一種合金鋼及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種合金鋼及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在機(jī)械制造領(lǐng)域，大量機(jī)械配件生產(chǎn)采用鍛造或壓鑄、熱擠成型。目前，國內(nèi)汽車制造和礦山機(jī)械制造行業(yè)，比較普遍采用的典型熱鍛模用鋼是H13、3Cr3Mo3VNb、5Cr2NiMoVS1、5CrNiMoV、5CrMnMo等，壓鑄模和熱擠模用鋼最為典型的是國產(chǎn)3Cr2w8v、3Cr2MnNiMo等，近年來，有人已發(fā)明了 012AL(5Cr4Mo3SiMnVAL)，目前正在開展推廣應(yīng)用。
[0003]這些典型國產(chǎn)熱作模具鋼在人們生產(chǎn)實(shí)踐中很長時(shí)期內(nèi)發(fā)揮著巨大作用，解決了機(jī)械制造中許多實(shí)際問題。
[0004]然而，隨著改革開放的步伐加快，工業(yè)生產(chǎn)的突飛猛進(jìn)，上述典型熱作模具鋼早已難以滿足企業(yè)生產(chǎn)日益增長的客觀需求。所以就有大量國外生產(chǎn)的熱作模具鋼涌入中國市場，例如瑞典、日本、德國等國家生產(chǎn)的典型模具鋼718、502、SKD61、55NiCrMoV6等等，已被我國不少企業(yè)廣泛采用。但是，這些優(yōu)質(zhì)的國外模具鋼也存在兩大問題:一是普遍價(jià)格比較貴，許多生產(chǎn)企業(yè)難以接受；二是普遍對熱處理的要求很高，國內(nèi)很多企業(yè)往往在技術(shù)裝備上難以滿足其熱處理要求，這就使許多企業(yè)想用而又不敢用，自然制約了這些國外典型優(yōu)質(zhì)熱作模具鋼更廣泛的推廣應(yīng)用。而熱鍛模和壓鑄模、熱擠模等大都是在800…1250°C高溫狀態(tài)下工作，總是承受著高溫沖擊磨損，高溫反復(fù)急熱急冷疲勞工作狀態(tài)，服役條件十分亞少
>ll1、力 O
[0005]因此，研制一種造價(jià)較低，便于實(shí)施熱處理，但同時(shí)又必須是高紅硬性、高強(qiáng)韌性、抗高溫磨損和抗熱疲勞模具鋼，早已是人們的強(qiáng)烈愿望和衷心期盼，也是許多大規(guī)模熱成形生產(chǎn)企業(yè)永恒的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供一種成本低、高淬透性、高紅硬性、超高強(qiáng)度、抗磨損的合金鋼，并提供一種該種合金鋼的制作方法。
[0007]本發(fā)明所提供的一種合金鋼，合金鋼的成分及質(zhì)量百分比為:C:0.33?0.45% ；Cr:4.5 ?5.5% ；Mo:3.0 ?3.8% ；ff:1.0 ?1.9% ；V:0.7 ?1.3% ；Mn:0.3 ?0.7 ;S1:0.3 ?0.7% ；N1:0.3 ?0.8% ；Nb:0.1 ?0.3% ；A1:0.07 ?0.20% ；Cu 不大于 0.15% ;余星由Fe和雜質(zhì)組成。
[0008]其中，雜質(zhì)的成分包括P和S，以質(zhì)量百分比計(jì)P不大于0.03%，S不大于0.02%。
[0009]本發(fā)明所提供的合金鋼制作方法，包括以下步驟:備料，根據(jù)冶煉電爐規(guī)格，計(jì)算好每爐各種合金元素原料及廢鋼下爐比例和數(shù)量，基于計(jì)算結(jié)果備好所需的下爐料；電爐冶煉，將備好的下爐料按工藝要求下爐，進(jìn)行充分熔解冶煉；爐外精煉，將充分熔解冶煉后的鋼液倒入一鋼包內(nèi)，加入精煉劑，對鋼液進(jìn)行脫氧、去渣和凈化；真空脫氣，將精煉好的鋼液倒入真空脫氣設(shè)備中進(jìn)行充分脫氣，然后將鋼液倒入鋼錠模內(nèi)進(jìn)行凝固；脫模，待鋼錠模中的鋼液完全凝固后脫模制成鋼錠；電渣重熔，將鋼錠吊入電渣爐中進(jìn)行電渣重熔，加入各種輔助原料對鋼錠進(jìn)行再次凈化，之后將鋼錠埋入沙坑中緩冷；退火，對鋼錠進(jìn)行退火，充分消除鋼錠內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化鋼錠組織；鍛造，對退火后的鋼錠加熱至工藝要求溫度范圍，進(jìn)行反復(fù)鐓拔鍛打，最后鐓拔成長條鋼棒或方鋼然后鋸成料塊，再次進(jìn)行加熱反復(fù)鐓粗、拔長、鍛打成各規(guī)格形狀尺寸的模坯；再次退火，對模坯再次進(jìn)行退火，徹底消除模坯內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化模坯組織。
[0010]其中，備料步驟中備用的下爐料包括回爐料，回爐料為3Cr3Mo3VNb或30?50%的Hl3回爐料。
[0011]電渣重熔后的鋼錠成分組織偏析嚴(yán)重時(shí)采用高溫?cái)U(kuò)散退火，否則采用常規(guī)退火。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的合金鋼的淬透性、紅硬性和熱穩(wěn)定性得到顯著提高，特別適用于大型熱作模具用鋼；比國產(chǎn)3Cr2W8V優(yōu)質(zhì)熱作模具鋼導(dǎo)熱性明顯提高，有效消除其工作時(shí)出現(xiàn)的龜裂現(xiàn)象；成本降低，具有物美價(jià)廉的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的合金鋼制作方法生產(chǎn)方便高效，能夠有效保證合金鋼的質(zhì)量。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明的合金鋼的成分及質(zhì)量百分比為:C:0.33?0.45% ；Cr:4.5?5.5%；Mo:
3.0 ?3.8% ;W:1.0 ?1.9% ；V:0.7 ?1.3% ；Mn:0.3 ?0.7 ；S1:0.3 ?0.7% ；N1:0.3 ?
0.8% ；Nb:0.1?0.3% ；A1:0.07?0.20% ；Cu不大于0.15% ;余量由Fe和雜質(zhì)組成。其中，雜質(zhì)的成分包括P和S，以質(zhì)量百分比計(jì)P不大于0.03%，S不大于0.02%。
[0014]針對引進(jìn)美國H13早已國產(chǎn)化的4Cr5MoSiVl和國產(chǎn)的3Cr3Mo3VNb、012AL優(yōu)質(zhì)熱作模具鋼而言，加入了 W，并且Mo的含量是Hl3的兩倍以上，同時(shí)比3Cr3Mo3VNb和012AL中的含Mo量也高出10?20 %，根據(jù)W、Mo在合金鋼中的作用，它們可顯著提高鋼的紅硬性外，還可防止第二類回火脆性。另外，Mo又是顯著提高其鋼的淬透性元素。這就在確保上述典型優(yōu)質(zhì)鋼高強(qiáng)韌性優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上，顯著提高了鋼的淬透性、紅硬性和熱穩(wěn)定性，因而特別適用于大型熱作模具用鋼。
[0015]針對國產(chǎn)3Cr2W8V而言，本發(fā)明的合金鋼中的合金元素是微量多元組合，自然要比其少元素高含量組合的鋼性能優(yōu)越得多，一個(gè)Mo在鋼中的作用等于2個(gè)W，因此，本發(fā)明合金鋼中W、Mo總量的作用絕對比3Cr2W8V鋼中高W的作用大，并且由于本發(fā)明合金鋼W的含量遠(yuǎn)比3Cr2W8V中W含量低，這就比3Cr2W8V導(dǎo)熱性大幅度提高，有效消除其工作時(shí)出現(xiàn)的龜裂現(xiàn)象；并且由于W含量的大幅度下降，無論給鋼的冶煉還是熱處理，在工藝上帶來了更大的方便:另外由于W的單價(jià)是Mo單價(jià)的2倍，所以本發(fā)明合金鋼的制造成本僅W元素這一項(xiàng)降低6.5%以上，而用3.3%左右的Mo取而代之，這就使生產(chǎn)每噸鋼的W鐵消耗節(jié)省近萬元:加之本發(fā)明合金鋼中的Cr是3Cr2W8V的2.5倍，有效的提高了其淬透性和耐高溫腐蝕性能:由于加入了微量的Nb，有效地阻止了鋼在高溫加熱時(shí)的晶粒長大，起到了細(xì)化晶粒的作用，從而可以顯著提高其鋼的強(qiáng)韌性和耐熱疲勞壽命。再由于Cr是我國富有礦產(chǎn)，單價(jià)僅值W的7%，所以，本發(fā)明合金鋼合金組元的優(yōu)化設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了物美價(jià)廉的設(shè)計(jì)宗匕曰ο
[0016]測試結(jié)果證明:本發(fā)明合金鋼跟目前國內(nèi)較優(yōu)的某特鋼集團(tuán)公司生產(chǎn)的Η13Φ45樣料對比，抗拉強(qiáng)度在同等熱處理?xiàng)l件下提高10-20%，并經(jīng)兩種尺寸相近試棒在三種不同工藝淬火后，分別在 570 ± 10°C、590 ± 10°C、620°C、650 ± 10°C、680°C和 700°C 各回火 2 小時(shí)后，其硬度比H13高3-4HRC，通常提高抗高溫回火能力在30-40°C。而且經(jīng)材料機(jī)械加工表明:在STl鋼和H13鋼及012AL同等硬度情況下，STl更難以加工，刀具磨損明顯更為嚴(yán)重，可見比H13鋼更有效地提