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(fèi)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(zhǎng)時(shí)間處于550℃以上的高溫環(huán)境，模具變形、磨損、塌角和塌陷問(wèn)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(guó)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(zhǎng)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(jiàn)異常，但在1.8萬(wàn)噸和3.55萬(wàn)噸大錘鍛設(shè)備上的模具磨損、塌角和塌陷問(wèn)題則較為嚴(yán)重。5CrNiMoV是2013年開(kāi)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(duì)較好，基本能滿(mǎn)足葉片鋼鍛模的需要，但模具不宜長(zhǎng)期處于550℃以上的高溫環(huán)境。JBD275為GH4169合金直接時(shí)效獲得的工藝盤(pán)件，可以大批量生產(chǎn)，該工藝盤(pán)件模鍛時(shí)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(duì)產(chǎn)品的高效率生產(chǎn)和批量穩(wěn)定性均帶來(lái)較大的挑戰(zhàn)。解決模具變形問(wèn)題已經(jīng)成為盤(pán)件鍛造生產(chǎn)的當(dāng)務(wù)之急。我國(guó)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(lái)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(kāi)裂，應(yīng)用不廣泛。故需開(kāi)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(guó)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(cè)》，林慧國(guó)、火樹(shù)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(jiǎn)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(shí)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(shí),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(guó)材料科技與設(shè)備，2009年，第4期)。H13鋼原是美國(guó)的一個(gè)鋼種，在我國(guó)一般稱(chēng)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?yàn)樗哂幸韵绿匦裕孩倬哂懈叩拇阃感院透叩捻g性；②優(yōu)良的抗熱裂能力，在工作場(chǎng)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(lái)提高其表面硬度；④在較高溫度下具有抗軟化能力；⑤熱處理變形小；⑥良好的切削加工性能。H13的缺點(diǎn)在于不適合制造大中型、大型和超大型模具，易于開(kāi)裂。故國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)了大截面熱作模具鋼。鍛壓模塊的厚度≥350～500mm的稱(chēng)為大型模塊，厚度≥500mm的稱(chēng)特大型模塊。我國(guó)開(kāi)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(cè)》，林慧國(guó)、火樹(shù)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(kāi)裂。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)本領(lǐng)域存在的問(wèn)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(gè)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(gè)目的是提出用所述Cr5系列熱作模具鋼制備模具的方法。實(shí)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(jì)，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(yàn)，粗加，調(diào)質(zhì)，精加，檢驗(yàn)。投產(chǎn)得到模塊或模具。現(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(duì)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(diǎn)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(wú)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(shí),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(diǎn),故保持相對(duì)較低的碳含量,使鋼的Ms取于相對(duì)較高的水平，Ms340℃,淬火時(shí)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(shì)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(mǎn)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(guò)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(duì)鋼的高溫瞬時(shí)強(qiáng)度有所提高。(4)錳強(qiáng)烈降低鋼的Ms點(diǎn),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(diǎn)是，①含錳較高時(shí)，有較明顯的回火脆性現(xiàn)象；②錳有促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大的作用，因此錳鋼對(duì)過(guò)熱較敏感，故在熱處理工藝上必須注意。這種缺點(diǎn)可用加入細(xì)化晶粒元素如鉬、釩、鈦等來(lái)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(shí)，對(duì)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(shí)，鋼在淬火后在550℃回火會(huì)出現(xiàn)二次硬化效應(yīng)，故人們對(duì)熱作模具鋼一般選用5％鉻的加入量。Cr對(duì)鋼共析點(diǎn)的影響和Mn大致相似，在約5％的含鉻量時(shí)，共析點(diǎn)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(diǎn)含C量。為此可以知道：4Cr5系列熱作模具鋼屬于過(guò)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(diǎn)：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(shù)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(zhǎng)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(shì)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(duì)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(shí)保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力(長(zhǎng)期在高溫下受到應(yīng)力，發(fā)生變形，稱(chēng)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(diǎn)：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(diǎn)：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(diǎn)，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(zhǎng)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(shí)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(zhǎng)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(shí)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(guò)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(diǎn)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(lèi)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(jì)，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。或，所述熱作模具鋼以重量％計(jì)，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。或，所述熱作模具鋼以重量％計(jì)，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(shí)間按工件的有效尺寸0.6min/mm計(jì)算，再隨爐升溫至1000～1020℃，保持10～12小時(shí)，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(pán)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(shí)，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(pán)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(chēng)當(dāng)量尺寸，對(duì)于圓形工件，可指其直徑，對(duì)于方形工件，指其厚度，餅件、帶孔的工件等，可查熱處理手冊(cè)而定。本發(fā)明中涉及時(shí)間以“/mm”計(jì)量的，均是指按工件的有效尺寸計(jì)。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(pán)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(cè)。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(pán)件12h，葉片10h)；高溫合金模具(盤(pán)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(pán)件在570～580℃溫度保持盤(pán)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(shí)，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(pán)件560℃溫度保持盤(pán)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(pán)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(shí)，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(shí)間、冷卻介質(zhì)、冷卻時(shí)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(cè)，對(duì)于高溫合金(盤(pán)件)模具的硬度要求為：表面硬度最大不能超過(guò)52HRC，最小不能低于42HRC；對(duì)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(guò)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(diǎn)是保證鋼的低倍組織致密，純潔度高、一次碳化物和帶狀級(jí)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(diǎn)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(shuō)明圖1為YB5A與H13不同回火溫度下的硬度對(duì)比圖。圖2為高溫合金盤(pán)件模具檢測(cè)位置示意圖。圖3為盤(pán)件模具三坐標(biāo)檢測(cè)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(duì)比三坐標(biāo)檢測(cè)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(shí)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(jí)(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(jí)(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(píng)定。具體實(shí)施方式以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。以下所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，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(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例中，如無(wú)特別說(shuō)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(shí)施例中示出了某一成分的具體實(shí)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(shí)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(yàn)，精加，調(diào)質(zhì)，精加，檢驗(yàn)，投產(chǎn)。通過(guò)控制鋼水的成分，制得的模具鋼中，以重量％計(jì)，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(shí)施例2冶煉的方法同實(shí)施例1。通過(guò)控制鋼水的成分，制得的模具鋼中，以重量％計(jì)，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(shí)施例3冶煉的方法同實(shí)施例1。通過(guò)控制鋼水的成分，制得的模具鋼中，以重量％計(jì)，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(shí)施例4用實(shí)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(pán)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(guò)半小時(shí))回火；淬火的溫度為1000℃，比較了回火時(shí)空冷的溫度(見(jiàn)下表)，可見(jiàn)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(shí)，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(cè)。高溫合金模具硬度要求：表面硬度最大不能超過(guò)52HRC，最小不能低于42HRC。YB5A不同熱處理工藝對(duì)力學(xué)性能的影響見(jiàn)表1和表2：表1：表2可見(jiàn)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(hào)制質(zhì)工藝試驗(yàn)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(jiàn)其高溫強(qiáng)度較高，查表?yè)Q算其硬度大于等于HRC48(實(shí)驗(yàn)溫度350℃時(shí)，仍處于較高水平)。表4列出YB5A的力學(xué)性能。表4：爐號(hào)20506，規(guī)格40方，φ25mm熱處理試驗(yàn)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(hào)14506規(guī)格40方,φ25mm的YB5A熱處理試驗(yàn)結(jié)果表6:爐號(hào)14510規(guī)格40方φ25mm的YB5A熱處理試驗(yàn)結(jié)果分析：對(duì)比表2和表3可見(jiàn)：淬火溫度升高，強(qiáng)度和硬度上升，伸長(zhǎng)率略有降低。故淬火溫度應(yīng)選取1010～1020℃。表7:爐號(hào)14510,模塊,φ25mm熱處理試驗(yàn)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(jiàn)：最佳淬火溫度1020℃。顯微組織見(jiàn)圖5～13,可見(jiàn)球化退火組織合格,淬火組織為條片狀馬氏體+細(xì)點(diǎn)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(jí)。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(shí)間短，橫向性能差，需兩火擴(kuò)散，反復(fù)鐓拔。表10：YB5C高溫?cái)U(kuò)散后的性能結(jié)果結(jié)論：淬火溫度1020-1060℃，回火560-600℃。實(shí)施例5用實(shí)施例2YB5B鋼熱處理制備高溫合金模具盤(pán)件，標(biāo)記為JBD275-YB5B-φ900x300。熱處理的工藝條件同實(shí)施例4。實(shí)施例6用實(shí)施例3YB5C鋼熱處理制備高溫合金模具盤(pán)件，標(biāo)記為JBD275-YB5C-φ900x300。熱處理的工藝條件同實(shí)施例4。實(shí)施例7用實(shí)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(guò)半小時(shí))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(shí)，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(cè)；葉片鋼模具硬度要求：表面硬度最大不能超過(guò)48HRC，最小不能低于38HRC。實(shí)施例8用實(shí)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(shí)施例7。實(shí)施例9用實(shí)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(shí)施例7。試驗(yàn)例1)性能測(cè)試YB5A與H13不同回火溫度下的硬度對(duì)比，見(jiàn)圖1。YB5A、YB5B、YB5C和H13抗回火穩(wěn)定性比較見(jiàn)表11。表11：H13、YB5A、YB5B回火溫度與硬度關(guān)系注:YB5C對(duì)應(yīng)硬度HRC53、49～50、45的回火溫度分別是565℃、585℃、610℃。(見(jiàn)表9～10)可見(jiàn)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(pán)件的結(jié)果，可見(jiàn)5CrNiMo、5CrNiMoV、進(jìn)口FX打4件變形量大于4mm，H13模具開(kāi)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(duì)比結(jié)果。模具上各測(cè)試點(diǎn)的位置見(jiàn)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(duì)比。可見(jiàn)YB5A上模硬度降低約2～3個(gè)HRC，下模降5～8個(gè)HRC。堆焊上下模硬度均降低約2～3個(gè)HRC，比YB5A小。YB5A模具變形小于1mm，堆焊5CrNiMoV變形3.5mm，可見(jiàn)YB5A模具整體強(qiáng)度高是模具變形小的主要原因。實(shí)施例5和實(shí)施例6制備的YB5B模具和YB5C模具盤(pán)件，經(jīng)客戶(hù)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(mǎn)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(pán)壽命YB5A材料制作的五～八級(jí)盤(pán)模具共生產(chǎn)了JBD275共計(jì)58件(不含假料)。第一次上場(chǎng)連續(xù)模鍛4件，下場(chǎng)后復(fù)測(cè)模具變形＜0.2mm，未做修復(fù)繼續(xù)使用；第二次上場(chǎng)連續(xù)模鍛19件，下場(chǎng)后復(fù)測(cè)模具變形＜0.9mm，未做修復(fù)繼續(xù)使用；第三次上場(chǎng)連續(xù)模鍛35件，下場(chǎng)后復(fù)測(cè)模具變形＜1.0mm。通過(guò)三次下場(chǎng)后的模具復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)，可見(jiàn)YB5A模具材料鍛造實(shí)心高溫合金盤(pán)時(shí)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(shí)心盤(pán)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(chǎng)前表面硬度42～44HRC，下場(chǎng)硬度基本不變。終鍛前后下模尺寸對(duì)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(méi)變形。SM985RL.DJ-5CrNiMoV模具終鍛前后下模尺寸對(duì)比，生產(chǎn)數(shù)量20支(SPKA22400)，模具上場(chǎng)前硬度44～48HRC，模具最大變形1.565mm，變形較大。從項(xiàng)目的角度，解決了高合金錘鍛模具能在3.55萬(wàn)噸螺旋壓力機(jī)使用的問(wèn)題，確定了YB5A模具能用于3.55萬(wàn)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(chē)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(diǎn)是不開(kāi)裂，壽命與H13相當(dāng)。在其它熱鍛模上的應(yīng)用主要優(yōu)點(diǎn)是不變形，鍛件表面尺寸精度高，不用修磨。以上所公開(kāi)或要求的實(shí)施例在不超過(guò)現(xiàn)有公開(kāi)的實(shí)驗(yàn)手段的范圍內(nèi)可以制出或?qū)嵤１景l(fā)明優(yōu)選的實(shí)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?yàn)方法以及接下來(lái)的步驟。對(duì)所述的工藝中技術(shù)手段的所有的改動(dòng)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(yè)1 2 3