專(zhuān)利名稱(chēng)：Ti－B－RE復(fù)合微合金化高強(qiáng)韌折彎模具鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵冶金及材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Ti 一 B — RE復(fù)合微合金化高強(qiáng)韌折彎模具鋼及其制備方法。
背景技術(shù)：
42CrMo鋼具有較高的強(qiáng)度和韌性，無(wú)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，而且還廣泛用于大、中型塑料模具和折彎模具的制造。折彎模具不但要求材料具有高強(qiáng)度、硬度，而且要求材料具有良好的韌性以提高模具的抗沖擊能力和使用壽命。在合金鋼中加入微量的B可以提高材料的淬透性并改善材料的力學(xué)性能。當(dāng)淬、回火處理后，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，有利于改善沖擊性能。近年來(lái)，對(duì)低碳鋼進(jìn)行Nb、V和Ti的微合金化技術(shù)得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。這些 微合金元素與碳、氮、硫等交互作用能產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化、析出物彌散強(qiáng)化以及夾雜物改性等，從而改善鋼的強(qiáng)韌性。目前鈮鐵、釩鐵的市場(chǎng)價(jià)格比Ti鐵貴10倍以上。我國(guó)鈦資源非常豐富，采用Ti微合金化具有低的生產(chǎn)成本。然而，Ti微合金化中碳以及中碳合金鋼的研究很少見(jiàn)于報(bào)道。對(duì)于中碳以及中碳合金鋼，鈦的碳化、氮化或碳氮化物對(duì)熱處理加熱時(shí)的奧氏體長(zhǎng)大，冷卻及回火過(guò)程中的析出強(qiáng)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(fā)明利用鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)廢鋼，首先采用Ti、B微合金42CrMo鋼用以制造折彎模具。較42CrMo鋼，Ti、B微合金折彎模具鋼的強(qiáng)硬度得到較大提高，塑韌性有所改善。為了進(jìn)一步提高模具使用壽命，韌性有待進(jìn)一步提高。由于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(jià)比，這為進(jìn)一步合金化提供了有利條件。稀土主要通過(guò)以下幾個(gè)方面的作用來(lái)改善鋼的性能(I)稀土對(duì)鋼中夾雜物的變質(zhì)作用，使鋼中長(zhǎng)條狀硫化物和不規(guī)則狀氧化物夾雜轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)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(kuò)大等軸晶區(qū)并細(xì)化晶粒；(3)稀土減小一些溶質(zhì)元素的枝晶偏析；(4)稀土富集在晶界有助于凈化晶界、減少雜質(zhì)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(yǎng)和稀土在晶界平衡偏聚的綜合作用。我國(guó)是稀土生產(chǎn)和應(yīng)用大國(guó)，采用稀土微合金化可以改善鋼的性能并開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新鋼種。為了進(jìn)一步提高Ti、B微合金42CrMo折彎模具鋼的沖擊韌性和使用壽命，本發(fā)明提供了一種Ti 一 B — RE (混合稀土)微合金化高強(qiáng)韌折彎模具鋼及其生產(chǎn)方法。本發(fā)明采用鋼廠廢鋼作為煉鋼原料，其含有的雜質(zhì)元素S、P含量低；通過(guò)感應(yīng)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(jiǎn)單、易操作、生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)。開(kāi)發(fā)的Ti 一 B — RE復(fù)合微合金化折彎模具鋼的強(qiáng)度和沖擊韌性較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(chǎn)廢鋼量的企業(yè)生產(chǎn)高性能42CrMo鋼。由于42CrMo鋼的應(yīng)用范圍十分廣闊，因此，該鋼種具有良好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有42CrMo折彎模具鋼和生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種Ti 一 B — RE (混合稀土)微合金化高強(qiáng)韌折彎模具鋼及其制備方法。本發(fā)明所提供的一種Ti 一 B — RE微合金化高強(qiáng)韌折彎模具鋼的成分及其質(zhì)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，余量為Fe。本發(fā)明所提供的一種Ti 一 B — RE微合金化高強(qiáng)韌折彎模具鋼的制備方法具體步驟如下
(1)采用鋼鐵企業(yè)的廢鋼為原料，將廢鋼原料進(jìn)行除銹處理后，根據(jù)廢鋼的成分選取一定量的廢鋼和鐵合金在中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，送電熔化制成鋼水后取樣，造渣還原造白渣，白渣保持時(shí)間大于20分鐘；
(2)先向步驟(I)制成的鋼水中加入鋁粒后攪拌2分鐘進(jìn)行脫氧，其次加入鈦鐵后攪拌2分鐘進(jìn)行合金化和固氮，然后加入硼鐵后攪拌2分鐘，最后加入混合稀土包芯線后攪拌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(zhì)量含量> 98%，鈰Ce在混合稀土包芯線中的質(zhì)量含量> 45%，將合金化處理后的鋼水澆注成方錠，得到Ti 一 B — RE微合金化高強(qiáng)韌折彎模具鋼。本發(fā)明的有益效果是
1、該鋼種的生產(chǎn)原料為冶金等企業(yè)的生產(chǎn)廢鋼，為企業(yè)的廢鋼高附加值利用提供了合理的出路；
2、通過(guò)微量低成本的Ti、B添加降低了貴重金屬M(fèi)o的添加，采用中頻感應(yīng)爐熔煉Ti-B-RE復(fù)合微合金鋼，該方法生產(chǎn)設(shè)備投資少，合金鋼的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、易操作，成本低；
3、通過(guò)Ti-B-RE復(fù)合微合金化，改善了合金鋼夾雜物形貌并降低了夾雜物的含量，細(xì)化了奧氏體晶粒。微合金化的折彎模具鋼的強(qiáng)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(duì)本發(fā)明模具鋼力學(xué)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(shí)施例方式實(shí)施例I :在150 Kg中頻感應(yīng)爐中對(duì)除銹廢鋼送電溶化，化清取樣，造渣還原造白渣，白渣保持時(shí)間大于20分鐘，然后合金化；合金化過(guò)程中先加入鋁粒后攪拌2分鐘進(jìn)行脫氧，其次加入鈦鐵后攪拌2分鐘進(jìn)行合金化和固氮，然后加入硼鐵后攪拌2分鐘，最后加入混合稀土包芯線(混合稀土中RE ^ 98%，Ce ^ 45%)后攪拌2分鐘，其中混合稀土包芯線的加入量為0. 1(T0. 15 wt. %,合金化后燒注成方錠；錠還經(jīng)過(guò)鍛造、粗加工、熱處理和精磨后進(jìn)行理化和力學(xué)性能檢測(cè)。其鍛造工藝為加熱溫度1150 °C，始鍛溫度為1130 °C，終鍛溫度大于850 °C。熱處理工藝為860 ° C加熱60分鐘后油冷淬火，油冷后立即于280 ° C下3小時(shí)回火?；瘜W(xué)檢測(cè)顯示鋼中成分(質(zhì)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，余量為Fe。其奧氏體晶粒度為8. 5級(jí)(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(jí))明顯細(xì)化(圖2為42CrMo鋼奧氏體晶粒形貌圖)。通過(guò)RE對(duì)鋼中夾雜物的變質(zhì)作用，鋼中稀土硫氧化物為橢圓形。由于其夾雜物形貌的改善和奧氏體晶粒顯著細(xì)化，其強(qiáng)韌性改善明顯，其屈服強(qiáng)度(Re)和抗拉強(qiáng)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，其中斷后伸長(zhǎng)率(A)和夏比沖擊韌性(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(duì)本發(fā)明模具鋼力學(xué)性能的影響示意圖)。
實(shí)施例2:采用與實(shí)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(xué)檢測(cè)顯示鋼中成分(質(zhì)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，余量為Fe。其奧氏體晶粒度較實(shí)施例I有粗化趨勢(shì)為7. 5級(jí)(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(xì)于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(duì)本發(fā)明模具鋼力學(xué)性能的影響示意圖)，較42CrMo鋼的分別提高17. 4%和73. 1%。
權(quán)利要求
1.一種Ti 一 B — RE微合金化高強(qiáng)韌折彎模具鋼，其特征在于該模具鋼的成分及其質(zhì)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，余量為Fe。
2.權(quán)利要求I所述模具鋼的制備方法，其特征在于該制備方法的具體步驟如下 (1)采用鋼鐵企業(yè)的廢鋼為原料，將廢鋼原料進(jìn)行除銹處理后，根據(jù)廢鋼的成分選取一定量的廢鋼和鐵合金在中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，送電熔化制成鋼水后取樣，造渣還原造白渣，白渣保持時(shí)間大于20分鐘； (2)先向步驟(I)制成的鋼水中加入鋁粒后攪拌2分鐘進(jìn)行脫氧，其次加入鈦鐵后攪拌2分鐘進(jìn)行合金化和固氮，然后加入硼鐵后攪拌2分鐘，最后加入混合稀土包芯線后攪拌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(zhì)量含量> 98%，鈰Ce在混合稀土包芯線中的質(zhì)量含量> 45%，將合金化處理后的鋼水澆注成方錠，得到Ti 一 B — RE微合金化高強(qiáng)韌折彎模具鋼。
全文摘要
本發(fā)明提供一種Ti－B－RE復(fù)合微合金化高強(qiáng)韌折彎模具鋼及其制備方法，屬于鋼鐵冶金及材料制備技術(shù)領(lǐng)域。該模具鋼的成分及其質(zhì)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，余量為Fe。該模具鋼的制備方法是將廢鋼除銹處理后和鐵合金在中頻感應(yīng)爐中進(jìn)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后分別攪拌2分鐘進(jìn)行合金化處理后的將鋼水澆注成方錠，得到Ti－B－RE微合金化高強(qiáng)韌折彎模具鋼。本發(fā)明模具鋼的強(qiáng)度和沖擊韌性較42CrMo分別提高15%和70%以上，使用壽命大幅提高。
文檔編號(hào)C22C38/32GK102703826SQ201210193048
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者吳宗雙, 張慶安, 斯廷智, 柳東明 申請(qǐng)人:安徽工業(yè)大學(xué)