H13模具鋼及其製備方法
2023-06-29 11:37:16 2
專利名稱：H13模具鋼及其製備方法
技術領域：
本發明涉及模具鋼及其製備方法，特別涉及一種H13模具鋼及其製備方法，屬於耐磨材料技術領域。
背景技術：
用模具加工成型零件具有生產效率高、質量好、節約材料和成本低等一系列優點， 應用範圍極其廣泛。熱作模具鋼是一類重要的模具材料，由於熱作模具是在高溫下長時間工作的，隨著服役時間的延長其組織將發生變化，性能也會相應地發生改變，因此，這就要求熱作模具鋼具有良好的強韌性、冷熱疲勞性能及高溫熱穩定性等。4Cr5MoSiVl (即H13鋼，以下同)是既可用於熱鍛模具，又可用於熱擠壓模具，還可以用於壓鑄模具的中合金熱作模具鋼。H13鋼最早由美國在上世下半葉開發，由於其具有十分優異的淬透性，以及韌性好、耐磨性高、抗熱疲勞好等特點，在熱作模具鋼中，H13鋼的綜合性能表現十分突出，因此，它迅速被生產廠家所接受並成為主流熱作模具鋼，並陸續被世界各發達國家所採用。H13鋼的主要特性是①具有高的淬透性和高的韌性；②優良的抗熱裂能力，在工作場合可予以水冷；③具有中等耐磨損能力，還可以採用滲碳或滲氮工藝來提高其表面硬度，但會略為降低抗熱裂能力；④因其含碳量較低，回火中二次硬化能力較差； ⑤在較高溫度下具有抗軟化能力，但使用溫度高於540°C時硬度出現迅速下降(即最高工作溫度為540°C )；⑥熱處理的變形小；⑦中等和高的切削加工性；⑧中等抗脫碳能力。更為令人注意的是，它還可用於製造航空工業上的重要構件。近年來，H13鋼這種國際上廣泛使用的主流空冷硬化熱作模具鋼也被引進我國，主要應用於熱鐓鍛、擠壓和壓鑄模具的製造。對於鋁合金壓鑄模材料，近20年來，進口壓鑄設備大都用H13鋼模具。它主要是用來代替50年代研製的3Cr2W8V鋼，並克服了 3Cr2W8V鋼韌性低、耐磨性差、熱疲勞抗力小等缺點。為了改善H13鋼的性能，中國發明專利申請CN101240400A公開了一種低成本熱作模具鋼。該鋼的具體化學成分(重量％)為=C 0. 38-0. 42%,Si 0. 9-1. 1%,S^ 0. 030%, P 彡 0.030 %, Mn 0. 3-0. 5 %, W 0. 9-1. 2 %, Mo 0. 45-0. 55 %, Cr 4. 8-5. 2 %, V 0. 25-0. 45%, Nb :0.08-0. 15%，其餘為！^及不可避免的雜質。本發明鋼能替代較高合金含量H13，具有與H13合金綜合性能相當且具有良好的抗回火穩定性、低成本的優點；合理的合金化配比比H13鋼節約合金成本20%以上，具有更好的經濟效益。中國發明專利申請CN101240399A還公開了一種低鉻低成本熱作模具鋼。該鋼的具體化學成分(重量％ )為C :0. 38-0. 42%,Si :0. 9-1. 1%,S ^ 0. 030%, P 彡 0· 030%, Mn :0. 3-0. 5 %, W :0. 9-1. 2 %, Mo :0. 45-0. 55 %，Cr :2. 8-3. 2 %, V :0. 25-0. 45 %, Nb 0.08-0. 15%，其餘為!^e及不可避免的雜質。本發明鋼能替代含有較高合金含量的H13，並與H13綜合性能相近且具有良好的抗回火穩定性、低鉻低成本的優點；合理的合金化配比比H13鋼節約合金成本20%以上，具有更好的經濟效益。中國發明專利申請CN101240401A披露了一種無鉬低成本熱作模具鋼。該鋼的具體化學成分(重量％ )為C :0. 38-0. 42%, Si :0. 9-1. 1%, S^O. 030%, P^O. 030%, Mn :0. 3-0. 5%,W 1. 9-2. 2%,Cr 4. 8-5. 2%,V 0. 25-0. 45%, Nb 0. 08-0. 15%,其餘為Fe 及不可避免的雜質。本發明鋼能替代含有較高合金含量的H13，具有與H13綜合性能相當且具有良好的抗回火穩定性、無鉬低成本的優點；合理的合金化配比比H13鋼節約合金成本 20%以上，具有更好的經濟效益。中國發明專利申請CN101476082A還披露了一種高性能低成本熱作模具鋼，其化學成分按重量 wt%含有C 0. 30 0. 45,Si :0. 4 1. Ο,Μη :0. 55 1. OXr :2. 7 3. 5、 Mo :1. 8 2. 6、V :0. 6 1. 2、N :0. 005 0. 05，其餘為Fe。本發明添加兼有固溶強化、彌散強化以及細化晶粒和抑制M23C6碳化物顆粒聚集長大的合金元素，使其達到高的熱強性、熱穩定性與熱疲勞抗力的同時，又保持良好的韌性與工藝性能，其主要性能顯著優於目前國內外工業常用的H13GCr5MoSiVl)等同類熱作模具鋼。本發明在含3% Cr、5% Cr和10% Cr類型鋼的基礎上，系統研究了單加或復加不同含量W、Mo、V在不同溫度條件下對組織性能和使用性能的影響外，還深入研究了 N、Al和稀有金屬元素的影響規律；研究發現本類型鋼的熱穩定性與其中形成的碳化物點陣類型密切相關，且隨著碳化物形成元素的原子半徑增加而提高。從而為發展新型熱作模具鋼提供了重要的啟示。中國發明專利申請CN101121954A揭示了一種H13鋼真空控時急冷熱處理工藝， 該熱處理工藝包括加熱保溫、淬火、回火，加熱保溫後的淬火採用的淬火介質為含5 10% NaCl的鹽水，淬火處理時間為1 5分鐘。本發明採用了特殊的控時急冷工藝手段，既避免了鹽水淬火中產生開裂的危險，又大大提高淬火質量，有效地提高了 H13鋼回火後的衝擊韌性，從而大大提高模具的使用壽命。中國發明專利申請CN101255488A還揭示了一種H13鋼真空熱處理質量優化工藝， 包括加熱保溫、淬火、回火，所述的淬火工藝淬火採用的淬火介質為5 10%的鹽水，處理件在淬火槽中冷卻至室溫，然後回火處理。本發明的工藝有效地提高了 H13鋼模具的淬火態硬度和衝擊韌性；使得模具更加耐用，延長了使用壽命。具有可觀的實用價值和經濟價值。中國發明專利申請CN101538643A推薦了 Hl3鋼高壓氣體分級快冷的淬火工藝，在工件近表面和心部各設置有熱電偶，在奧氏體化溫度保溫結束後，進行快速冷卻，當表面溫度達到400°C -450°C時，通過調節氣體壓力和/或氣體流速來減小氣體冷卻能力，等心部溫度達到400°C -450°C時，再通過調節氣體壓力和/或氣體流速增加氣體冷卻能力，直到淬火結束。該工藝方法確保工件開始分級時即進入慢冷狀態，分級結束後即進行快速冷卻，採用該淬火工藝處理的H13模具，具有變形小，組織優良，性能好的特點。中國發明專利申請CNlO 1768659A還推薦了一種連軋管機用超長芯棒的熱處理工藝，根據現場環境，考慮熱作模具鋼的熱處理特點，超長芯棒採用4Cr5MoSiVl鋼(H13)作原料，經過鍛造、校直、粗車外圓，超聲波探傷檢測合格後，在中頻感應加熱爐上進行熱處理， 其熱處理工藝包括一次中頻淬火，三次中頻回火工藝處理。該超長芯棒中頻熱處理工藝的有益效果是工藝簡單，操作方便，速度快，氧化脫炭少，節省材料；熱處理後無需校直，製造成本低，效率高；加熱均勻，芯表溫差極小，溫控精度高，表面及皮下四象限硬度均勻，衝擊值可提高10%，延遲芯棒的使用龜裂現象，使用壽命可延長2倍以上；該工藝也適用於滿足普通浮動芯棒、限動芯棒的熱處理；且低耗能，對環境無汙染。
中國發明專利申請CN101818234A公諸了一種壓鑄模用H13類鋼的淬火工藝。其包括以下步驟分級加熱階段、N2冷卻階段和油冷階段。本發明在材料淬火組織轉變穩定溫度區時進行處理件淬火冷卻介質的變換，即將處理件從真空高壓氣淬爐冷卻轉移到淬火油爐冷卻，則可以利用淬火油爐冷卻速度快的特點使冷卻曲線快速避開貝氏體組織轉變區，進入馬氏體組織轉變區，使處理件微觀組織儘可能轉變為馬氏體，減少或避免沿晶界析出的碳化物、貝氏體和殘餘奧氏體，從而提高處理件的綜合機械性能，提高模具使用的可靠性。尤其適合於較大型和複雜的工件淬火，在不開裂的情況下保證工件的淬火質量。中國發明專利申請CN101709423A還公諸了一種通過加氮改進H13模具鋼性能的方法，本發明是對傳統H13鋼的化學成分進行改進，通過加入固溶氮元素提高模具鋼的強度、硬度和耐磨性，並且不降低韌性。氮元素採用添加氮化鉻中間合金的方法加入，其他元素採用常規方法。熔煉時為保證氮元素收得率，減少熔煉過程的溢出和凝固時形成氣泡，要嚴格控制熔煉溫度在熔點以上50°C之內，在合金全部溶化後迅速澆鑄。含氮H13模具鋼的化學成分百分含量如下碳0. 28 0. 40，矽0. 8 1. 2，錳0. 2 0. 5，鉻4. 75 5. 5， 鉬1. 10 1. 75，釩0. 8 1. 2，氮0. 02 0. 08，磷彡0. 03，硫彡0. 03，餘量鐵。經熱處理後的鍛件達到如下性能硬度值53 55HRC，抗拉強度1800MPa以上，屈服強度1480MPa 以上，衝擊吸收功值穩定在15 16J之間。強度、硬度高於H13鋼，韌性不低於H13鋼。但是，國內外開發的H13鋼主要化學成分及含量為0. 32 0. 45 % C,4. 75 5. 50% Cr, 1. 10 1. 75% Μο,Ο. 8 1. 2% V,0. 8 1. 2% Si，0. 20 0. 80% Mn。不僅貴重合金元素加入量多，而且都要進行鍛造加工，能耗高、材料利用率低、生產周期長和生產成本高。鑑於上述已有技術，有必要加以改進，對此，本申請人做了大量試驗，進行了有益的探索，下面將要介紹的技術方案便是在這種背景下產生的。
發明內容
本發明的目的在於提供一種有助於顯著降低鉬和釩之類的貴金屬元素的含量而藉以體現資源的節約性和經濟的廉價性、有利於顯著改善耐磨性和力學性能的H13模具鋼。本發明的還有一個目的在於提供一種H13模具鋼的製備方法，該方法不僅能保障 H13模具鋼的所述技術效果的全面體現，並且有益於體現以鑄代鍛而藉以縮短生產周期和降低能源消耗。本發明的目的是這樣來達到的，一種H13模具鋼，其化學元素重量％為0. 40 0.46% 的 C, 6. 00 6. 30% 的 Cr, 0. 50 0. 65% 的 V，0. 30 0. 45% 的 Mo, 0. 85 1. 05% 的 Mn, 1. 25 1. 55% 的 Si, 0. 12 0. 25% 的 W, 0. 008 0. 018 % 的 Nb, 0.008 0.015% 的 Τει, 0. 08 0. 12% 的 Ti, 0. 003 0. 006% 的 B, 0. 08 0. 15% 的 Al, 0. 03 0. 06% 的 N, 0. 06 0. 12% 的 Y, <0. 025% 的 S 和 <0. 030% 的 P,餘量為 Fe。一種Η13模具鋼，其化學元素重量%為0. 40%的C, 6. 29%的Cr, 0. 51%的V，0. 45% 的 Mo, 0.86% 的 Mn, 1.沘％ 的 Si, 0. 12% 的 W, 0. 009 % 的 Nb, 0. 015% 的 Τει, 0. 09% 的 Ti, 0. 004% 的 B, 0. 15% 的 Al, 0. 03% 的 N, 0. 07% 的 Y, 0. 008% 的 S 和 0. 028% 的 P, 餘量為狗。
一種H13模具鋼，其化學元素重量%為0. 45%的C, 6. 11%的Cr, 0. 55%的V，0. 37% 的 Mo，0.99% 的 Mn, 1. 41% 的 Si，0.21% 的 W, 0. 016 % 的 Nb, 0. 012% 的 Ta, 0. 12% 的 Ti, 0. 004% 的 B, 0. 10% 的 Al, 0. 05% 的 N, 0. 09% 的 Y, 0. 009% 的 S 和 0. 029% 的 P,
餘量為Fe。一種H13模具鋼，其化學元素重量%為0. 44%的C, 6. 02%的Cr, 0. 62%的V，0. 31% 的 Mo，1.02% 的 Mn, 1. 53% 的 Si，0. 22% 的 W, 0. 017 % 的 Nb, 0. 008% 的 Ta, 0. 10% 的 Ti，0.005% 的 B, 0.09% 的 Al, 0. 04% 的 N, 0. 12% 的 Y, 0. 014% 的 S 和 0. 026% 的 P,
餘量為Fe。本發明的還有一個目的是這樣來達到的，一種H13模具鋼的製備方法，採用感應電爐熔煉，包括以下步驟
1)先將廢鋼、碳素鉻鐵、低碳鉻鐵、鎢渣鐵合金和鉬鐵混合加熱熔化，鋼水溫度達到 1550°C以上時，加入矽鐵和錳鐵，然後依次加入金屬鋁和釩鐵，爐前調整成分合格後將鋼水溫度升至1600 1650°C，依次加入鈦鐵和含氮錳鐵，然後出爐；
2)鋼水入鋼包30 50%時，將顆粒直徑1.5 3. 5mm的硼鐵和釔基稀土，採用厚度小於0. 5mm的鋼板包裹後，隨鋼水衝入鋼包；
3)鋼水溫度達到1490 1520°C時，將鋼水直接澆注成鑄件或鑄錠；
4)鑄件或鑄錠經粗加工後直接由熱處理工藝進行熱處理，得到H13模具鋼。在本發明的一個具體的實施例中，步驟4)所述的熱處理工藝是將粗加工好的H13 鋼材料隨爐加熱至800 850°C，保溫2 3h，然後繼續隨爐加熱至920 950°C，保溫 1. 5 2. 5h，再繼續加熱至1050 10700C，保溫0. 5 1. 2h，而後入油冷卻0. 5 1. Oh,最後將油冷後的H13鋼材料加熱至500 525°C，保溫4 8h，爐冷至溫度低於180°C後出爐空冷至室溫，最終將熱處理後的H13鋼材料加工至規定尺寸和精度。本發明提供的技術方案將金屬元素鉻的含量提高至6. 00 6. 30%，將貴金屬元素鉬的含量降低至0. 30 0. 45%以及將貴金屬元素釩的含量降低至0. 50 0. 65%，從而極致地體現了資源節約和經濟廉價的長處；配方中的鎢能保證模具鋼的高溫性能，並且鎢由鐵合金廠冶煉所剩的工業廢渣提供，不僅可以防止資源的巨大浪費，而且還可保護環境；加入的硼元素可細化凝固組織，改善鋼的力學性能；加入的氮、鋁和稀土等元素可實現H13模具鋼的以鑄代鍛，既可縮短生產周期，又可降低能耗。具體可概括為以下四個方面
1)本發明貴重合金元素鉬、釩含量較低，且不需要進行鍛造加工，可以鑄代鍛，使H13 鋼的成本明顯下降，比常用H13鋼降低30 35% ；
2)本發明用鎢渣鐵合金補充鎢、錳、鈮、鉭和鈦，可以明顯改善H13鋼的性能，實現鎢渣鐵合金變廢為寶；
3)本發明經稀土釔元素、鈦、氮和鋁等複合變質處理，可以明顯細化凝固組織，提高H13
鋼的力學性能，其中抗拉強度超過1850MPa，衝擊韌性超過38J/cm2，斷裂韌性大於75MPa.
1/2 m ；
4)本發明適當提高矽、錳含量，並加入硼改善淬透性，加入鎢渣鐵合金進行微合金化， 可以將H13鋼的硬度穩定在57 59 HRC,具有優異的耐磨性，用做熱作模具，使用壽命比普通H13鋼提高20 28%。
具體實施例方式如業界所知，合金材質的性能是由金相組織決定的，而一定的組織取決於化學成分和熱處理工藝，本發明化學成分是這樣確定的
碳碳是提高材料淬透性和淬硬性最重要的元素之一，另外還可以形成合金碳化物，改善耐磨性，但是加入量過多，淬火組織是高碳馬氏體，脆性大，因此，其含量控制在0. 40 0. 46%ο鉻鉻加入H13鋼主要是為了提高高溫性能，確保高溫下組織和性能穩定，鉻是縮小Y相區的元素，加入量過多，淬火組織中易出現低硬度的鐵素體，因此，其加入量控制在 6. 00 6. 30%ο釩和鉬釩加入H13鋼，部分形成高硬度的VC顆粒，起細化晶粒和改善耐磨性作用，部分進入基體，可以提高基體淬透性，並改善H13鋼的高溫性能。鉬加入H13鋼中，主要是提高鋼的抗回火穩定性，並消除鋼的回火脆性。但是釩、鉬都是價格昂貴的合金元素， 加入量過多，將增加鋼的生產成本，因此，將釩含量控制在0. 50 0. 65%，鉬含量控制在 0. 30 0. 45%ο矽和錳H13鋼中加入矽和錳除了起脫氧作用外，主要是利用它們進入基體，起固溶強化作用，改善H13鋼的強度和耐磨性，此外，錳還可以明顯提高H13鋼的淬透性，但是， 加入量過多，淬火組織中殘留奧氏體過多，反而降低H13鋼的耐磨性。矽加入量過多，H13鋼的脆性加大，因此將矽含量控制在1. 25 1. 55%，錳含量控制在0. 85 1. 05%。鎢、鈮、鉭和鈦鎢、鈮、鉭和鈦是強碳化物形成元素，形成的碳化物硬度高，可以提高H13鋼耐磨性，另外，溶於基體的部分鎢，鈮，鉭和鈦，可以提高基體強度，有利於改善 H13鋼的耐磨性。另外，鎢、鈮、鉭和鈦具有良好的細化凝固組織和碳化物的作用，有利於提高H13鋼的強度和韌性。鎢、鈮、鉭是昂貴合金元素，為了降低H13鋼的生產成本，加入鎢渣鐵合金補充鎢、鈮、鉭和鈦。鎢渣鐵合金是鐵合金廠冶煉鎢鐵所剩的工業廢渣，其中仍含有一定量的鎢、錳、鈮、鉭和鈦等合金元素，這些廢渣若再次提取合金，成本高、不經濟，但棄之又十分可惜。長期大量堆積還會造成環境汙染，造成資源的巨大浪費。本發明將鎢渣鐵合金直接加入感應電爐中冶煉，可以對H13起良好的微合金化作用。合適的鎢加入量是0. 12 0. 25%，合適的鈮加入量是0. 008 0. 018%，合適的鉭加入量是0. 008 0. 015%，合適的鈦加入量則是0. 08 0. 12%。硼加入適量的硼主要是為了改善H13鋼的淬透性，加入量過多，在晶界易出現脆性的硼化物，降低H13鋼的強度和韌性，合適的加入量為0. 003 0. 006%。氮和鋁氮和鋁可以在鋼水凝固前形成細小均勻分布的高熔點AlN顆粒，起鋼水外來凝固核心的作用，促進H13鋼凝固組織的明顯細化，還可減輕元素偏析，提高H13鋼的力學性能。加入量過多，AlN顆粒粗大，反而損害H13鋼的性能，合適的鋁加入量為0. 08 0. 15%，合適的氮加入量為0. 03 0. 06%。釔H13鋼中加入稀土元素釔的主要目的是起脫氧、脫硫和改善凝固組織的作用， 加入量過多，稀土夾雜物增多，反而損害鋼的性能，合適的釔加入量為0. 06 0. 12%。本發明熱處理工藝是這樣確定，本發明熱處理包括淬火和回火處理，淬火的目的是提高合金元素在高溫奧氏體的固溶量，改善淬透性和獲得高硬度的馬氏體。H13鋼中合金元素數量較多，因此，在加熱過程中，需要在800 850°C進行保溫2 池的均熱處理，然後繼續隨爐加熱至920 950°C，並均熱保溫1. 5 2.證。H13鋼的淬火加熱溫度是1050 1070°C，高溫下H13鋼晶粒易粗化，因此保溫時間限制在0. 5 1.池，直接入水冷卻因冷速太高易開裂，而入油冷卻0.5 l.Oh，可得到高硬度的馬氏體組織。入油冷卻時間不能過長，否而易出現裂紋，入油冷卻時間控制在0. 5 1. 0h，效果最好。最後在500 525°C保溫4 8h，可以達到消除應力和穩定組織的目的。下面結合實施例對本發明做進一步詳述。實施例1
採用5000公斤中頻感應電爐冶煉H13鋼，具體工藝步驟是
1)先將廢鋼、碳素鉻鐵、低碳鉻鐵、鎢渣鐵合金和鉬鐵混合加熱熔化，鋼水溫度達到 1558°C時，加入矽鐵和錳鐵，然後依次加入金屬鋁和釩鐵，爐前調整成分合格後將鋼水溫度升至1647°C，依次加入鈦鐵和含氮錳鐵，然後出爐；
2)鋼水入鋼包30 50%時，將顆粒直徑1.5 3. 5mm的硼鐵和釔基稀土，用厚度小於
0.5mm的鋼板包裹後，隨鋼水衝入鋼包；
3)鋼水溫度達到1518°C時，將鋼水直接澆注成鑄件；
4)鑄件經粗加工後直接進行熱處理，熱處理工藝是將粗加工好的H13鋼材料隨爐加熱至800°C，保溫3h，然後繼續隨爐加熱至950°C，保溫1. 5h，再繼續加熱至1050°C，保溫
1.池，然後入油冷卻1.0h，最後將油冷後的H13鋼材料加熱至500°C，保溫他，爐冷至溫度低於180°C後出爐空冷至室溫。最終將熱處理後的H13鋼材料加工至規定尺寸和精度。H13 鋼材料的化學成分見表1，H13鋼材料的力學性能見表2。實施例2
採用5000公斤中頻感應電爐冶煉H13鋼，具體工藝步驟是
1)先將廢鋼、碳素鉻鐵、低碳鉻鐵、鎢渣鐵合金和鉬鐵混合加熱熔化，鋼水溫度達到 1561°C時，加入矽鐵和錳鐵，然後依次加入金屬鋁和釩鐵，爐前調整成分合格後將鋼水溫度升至1604°C，依次加入鈦鐵和含氮錳鐵，然後出爐；
2)鋼水入鋼包30 50%時，將顆粒直徑1.5 3. 5mm的硼鐵和釔基稀土，用厚度小於 0. 5mm的鋼板包裹後，隨鋼水衝入鋼包；
3)鋼水溫度達到1491°C時，將鋼水直接澆注成鑄錠；
4)鑄錠經粗加工後直接進行熱處理，熱處理工藝是將粗加工好的H13鋼材料隨爐加熱至850°C，保溫2h，然後繼續隨爐加熱至920°C，保溫2. 5h，再繼續加熱至1070°C，保溫 0. 5h,然後入油冷卻0. 5h,最後將油冷後的H13鋼材料加熱至525°C，保溫4h，爐冷至溫度低於180°C後出爐空冷至室溫。最終將熱處理後的H13鋼材料加工至規定尺寸和精度。H13 鋼材料的化學成分見表1，H13鋼材料的力學性能見表2。實施例3
採用10000公斤工頻感應電爐冶煉H13鋼，具體工藝步驟是
1)先將廢鋼、碳素鉻鐵、低碳鉻鐵、鎢渣鐵合金和鉬鐵混合加熱熔化，鋼水溫度達到 1556°C時，加入矽鐵和錳鐵，然後依次加入金屬鋁和釩鐵，爐前調整成分合格後將鋼水溫度升至1630°C，依次加入鈦鐵和含氮錳鐵，然後出爐；
2)鋼水入鋼包30 50%時，將顆粒直徑1.5 3. 5mm的硼鐵和釔基稀土，用厚度小於 0. 5mm的鋼板包裹後，隨鋼水衝入鋼包；3)鋼水溫度達到1505°C時，將鋼水直接澆注成鑄錠；
4)鑄錠經粗加工後直接進行熱處理，熱處理工藝是將粗加工好的H13鋼材料隨爐加熱至830°C，保溫2. 5h，然後繼續隨爐加熱至940°C，保溫2h，再繼續加熱至1060°C，保溫lh， 然後入油冷卻0. 8h，最後將油冷後的H13鋼材料加熱至510°C，保溫6h，爐冷至溫度低於 180°C後出爐空冷至室溫。最終將熱處理後的H13鋼材料加工至規定尺寸和精度。H13鋼材料的化學成分見表1，H13鋼材料的力學性能見表2。 表1為本發明實施例1至3的H13模具鋼的化學元素重量％
權利要求
1.一種H13模具鋼，其特徵在於其化學元素重量％為0. 40 0. 46%的C，6. 00 6. 30% 的 Cr, 0. 50 0. 65% 的 V，0. 30 0. 45% 的 Mo, 0. 85 1. 05% 的 Mn, 1.25 1.55% 的 Si，0. 12 0. 25% 的 W, 0. 008 0. 018 % 的 Nb, 0. 008 0. 015% 的 Τει, 0.08 0.12% 的 Ti, 0. 003 0. 006% 的 B, 0. 08 0. 15% 的 Al, 0. 03 0. 06% 的 N, 0. 06 0. 12% 的 Y, <0. 025% 的 S 和 <0. 030% 的 P,餘量為 Fe。
2.根據權利要求1所述的一種Η13模具鋼，其特徵在於其化學元素重量％為0.40%的 C, 6. 29% 的 Cr, 0.51% 的 V，0. 45% 的 Mo, 0.86% 的 Mn, 1.28% 的 Si, 0.12% 的 W, 0.009 % 的 Nb, 0.015% 的 Ta, 0. 09% 的 Ti, 0. 004% 的 B, 0.15% 的 Al, 0. 03% 的 N, 0. 07% 的 Y, 0. 008%的S和0. 028%的P,餘量為Fe。
3.根據權利要求1所述的一種H13模具鋼，其特徵在於其化學元素重量％為0.45%的 C, 6. 11% 的 Cr, 0. 55% 的 V, 0. 37% 的 Mo, 0. 99% 的 Mn, 1. 41% 的 Si, 0. 21% 的 W, 0. 016 % 的 Nb, 0. 012% 的 Ta, 0. 12% 的 Ti, 0. 004% 的 B, 0. 10% 的 Al, 0. 05% 的 N, 0. 09% 的 Y, 0. 009%的S和0. 0 %的P,餘量為Fe。
4.根據權利要求1所述的一種H13模具鋼，其特徵在於其化學元素重量％為0.44%的 C, 6. 02% 的 Cr, 0. 62% 的 V，0. 31% 的 Mo, 1. 02% 的 Mn, 1. 53% 的 Si, 0. 22% 的 W, 0. 017 % 的 Nb, 0. 008% 的 Ta, 0. 10% 的 Ti, 0. 005% 的 B, 0. 09% 的 Al, 0. 04% 的 N, 0. 12% 的 Y, 0. 014%的S和0. 026%的P,餘量為Fe。
5.一種如權利要求1所述的H13模具鋼的製備方法，採用感應電爐熔煉，其特徵在於包括以下步驟1)先將廢鋼、碳素鉻鐵、低碳鉻鐵、鎢渣鐵合金和鉬鐵混合加熱熔化，鋼水溫度達到 1550°C以上時，加入矽鐵和錳鐵，然後依次加入金屬鋁和釩鐵，爐前調整成分合格後將鋼水溫度升至1600 1650°C，依次加入鈦鐵和含氮錳鐵，然後出爐；2)鋼水入鋼包30 50%時，將顆粒直徑1.5 3. 5mm的硼鐵和釔基稀土，採用厚度小於0. 5mm的鋼板包裹後，隨鋼水衝入鋼包；3)鋼水溫度達到1490 1520°C時，將鋼水直接澆注成鑄件或鑄錠；4)鑄件或鑄錠經粗加工後直接由熱處理工藝進行熱處理，得到H13模具鋼。
6.根據權利要求5所述的H13模具鋼的製備方法，其特徵在於步驟4)所述的熱處理工藝是將粗加工好的H13鋼材料隨爐加熱至800 850°C，保溫2 3h，然後繼續隨爐加熱至 920 950°C，保溫1. 5 2. 5h，再繼續加熱至1050 1070°C，保溫0. 5 1. 2h，而後入油冷卻0. 5 1. Oh,最後將油冷後的H13鋼材料加熱至500 525°C，保溫4 8h，爐冷至溫度低於180°C後出爐空冷至室溫，最終將熱處理後的H13鋼材料加工至規定尺寸和精度。
全文摘要
一種H13模具鋼及其製備方法，屬於耐磨材料技術領域。其化學元素重量%為0.40～0.46%的C,6.00～6.30%的Cr,0.50～0.65%的V,0.30～0.45%的Mo,0.85～1.05%的Mn,1.25～1.55%的Si,0.12～0.25%的W,0.008～0.018%的Nb,0.008～0.015%的Ta,0.08～0.12%的Ti,0.003～0.006%的B,0.08～0.15%的Al,0.03～0.06%的N,0.06～0.12%的Y,<0.025%的S和<0.030%的P,餘量為Fe。優點貴重合金元素鉬、釩含量較低，且不需要進行鍛造加工，可以鑄代鍛，使H13鋼的成本明顯下降；可以明顯改善H13鋼的性能，實現鎢渣鐵合金變廢為寶；可以明顯細化凝固組織，提高H13鋼的力學性能；具有優異的耐磨性，用做熱作模具，使用壽命提高。
文檔編號C22C38/34GK102242316SQ201110178988
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月29日 優先權日2011年6月29日
發明者浦嫣花, 浦建明, 符寒光 申請人:江蘇環立板帶軋輥有限公司