鍛溫度在980℃以上，終鍛溫度大於850℃；每火次首道次壓下量控制在20-30mm，中間道次保證重壓下，壓下量120-150mm，使鑄錠心部組織充分破碎；
47.4)退火：球化退火至材料硬度≤220hb；具體退火工藝為：模具鋼置於550℃退火爐，4h升溫到650℃保溫3h，再2h升溫到880℃保溫5h；1h降溫到750℃保溫8h；1h降溫到650℃保溫1h，最後隨爐冷卻至450℃出爐空冷，退火曲線如圖7所示。
48.實施例1的組織如圖2所示，組織均勻，未見偏析現象。
49.對比例1
50.一種h13鑄錠鍛造熱作模具鋼的生產方法，包括以下步驟：
51.1)熱作模具鋼材質為h13，產品規格為直徑φ200mm
×
12m；所用坯料為模鑄錠，規格為5.2t；坯料進行表面檢查、對表面缺陷進行修磨處理；
52.2)鑄錠高溫均質：600℃預熱保溫2小時，然後以60℃/h升溫速率加熱到850℃保溫3小時，再以100℃/h快速升溫至1280℃高溫擴散25小時，以最快速度降溫至1240℃保溫4小時，進行直接鍛造成型，按照實施例1進行球化退火。
53.對比例1的組織如圖3所示，其按照本發明進行長時間高溫擴散，但未進行三墩三
拔，其組織存在魏氏體組織，成分偏析嚴重。
54.對比例2
55.一種h13鑄錠鍛造熱作模具鋼的生產方法，包括以下步驟：
56.熱作模具鋼材質為h13，產品規格為直徑φ200mm
×
12m；所用坯料為模鑄錠，規格為5.2t；坯料進行表面檢查、對表面缺陷進行修磨處理，再進行以下步驟：
57.1)鑄錠高溫均質：600℃預熱保溫2小時，然後以60℃/h升溫速率加熱到850℃保溫3小時，再以100℃/h快速升溫至1280℃高溫擴散25小時，以最快速度降溫至1240℃保溫4小時，再進行冒口缺陷切除，1240℃回爐保溫2小時；
58.2)鑄錠進行三墩三拔鍛造：首先進行縱向墩粗，墩粗比為1.8，墩粗完進行縱向拔長，拔長比2，拔長完畢，1240℃回爐保溫4小時；重複以上步驟兩次，至此，三墩三拔鍛造結束。
59.3)進行成品鍛造：整個鍛造過程，開鍛溫度在980℃以上，終鍛溫度大於850℃；每火次首道次壓下量控制在20-30mm，中間道次保證重壓下，壓下量120-150mm，使鑄錠心部組織充分破碎；
60.4)退火：球化退火至材料硬度≤220hb，退火工藝按照實施例1進行。
61.對比例2的組織如圖4所示，其按照本發明進行長時間高溫擴散，三墩三拔，但並未三向鍛造，存在成分偏析。
62.對比例3
63.一種h13鑄錠鍛造熱作模具鋼的生產方法，包括以下步驟：
64.1)熱作模具鋼材質為h13，產品規格為直徑φ200mm
×
12m；所用坯料為模鑄錠，規格為5.2t；坯料進行表面檢查、對表面缺陷進行修磨處理；
65.2)鑄錠高溫均質：600℃預熱保溫2小時，然後以60℃/h升溫速率加熱到850℃保溫3小時，再以100℃/h快速升溫至1280℃高溫擴散12小時，以最快速度降溫至1240℃保溫4小時，進行直接鍛造成型，最後進行成品退火，退火工藝按照實施例1進行。
66.對比例3的組織如圖5所示，其未按照本發明進行長時間高溫擴散，且未三墩三拔，組織存在大量魏氏體組織，成分偏析嚴重。
67.對比例4
68.一種h13鑄錠鍛造熱作模具鋼的生產方法，包括以下步驟：
69.熱作模具鋼材質為h13，產品規格為直徑φ200mm
×
12m；所用坯料為模鑄錠，規格為5.2t；坯料進行表面檢查、對表面缺陷進行修磨處理，再進行以下步驟：
70.1)鑄錠高溫均質：600℃預熱保溫2小時，然後以60℃/h升溫速率加熱到850℃保溫3小時，再以100℃/h快速升溫至1280℃高溫擴散12小時，以最快速度降溫至1240℃保溫4小時，再進行冒口缺陷切除，1240℃回爐保溫2小時；
71.2)鑄錠進行三墩三拔鍛造：首先進行縱向墩粗，墩粗比為1.8，墩粗完進行縱向拔長，拔長比2，拔長完畢，1240℃回爐保溫4小時；重複以上步驟兩次，至此，三墩三拔鍛造結束。
72.3)進行成品鍛造：整個鍛造過程，開鍛溫度在980℃以上，終鍛溫度大於850℃；每火次首道次壓下量控制在20-30mm，中間道次保證重壓下，壓下量120-150mm，使鑄錠心部組織充分破碎；
73.4)退火：球化退火至材料硬度≤220hb，退火工藝按照實施例1進行。
74.對比例4的組織如圖6所示，其未按照本發明進行長時間高溫擴散，進行三墩三拔，並未三向鍛造，成分偏析。
75.各實施例和對比例的性能如表1所示。
76.表1各實施例和對比例的性能
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以上實施例是本發明專利的較佳實例，並非對本發明專利作任何形式上的限制，凡是依據本發明專利的技術實質對以上實例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬於本發明專利技術方案的範圍內。