本發(fā)明屬于鐵基合金領(lǐng)域，具體涉及一種用于鍛造模具的合金及其制備和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：模具是模鍛的主要工藝裝備，其壽命直接影響鍛件的質(zhì)量、成本和效率。鍛模費用占鍛件成本的30％～45％(注:因鍛件批量小,故鍛模成本占比大)。由于鍛造高溫合金模具服役條件較差，模具型腔承受很大的沖擊力，較長時間處于550℃以上的高溫環(huán)境，模具變形、磨損、塌角和塌陷問題比較嚴(yán)重。5CrNiMo和5CrNiMoV是當(dāng)前工業(yè)上的主要模具材料(GB/T11880-89模鍛錘和大型機(jī)械鍛壓機(jī)用模塊技術(shù)條件)；GB1299-2000合金工具鋼；《我國熱作模具鋼性能數(shù)據(jù)集》，朱宗元，機(jī)械工程材料，第25卷第12期，P12)。其中5CrNiMo模具鋼熱強(qiáng)性和耐磨性較差，模具不宜長期處于500℃以上的高溫環(huán)境，譬如在4000t鍛壓設(shè)備上，5CrNiMo模具鋼使用未見異常，但在1.8萬噸和3.55萬噸大錘鍛設(shè)備上的模具磨損、塌角和塌陷問題則較為嚴(yán)重。5CrNiMoV是2013年開始推廣應(yīng)用的大型錘鍛模具材料，5CrNiMoV模具鋼熱強(qiáng)性和耐磨性相對較好，基本能滿足葉片鋼鍛模的需要，但模具不宜長期處于550℃以上的高溫環(huán)境。JBD275為GH4169合金直接時效獲得的工藝盤件，可以大批量生產(chǎn)，該工藝盤件模鍛時模具心部變形嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了鍛件外形尺寸和產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量，對產(chǎn)品的高效率生產(chǎn)和批量穩(wěn)定性均帶來較大的挑戰(zhàn)。解決模具變形問題已經(jīng)成為盤件鍛造生產(chǎn)的當(dāng)務(wù)之急。我國鍛造用模具材料品種較少，應(yīng)用最多的是GB/T11880-89中的5CrNiMo、5CrNiMoV、4Cr2MoVNi(B2)；GB/T1299-2000中的H13；這些品種中依據(jù)使用硬度來衡量，高的高，低的低，缺少中間硬度的品種，GB/T11880-89中的5Cr2NiMoVSi屬于硬度適中的品種，但因脆性大，易于開裂，應(yīng)用不廣泛。故需開發(fā)合金化和硬度處于5CrNiMo和H13中間的或高于H13的系列品種。5CrNiMo是國標(biāo)模具鋼產(chǎn)品，適用于使用硬度HRC42-47(小型)、HRC39-44(中小型)、HRC37-42(中型)的鋼，(《模具材料應(yīng)用手冊》，林慧國、火樹鵬、馬紹彌主編，機(jī)械工業(yè)出版社第二版，P14，P32)，用途形狀簡單，厚度250-350mm。該鋼合金化較為合理,在鍛造變形抗力小的低合金鋼時應(yīng)用效果較好。如果用于更大截面或更高溫度的熱鍛模時,這種鋼由于淬透性和淬硬性低,熱穩(wěn)定性差,而造成模具的使用壽命低。H13(4Cr5MoSiV1)是世界應(yīng)用最廣泛的高合金熱作模具鋼,用途有型腔復(fù)雜、承受沖擊載荷較大的錘鍛模，鍛造壓力機(jī)上的整體模具或鑲塊，以及熱擠模、熱切邊模、壓鑄模等，具有較高的熱硬性和耐磨性(《H13模具鋼的應(yīng)用與發(fā)展》，李彩文，王孟君，武星星，中國材料科技與設(shè)備，2009年，第4期)。H13鋼原是美國的一個鋼種，在我國一般稱作4Cr5MoSiV1鋼。熱作模具鋼要求材料具有高的淬透性、高的高溫強(qiáng)度、高的耐磨性、高的韌度、高的抗熱裂能力和高的耐熔損性能等。H13鋼之所以被廣泛應(yīng)用，是因為它具有以下特性：①具有高的淬透性和高的韌性；②優(yōu)良的抗熱裂能力，在工作場合可予以水冷；③具有中等的耐磨性，可采用滲碳或滲氮工藝來提高其表面硬度；④在較高溫度下具有抗軟化能力；⑤熱處理變形?。虎蘖己玫那邢骷庸ば阅堋13的缺點在于不適合制造大中型、大型和超大型模具，易于開裂。故國內(nèi)開發(fā)了大截面熱作模具鋼。鍛壓模塊的厚度≥350～500mm的稱為大型模塊，厚度≥500mm的稱特大型模塊。我國開發(fā)了45Cr2NiMoVSi(45Cr2)、5Cr2NiMoVSi(5Cr2)、3Cr2MoVNi(B2)和3Cr2MoWVNi(B3)(JBT8431-1996《熱鍛成形模具鋼及其熱處理技術(shù)條件》)等大截面熱作模具鋼，與5CrNiMo相比，45Cr2和5Cr2鋼提高了淬透性、高溫強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性，而沖擊韌性相當(dāng)，抗熱磨損和抗熱疲勞的性能也好于5CrNiMo，(《模具材料應(yīng)用手冊》，林慧國、火樹鵬、馬紹彌主編，機(jī)械工業(yè)出版社第二版，P410)。但45Cr2和5Cr2易于開裂。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對本領(lǐng)域存在的問題，本發(fā)明目的是提供一種適于大型模塊和特大型模塊Cr5系列熱作模具鋼。本發(fā)明的第二個目的是提出所述Cr5系列熱作模具鋼的制備方法。本發(fā)明的第三個目的是提出用所述Cr5系列熱作模具鋼制備模具的方法。實現(xiàn)本發(fā)明上述目的的具體技術(shù)方案為：一種Cr5系列熱作模具鋼，其特征在于，所述熱作模具鋼以重量％計，包含C0.40～0.48％，Si0.20～1.2％，Mn0.40～0.80％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr4.80～5.50％，Ni1.40～2.0％，Mo0.80～1.50％，V0.50～0.70％，W0.50-1.00％，Co0～0.75％，Al0.01～0.20％，Nb0.02～0.20％，余量的Fe；所述新型Cr5系列熱作模具鋼的制備方法，包括步驟：電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉，LF爐精煉(LADLEFURNACE即鋼包精煉爐)，真空脫氣(VD)，模鑄，退火，電渣重熔(ESR)，緩冷，退火，鍛造，正火，球化退火，擴(kuò)氫，粗加，檢驗，粗加，調(diào)質(zhì)，精加，檢驗。投產(chǎn)得到模塊或模具?，F(xiàn)有技術(shù)中，熱作模具鋼的主要合金元素和范圍為:C0.26-0.75％、Si0.10-1.2％、Mn0.20-1.60％、Cr0.5-5.5％、Mo0-3.4％、W0-7.9％、V0-1.4％、Ni0-4.3％、Co0-4.5％、AL0-0.7％、Nb0-0.3％，每一種成分含量的變化對鋼的組織和性能起著有益作用和不利的作用，本發(fā)明取每一種元素的常處，規(guī)避其短處，重點考慮的方面如下：1)C在鋼中的作用擴(kuò)大γ相區(qū)，但因滲碳體的形成，不能無限固溶；隨含量的增加，提高鋼的硬度和強(qiáng)度，但降低其塑性和韌性。提高鋼的淬透性；為提高鋼的耐磨性,應(yīng)使鋼獲得馬氏體+合金碳化物組織,含鉻5％的鋼,870℃奧氏體化時,在奧氏體A和A+M3C+M7C3交界處,含碳量為0.4-0.5％,故選0.4-0.5％的含碳量，保持在形成一定量的合金碳化物的水平上,降低Ms點,故保持相對較低的碳含量,使鋼的Ms取于相對較高的水平，Ms340℃,淬火時獲得馬氏體+殘A+C,并經(jīng)回火后獲得均勻的馬氏體組織,獲得板條馬氏體+少量片狀M+少量殘余A.故本發(fā)明鋼種取C0.40～0.48％。2)硅在鋼中的作用:(1)提高鋼中固溶體的強(qiáng)度和冷加工硬化程度使鋼的韌性和塑性降低。(2)Si是提高回火抗力的有效元素.Si降低碳在鐵素體中的擴(kuò)散速度,使回火析出的碳化物不易聚集,增加了回火穩(wěn)定性；(3)提高鋼的高溫抗氧化性能；(4)不利方面易使鋼呈現(xiàn)帶狀組織,使鋼的橫向性能降低.目前Cr5系列模具鋼的發(fā)展趨勢是向低Si高M(jìn)o方向發(fā)展。Si的不利作用主要是增加偏析，增加共晶碳化物。故本發(fā)明YB5A、YB5C中Si取0.20～0.40％滿足冶煉脫氧需求水平,其中YB5B為高Si取0.40～1.0％,主要是利用其提高強(qiáng)度、抗氧化、提高回火脆性溫度的作用，其不利的作用可以通過采取冶煉和加熱工藝措施加以控制。YB5B可用于制造低沖擊力的模具。故本發(fā)明鋼種取Si0.20～0.40％和0.40～1.0％兩種水平。3)錳在鋼中的作用(1)錳提高鋼的淬透性。(2)錳和鐵形成固溶體，提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強(qiáng)度，Mn又可形成碳化物，從而提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。(3)錳對鋼的高溫瞬時強(qiáng)度有所提高。(4)錳強(qiáng)烈降低鋼的Ms點,增加淬火鋼中的殘余奧氏體量,有利的方面可提高韌性,不利的方面可增加變形量；錳鋼的主要缺點是，①含錳較高時，有較明顯的回火脆性現(xiàn)象；②錳有促進(jìn)晶粒長大的作用，因此錳鋼對過熱較敏感，故在熱處理工藝上必須注意。這種缺點可用加入細(xì)化晶粒元素如鉬、釩、鈦等來克服。Mn是良好的脫氧劑和脫硫劑，Mn在鋼中必須達(dá)到一定的量，Mn/S必須大于等于8。故發(fā)明鋼種Mn取0.40～0.80％。4)鉻在鋼中的作用(1)鉻可提高鋼的強(qiáng)度和硬度。(2)鉻可提高鋼的高溫機(jī)械性能。(3)使鋼具有良好的抗腐蝕性和抗氧化性。(4)阻止石墨化。(5)提高淬透性。(6)形成碳化物,提高耐磨性。(7)增加回火穩(wěn)定性。加入＜6％的鉻時，對鋼的抗回火能力有很大的提高，但未夠成二次硬化，當(dāng)鉻＞6％時，鋼在淬火后在550℃回火會出現(xiàn)二次硬化效應(yīng)，故人們對熱作模具鋼一般選用5％鉻的加入量。Cr對鋼共析點的影響和Mn大致相似，在約5％的含鉻量時，共析點的含C量降到0.5％左右。另外Si﹑W﹑Mo﹑V的加入更顯著降低共析點含C量。為此可以知道：4Cr5系列熱作模具鋼屬于過共析鋼。共析含C量的降低，將增加奧氏體化后組織中和最后組織中的合金碳化物含量。缺點：①鉻是顯著提高鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度②鉻能促進(jìn)鋼的回火脆性。故本發(fā)明鋼種Cr取4.80～5.50％。5)鎳在鋼中的作用(1)可提高鋼的強(qiáng)度，且提高其韌性，改善疲勞抗力。(2)鎳可降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度，即可提高鋼的低溫韌性。(3)鎳可以提高鋼的抗腐蝕能力，不僅能耐酸，而且能抗堿和大氣的腐蝕。(4)提高淬透性,(5)擴(kuò)大奧氏體區(qū),增加淬火鋼中的殘余奧氏體量,有利的方面可提高韌性,不利的方面可增加變形量；(6)增加樹枝晶,提高橫向性能；(7)增加板條狀馬氏體量,提高韌性；(8)加速碳在奧氏體中的擴(kuò)散，Ni為非碳化物形成元素,提高碳在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù),降低了一次碳化物，并使二次碳化物不易長大。(9)Ni使奧氏體的層措能提高。一般認(rèn)為層措能越低，越有利于位措的擴(kuò)展和形成位措，使滑移困難，導(dǎo)致鋼的加工硬化趨勢增大。反之層措能越高，越易于變形加工。這可增大鍛造道次變形量，有利于組織破碎和疏松焊合。故本發(fā)明鋼種Ni取1.40～2.0％。6)鉬在鋼中的作用(1)鉬對鐵素體有固溶強(qiáng)化作用。(2)提高鋼熱強(qiáng)性，提高高溫強(qiáng)度。在高溫時保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應(yīng)力，發(fā)生變形，稱蠕變)。(3)細(xì)化晶粒,提高韌性。(4)提高鋼的淬透性。(5)起到二次硬化作用，加入量不低于1％，最高3％。(6)形成碳化物,提高耐磨性。(7)增加回火穩(wěn)定性。(8)可抑制鋼的回火脆性。缺點：鉬的主要不良作用是它能使低合金鉬鋼發(fā)生石墨化的傾向。故本發(fā)明鋼種Mo取0.80～1.50％。7)釩在鋼中的作用(1)提高鋼熱強(qiáng)性。(2)細(xì)化晶粒。(3)起到二次硬化作用,(4)形成碳化物,提高耐磨性。缺點：V高形成一次碳化物，溶解溫度高，不易溶解，從而降低韌性。故本發(fā)明鋼種V取0.50～0.70％。8)鎢在鋼中的作用(1)增加回火穩(wěn)定性；(2)增加紅硬性；(3)增加熱強(qiáng)性，提高原子的結(jié)合力，提高擴(kuò)散激活能和蠕變激活能，提高組織的穩(wěn)定性和蠕變抗力。(4)形成碳化物,提高耐磨性；(5)起到二次硬化作用,(6)提高淬透性，可抑制鋼的回火脆性。故本發(fā)明鋼種W取0.50～1.00％。9)鋁在鋼中的作用(1)強(qiáng)化鐵素體；(2)提高高溫硬度；(3)提高固溶強(qiáng)度；(4)細(xì)化晶粒；(5)提高M(jìn)s點，增加板條M。(6)為非碳化物形成元素，可提高碳的活度，提高碳的擴(kuò)散系數(shù)，使二次碳化物不易長大。故本發(fā)明鋼種Al取0.01～0.04％和0.06～0.20％兩種水平。10)鈷在鋼中的作用鈷在鋼中為非碳化物形成元素，淬火加熱時溶于奧氏體中，淬火后存在于馬氏體中，提高了馬氏體的抗回火穩(wěn)定性，加強(qiáng)了次生的硬化效果，有較好的熱硬性。鈷與鎢、鉬原子的結(jié)合力強(qiáng)，可減低鎢、鉬原子的擴(kuò)散速度，減慢合金碳化物析出和聚集長大，增加了熱硬性。其不利的方面有降低韌性，降低淬透性。故本發(fā)明鋼種Co取0.00～0.20％和0.50～0.75％兩種水平。11)鈮在鋼中的作用Nb和C、N、O有極強(qiáng)的親合力，與之形成極為穩(wěn)定的化合物，提高鋼的硬度。同時彌散的化合物可以細(xì)化晶粒，提高晶粒的粗化溫度，降低鋼的過熱敏感性和回火脆性。故本發(fā)明鋼種Nb取0.020～0.2％水平。12)其它元素和氣體含量：Cu：不形成碳化物，以固溶態(tài)存在于基體中,能改善鋼的韌性,提高淬透性和耐腐蝕性。但其缺點是增加鋼的熱脆性，故其含量控制在≤0.20％水平。Ti：為碳化物形成元素,可細(xì)化晶粒,與V、Nb的作用類似，由于添加了V和Nb，故Ti不添加，應(yīng)控制在≤0.01％水平。P、S、Pb、Sn、As、Sb、Bi和氣體含量N、H、O均為有害元素，均應(yīng)控制在較低水平，且越低越好。具體地，所述熱作模具鋼以重量％計，包含C0.40～0.48％，Si0.20～0.40％，Mn0.40～0.80％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr4.80～5.50％，Ni1.40～2.0％，Mo0.80～1.50％，V0.50～0.70％，W0.50-1.00％，Al0.06～0.20％，Nb0.02～0.20％，余量的Fe。這種鋼記為YB5A，組成中Si低，韌性高?；?，所述熱作模具鋼以重量％計，包含C0.40～0.48％，Si0.40～1.0％，Mn0.40～0.80％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr4.80～5.50％，Ni1.40～2.0％，Mo0.80～1.50％，V0.50～0.70％，W0.50-1.00％，Al0.01～0.04％，Nb0.02～0.20％，余量的鐵。這種鋼記為YB5B，組成中Si較高,硬度稍高?；?，所述熱作模具鋼以重量％計，包含C0.40～0.48％，Si0.20～0.40％，Mn0.40～0.80％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr4.80～5.50％，Ni1.40～2.0％，Mo0.80～1.50％，V0.50～0.70％，W0.50-1.00％，Co0.50～0.75％，Al0.06～0.20％，Nb0.02～0.20％，余量的鐵。這種鋼記為YB5C，組成中含Co，抗回火穩(wěn)定性高和耐熱性高。一種合金模具的制備方法，所述合金模具為高溫合金模具、葉片鋼模具和低合金鋼模具中的一種，以本發(fā)明所述的熱作模具鋼制造，包括步驟：S1淬火：≤650℃裝爐，保持在650℃溫度下等溫，隨爐升溫至800～820℃等溫，等溫時間按工件的有效尺寸0.6min/mm計算，再隨爐升溫至1000～1020℃，保持10～12小時，油冷冷卻至150～180℃出油后立即回火；S2一次回火：≤280℃裝爐，保持在280℃溫度下等溫4～10h，升溫至570～595℃，保持14～22h(例如盤件570～580℃/保持15h；葉片585～595℃/保持21h。550℃以下硬度高、脆性大的不能用此以下的溫度)，油冷冷至表面溫度100～150℃后空冷(不可水冷)，出油空冷時，確保模具冷至室溫后才能進(jìn)行第二次回火；S3二次回火：≤300℃入爐，盤件560℃保持12h，或葉片580℃保持18h，空冷至100℃以下。工件的有效尺寸又稱當(dāng)量尺寸，對于圓形工件，可指其直徑，對于方形工件，指其厚度，餅件、帶孔的工件等，可查熱處理手冊而定。本發(fā)明中涉及時間以“/mm”計量的，均是指按工件的有效尺寸計。具體地，所述合金模具為高溫合金模具或葉片鋼模具，其制備方法還包括：S4三次回火：≤300℃入爐，580℃溫度保持1.8min/mm(合結(jié)此步驟可省略)。盤件560℃保持10h，葉片580℃保持16h，空冷冷至室溫進(jìn)行洛氏硬度檢測。其中，在步驟S1中，保持在650℃溫度下等溫0.6min/mm，隨爐升溫至800～820℃保持0.6min/mm，再隨爐升溫至1000～1020℃保持1.0～1.2min/mm(例如盤件12h，葉片10h)；高溫合金模具(盤件)油冷80～90min，或葉片油冷120～130min，冷卻至150～180℃出油后立即回火；在步驟S2中，盤件在570～580℃溫度保持盤件15h，或葉片在585-595℃溫度保持21h，油冷冷至表面溫度100～150℃后空冷，出油空冷時，確保模具冷至室溫后才能進(jìn)行第S3的二次回火；在步驟S3中，盤件560℃溫度保持盤件12h，或葉片在580℃保持18h，空冷至100℃以下進(jìn)行第三次回火；在步驟S4中，盤件560℃溫度保持10h，或葉片580℃保持16h。優(yōu)選地，在步驟S1中，保持在650℃溫度下等溫0.6min/mm，隨爐升溫至820℃保持0.6min/mm，再隨爐升溫至1000～1020℃保持1.0～1.2min，油冷(依據(jù)塊的大小決定，例如油冷葉片120～130min)，冷卻至150～180℃出油后立即回火；在步驟S2中，在585～595℃溫度保持2.4～3.0min/mm，油冷冷至表面溫度100～150℃后空冷，出油空冷時，確保模具冷至室溫后進(jìn)行第S3的二次回火；在步驟S3中，580℃溫度保持1.8～2.4min/mm，空冷至100℃以下進(jìn)行第三次回火。調(diào)質(zhì)是淬火加兩至三次高溫回火。用S1～S4所要求的加熱溫度、加熱時間、冷卻介質(zhì)、冷卻時間、終冷溫度進(jìn)行一次淬火處理，兩至三次回火處理。其中，步驟S3兩次回火后或S4三次回火后，空冷冷至室溫進(jìn)行洛氏硬度檢測，對于高溫合金(盤件)模具的硬度要求為：表面硬度最大不能超過52HRC，最小不能低于42HRC；對葉片鋼模具和合結(jié)鋼模具的硬度要求為：表面硬度最大不能超過48HRC，最小不能低于38HRC。本發(fā)明所述的制備方法制得的模具。本發(fā)明的有益效果在于：1)、本發(fā)明提出一種新的Cr5系列熱作模具鋼(記為YB5系列模具鋼)的化學(xué)成分配方，與現(xiàn)有的Cr5系(H13)熱作模具鋼比較，YB5系列模具鋼提高了碳含量，提高了Mn含量，降低了硅含量(YB5A、YB5C)，降低了Mo含量，降低了V含量，添加了Ni元素、添加了W元素、添加了Co元素(YB5C)、添加了Al元素(YB5A、YB5C)。從而提高了鋼的韌性，提高了高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能等。2)、本發(fā)明提出YB5系列模具鋼合理的冶煉、加熱、鍛造和預(yù)備熱處理工藝規(guī)范。關(guān)鍵點是保證鋼的低倍組織致密，純潔度高、一次碳化物和帶狀級別低、正火(快冷)后組織細(xì)化,球化后碳化物細(xì)小且均勻等。3)、本發(fā)明制訂了最終熱處理工藝規(guī)范。其關(guān)鍵點為淬火冷卻要充分，回火消除應(yīng)力要充分。所制得的YB5鋼強(qiáng)度和硬度較高,表明具有較高的抗回火穩(wěn)定性,600℃回火,硬度與H13相近或互有高低,其韌性遠(yuǎn)高于H13。附圖說明圖1為YB5A與H13不同回火溫度下的硬度對比圖。圖2為高溫合金盤件模具檢測位置示意圖。圖3為盤件模具三坐標(biāo)檢測圖。圖3中，(a)模鍛前上模，(b)模鍛后上模(c)模鍛前下模，(d)模鍛后下模。圖4為YB5A葉片鋼模具終鍛前后下模的尺寸對比三坐標(biāo)檢測圖。圖4中，(a)葉身鍛造前，(b)葉身鍛造后，(c)葉根鍛造前，(d)葉根鍛造后。圖5，實施例4，150×300方，1000℃6h水、760℃9h水(調(diào)質(zhì)球化)，經(jīng)4％硝酸酒精溶液腐蝕，顯微組織為回火索氏體(放大400倍)。圖6為YB5Aφ25mm試樣，1020℃油、580℃水、580℃空調(diào)質(zhì)，4％硝酸酒精溶液腐蝕后，顯微組織為回火屈氏體(放大400倍)。圖7為YB5Aφ560×260試樣，1010℃水570℃水570℃空(整體調(diào)質(zhì))，4％硝酸酒精溶液腐蝕后，顯微組織為回火屈氏體組織(放大400倍)。圖8為YB5A230×300試樣，1020℃油，4％硝酸酒精溶液腐蝕后，顯微組織為細(xì)板條馬氏體+碳化物(放大400倍)。圖9為YB5A230×300試樣，1020℃油，4％硝酸酒精溶液腐蝕后，顯微組織為細(xì)板條馬氏體+碳化物晶粒度10級(放大400倍)。圖10為YB5Aφ900mm×300mm餅件，鍛后球化退火組織，4％硝酸酒精溶液腐蝕后，顯微組織為索氏體+殘奧。圖中所標(biāo)的尺寸為100μm。圖11為YB5A230×300方，球化退火組織，4％硝酸酒精溶液腐蝕鐵素體+球狀滲碳體AS6級(放大400倍)。圖12為YB5A230×300試樣鍛后球化組織，4％硝酸酒精溶液腐蝕，AS1(放大500倍)。圖13YB5A230×300試樣鍛后球化組織，4％硝酸酒精溶液腐蝕，AS1(放大200倍)。注：球化組織按北美壓鑄模金相標(biāo)準(zhǔn)NADCA#207-2003圖譜評定。具體實施方式以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。以下所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。實施例中，如無特別說明，所使用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)手段。本發(fā)明提出的Cr5系列鋼的成分范圍如下表1。在實施例中示出了某一成分的具體實例，在表1記載的范圍內(nèi)，制得的Cr5系列熱作模具鋼具有同樣的性能。表1：成分規(guī)范：實施例1Cr5系列熱作模具鋼的制備方法，其特征在于，包括步驟：電爐冶煉，LF爐精煉(LADLEFURNACE即鋼包精煉爐)，真空脫氣(VD)，模鑄，退火，電渣重熔(ESR)，緩冷，退火，鍛造，正火，球化退火，擴(kuò)氫，粗加，檢驗，精加，調(diào)質(zhì)，精加，檢驗，投產(chǎn)。通過控制鋼水的成分，制得的模具鋼中，以重量％計，包含C0.44％，Si0.40％，Mn0.60％，P0.010％，S0.002％，Cr5.20％，Ni1.60％，Mo0.90.％，V0.60.％，W0.55％，Co0.09％，Al0.10％，Nb0.040％，余量的Fe。得到的產(chǎn)物為YB5A鋼。實施例2冶煉的方法同實施例1。通過控制鋼水的成分，制得的模具鋼中，以重量％計，包含C0.43％，Si1.00％，Mn0.40％，P0.012％，S0.0015％，Cr4.80％，Ni1.40.％，Mo1.00％，V0.50％，W0.80％，Co0.090.％，Al0.010％，Nb0.030％，余量的Fe。得到的產(chǎn)物為YB5B鋼。實施例3冶煉的方法同實施例1。通過控制鋼水的成分，制得的模具鋼中，以重量％計，包含C0.43％，Si0.40％，Mn0.60％，P0.009％，S0.001％，Cr5.20％，Ni1.60％，Mo1.10％，V0.60％，W0.55.％，Co0.53％，Al0.20％，Nb0.025％，余量的Fe。得到的產(chǎn)物為YB5C鋼。實施例4用實施例1YB5A鋼熱處理制備高溫合金模具，標(biāo)記為JBD275-YB5A-φ900x300，制為盤件模具。S1淬火：≤650℃裝爐，650℃×(2±0.5)h等溫，隨爐升溫至820℃×(4±0.5)h，隨爐升溫至1010℃×(5±0.5)h，油冷80～90min，出油立即(空氣中停留不超過半小時)回火；淬火的溫度為1000℃，比較了回火時空冷的溫度(見下表)，可見550℃回火,YB5A強(qiáng)度和硬度較高，表明具有較高的抗回火穩(wěn)定性，600℃回火,硬度比H13略低,其韌性遠(yuǎn)高于H13(注：由于YB5A的淬火溫度低于H13故硬度略低)。S2一次回火：≤280℃裝爐，280℃×(5±0.5)h，升溫至570～580℃×(15±0.5h)油冷冷至表面溫度100～150℃后空冷，出油空冷時，確保模具冷至室溫后才能進(jìn)行第二次回火；S3二次回火：≤570℃入爐，570℃×(13±0.5)h空冷至100℃以下才能進(jìn)行第三次回火；S4三次回火：≤570℃入爐，570℃×(11±0.5)h空冷冷至室溫進(jìn)行洛氏硬度檢測。高溫合金模具硬度要求：表面硬度最大不能超過52HRC，最小不能低于42HRC。YB5A不同熱處理工藝對力學(xué)性能的影響見表1和表2：表1：表2可見最佳淬火溫度1000-1020℃，回火溫度大于等于550℃。(4)YB5A高溫力學(xué)性能表3編號制質(zhì)工藝試驗溫度Rm/MPaRP0.2/MPaA，％711000℃x1h油冷+550℃κ2h空冷250℃1725144512721000℃x1h油冷+550℃x2h空冷300℃1626139012731000℃x1h油冷+550℃x2h空冷350℃1627139610.5741000℃x1h油冷+550℃x2h空冷400℃1566134610可見其高溫強(qiáng)度較高，查表換算其硬度大于等于HRC48(實驗溫度350℃時，仍處于較高水平)。表4列出YB5A的力學(xué)性能。表4：爐號20506，規(guī)格40方，φ25mm熱處理試驗結(jié)果分析：1、淬火溫度升高強(qiáng)度和硬度上升；2、第一次回火水冷較空冷的強(qiáng)度和硬度上升。故模具第一次回火應(yīng)快冷。表5:爐號14506規(guī)格40方,φ25mm的YB5A熱處理試驗結(jié)果表6:爐號14510規(guī)格40方φ25mm的YB5A熱處理試驗結(jié)果分析：對比表2和表3可見：淬火溫度升高，強(qiáng)度和硬度上升，伸長率略有降低。故淬火溫度應(yīng)選取1010～1020℃。表7:爐號14510,模塊,φ25mm熱處理試驗結(jié)果注:189-1、189-2為縱向性能；190-1、190-2為橫向性能。分析：由表7可見：最佳淬火溫度1020℃。顯微組織見圖5～13,可見球化退火組織合格,淬火組織為條片狀馬氏體+細(xì)點狀碳化物,隨淬火溫度提高，條片變寬，碳化物減少，淬火硬度升高，回火后回火硬度亦升高，回火后組織為回火屈氏體，晶粒度10級。下表8列出YB5B的力學(xué)性能。表8：YB5B力學(xué)性能：結(jié)論：淬火溫度1020-1060℃，回火550-600℃。下表9列出YB5C的力學(xué)性能。表9：YB5C力學(xué)性能表中200*300一火成材，加熱擴(kuò)散時間短，橫向性能差，需兩火擴(kuò)散，反復(fù)鐓拔。表10：YB5C高溫擴(kuò)散后的性能結(jié)果結(jié)論：淬火溫度1020-1060℃，回火560-600℃。實施例5用實施例2YB5B鋼熱處理制備高溫合金模具盤件，標(biāo)記為JBD275-YB5B-φ900x300。熱處理的工藝條件同實施例4。實施例6用實施例3YB5C鋼熱處理制備高溫合金模具盤件，標(biāo)記為JBD275-YB5C-φ900x300。熱處理的工藝條件同實施例4。實施例7用實施例1之YB5A鋼熱處理制備葉片鋼模具，標(biāo)記為SM985RL.DJ-YB5A-1700x700x420模塊。熱處理工藝如下：S1淬火：≤650℃裝爐，650℃×(4±0.5)h等溫，隨爐升溫至820℃×(6±0.5)h，隨爐升溫至1010℃×(9±0.5)h，油冷120～130min，出油立即(空氣中停留不超過半小時)回火；S2一次回火：≤280℃裝爐，280℃×(7±0.5)h，升溫至580～590℃×(20±0.5)h油冷冷至表面溫度100～150℃后空冷，出油空冷時，確保模具冷至室溫后才能進(jìn)行第二次回火；S3二次回火：≤580℃入爐，580℃×(18±0.5)h空冷至100℃以下才能進(jìn)行第三次回火；S4三次回火：≤580℃入爐，580℃×(16±0.5)h空冷冷至室溫進(jìn)行洛氏硬度檢測；葉片鋼模具硬度要求：表面硬度最大不能超過48HRC，最小不能低于38HRC。實施例8用實施例2的YB5B鋼熱處理制備高溫合金模具，標(biāo)記為SM985RL.DJ-YB5B-1700×700×420模塊。熱處理的工藝條件同實施例7。實施例9用實施例3的YB5C鋼熱處理制備高溫合金模具，標(biāo)記為SM985RL.DJ-YB5C-1700×700×420模塊。熱處理的工藝條件同實施例7。試驗例1)性能測試YB5A與H13不同回火溫度下的硬度對比，見圖1。YB5A、YB5B、YB5C和H13抗回火穩(wěn)定性比較見表11。表11：H13、YB5A、YB5B回火溫度與硬度關(guān)系注:YB5C對應(yīng)硬度HRC53、49～50、45的回火溫度分別是565℃、585℃、610℃。(見表9～10)可見YB5A、YB5B和H13抗回火穩(wěn)定性是同一水平，YB5C的抗回火穩(wěn)定性則高一些。2)變形量比較，下表中比較了現(xiàn)有的四種模具鋼鍛打高溫合金盤件的結(jié)果，可見5CrNiMo、5CrNiMoV、進(jìn)口FX打4件變形量大于4mm，H13模具開裂。表12變形量比較表13為YB5A模具與5CrNiMoV堆焊模具打餅件8件變形量對比結(jié)果。模具上各測試點的位置見圖2。其中2A-1～2A-4為YB5A結(jié)果，變形小于1mm，2A-5～2A-8為5CrNoMoV為堆焊的結(jié)果，變形最大3.5mm。表14為YB5A模具鍛打高溫合金餅件使用前后硬度數(shù)據(jù)對比?？梢奩B5A上模硬度降低約2～3個HRC，下模降5～8個HRC。堆焊上下模硬度均降低約2～3個HRC，比YB5A小。YB5A模具變形小于1mm，堆焊5CrNiMoV變形3.5mm，可見YB5A模具整體強(qiáng)度高是模具變形小的主要原因。實施例5和實施例6制備的YB5B模具和YB5C模具盤件，經(jīng)客戶使用，證明其性能相當(dāng)或優(yōu)于H13模具鋼，而H13不適合較大型的鍛模。YB5B模具和YB5C模具被證明完全滿足較大型和較大沖擊力的要求。表13表144)YB5A模具在JBD275高溫合金盤壽命YB5A材料制作的五～八級盤模具共生產(chǎn)了JBD275共計58件(不含假料)。第一次上場連續(xù)模鍛4件，下場后復(fù)測模具變形＜0.2mm，未做修復(fù)繼續(xù)使用；第二次上場連續(xù)模鍛19件，下場后復(fù)測模具變形＜0.9mm，未做修復(fù)繼續(xù)使用；第三次上場連續(xù)模鍛35件，下場后復(fù)測模具變形＜1.0mm。通過三次下場后的模具復(fù)測數(shù)據(jù)，可見YB5A模具材料鍛造實心高溫合金盤時塑性變形較小，表面磨損較小。由此認(rèn)為YB5A模具材料在現(xiàn)行條件下能夠勝任實心盤件的鍛造生產(chǎn)。5)YB5A模具在不銹鋼葉片鍛件上的應(yīng)用結(jié)果SM985RL.DJ-YB5A模具下模上場前表面硬度42～44HRC，下場硬度基本不變。終鍛前后下模尺寸對比，生產(chǎn)數(shù)量120支(SPKA11200)，葉身模具最大變形0.3mm，葉根模具最大變形0.5mm，模具基本沒變形。SM985RL.DJ-5CrNiMoV模具終鍛前后下模尺寸對比，生產(chǎn)數(shù)量20支(SPKA22400)，模具上場前硬度44～48HRC，模具最大變形1.565mm，變形較大。從項目的角度，解決了高合金錘鍛模具能在3.55萬噸螺旋壓力機(jī)使用的問題，確定了YB5A模具能用于3.55萬噸葉片鋼的鍛造。6)YB5A、YB5B、YB5C在其它熱鍛模具上應(yīng)用的結(jié)果用于汽車轉(zhuǎn)向節(jié)熱鍛模使用壽命15000件，是5CrNiMo的三倍。用于汽曲軸熱鍛模優(yōu)點是不開裂，壽命與H13相當(dāng)。在其它熱鍛模上的應(yīng)用主要優(yōu)點是不變形，鍛件表面尺寸精度高，不用修磨。以上所公開或要求的實施例在不超過現(xiàn)有公開的實驗手段的范圍內(nèi)可以制出或?qū)嵤?。本發(fā)明優(yōu)選的實施方式所描述的所有的產(chǎn)物和/或方法，明白地指那些不違反本發(fā)明的概念、范圍和精神的可以用于該產(chǎn)物和/或?qū)嶒灧椒ㄒ约敖酉聛淼牟襟E。對所述的工藝中技術(shù)手段的所有的改動和改進(jìn)，均屬于本發(fā)明權(quán)利要求定義的概念、范圍和精神。當(dāng)前第1頁1 2 3