專利名稱：稀土模具鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，特別是關(guān)于稀土模具鋼及其生產(chǎn)方法。
冶金工業(yè)出版社1987年12月出版的《稀土在鋼鐵中的應(yīng)用》一書(shū)曾報(bào)道“在合金鋼和高合金鋼中添加適量的稀土元素對(duì)鋼的純度、均勻性、晶粒細(xì)化和改善高合金鋼的熱塑性等有良好的影響。”但是對(duì)在模具鋼中添加稀土生產(chǎn)稀土模具鋼未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)?，F(xiàn)有生產(chǎn)模具鋼主要采用電弧爐冶煉、軋制成材的工藝。由于該工藝沒(méi)有很好的除硫方法，使得鋼中硫沿晶界偏聚，即使鋼中只有0.002%的硫，偏聚現(xiàn)象也很明顯。而這部分硫是最有可能直接弱化晶界的，鋼中含硫量較高時(shí)，晶界上偏聚的硫也較多，鋼的熱塑性也就較差?，F(xiàn)有模具鋼中的含硫量小于或等于0.03%為合格，顯然，這樣高的含硫量直接影響了模具鋼的熱塑性能。
另外，由于熱作模具與熱的金屬接觸，因此要求它具有高溫強(qiáng)度，耐磨性和韌性，抗熱疲勞及耐氧化性能，同時(shí)亦需要高的淬透性和較小的變形。為了滿足模具的上述要求，對(duì)鋼材性能就有特殊要求鋼材成份均勻、組織均勻、硬度均勻;鋼質(zhì)純凈、要求鋼中有害元素及非金屬夾雜物含量低;鋼致密，無(wú)氣孔、疏松、偏析等;鋼材各向同性，橫向機(jī)械性能高。
采用現(xiàn)有電弧爐冶煉、軋制成材工藝生產(chǎn)的模具鋼很難達(dá)到上述要求。
本發(fā)明的目的是為了提高模具鋼的熱塑性能，在熱作模具鋼3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1(即H13)中添加適量的稀土金屬，以改善鋼材的物理性能，從而達(dá)到提高模具使用壽命的目的。同時(shí)提供一種稀土模具鋼的冶煉方法。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)成是，使用以鈰為主的混合稀土金屬，按鋼重量的0.10～0.50%加入稀土，以鋼包壓入法在3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1(即H13)鋼中添加稀土金屬，采用中頻爐冶煉-加入稀土、電渣重熔-鍛造成材-退火-檢驗(yàn)的稀土模具鋼生產(chǎn)工藝，鋼中稀土含量控制在0.02～0.03%(重量)。
試驗(yàn)是在150公斤的中頻感應(yīng)爐按常規(guī)工藝冶煉，在鋼包中壓入配量的稀土，再進(jìn)行電渣重熔。電渣錠要及時(shí)進(jìn)行緩冷，然后鍛造成材。
加入稀土的方法是先將稱量好的稀土金屬放入一個(gè)鋼罩內(nèi)并用鋁絲捆好，鋼罩的背面有一條連桿，出鋼過(guò)程中當(dāng)鋼水流出三分之一至二分之一時(shí)，將準(zhǔn)備好的裝有稀土的鋼罩迅速壓入包底，并來(lái)回?cái)噭?dòng)幾次，促使稀土熔化和均勻分布。
鍛造溫度一般控制在1120～1160℃，開(kāi)鍛溫度在1060～1100℃為宜。
電渣重熔后的H13RE、3Cr2W8VRE，經(jīng)電子探針檢驗(yàn)，其中大部分的硫形成穩(wěn)定的、高熔點(diǎn)的稀土氧硫化物的RE2O2S，在凝固時(shí)成為結(jié)晶核心，因而這部分硫不會(huì)在晶界形成網(wǎng)狀偏析，從而改善了鋼的熱塑性。
從電鏡檢驗(yàn)結(jié)果看出，H13RE、3Cr2W8VRE鋼中有固溶狀態(tài)的稀土元素存在，這是提高鋼的熱塑性的重要因素。
另外，根據(jù)送樣到北京鋼鐵研究總院進(jìn)行金相檢驗(yàn)結(jié)果看出，稀土元素細(xì)化了鋼中的碳化物，也有利于改善鋼的熱塑性。
表1 金相檢驗(yàn)鋼中碳化物網(wǎng)狀結(jié)果
檢驗(yàn)結(jié)果表明，加稀土的模具鋼比不加稀土的模具鋼網(wǎng)狀碳化物降低0.5級(jí)。
從電鏡照片和北京鋼鐵研究總院金相檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，加稀土的比不加稀土的鋼晶粒度細(xì)，組織致密，均勻性好。
表2 金相檢驗(yàn)晶粒度結(jié)果
結(jié)果表明，加稀土的模具鋼比不加稀土的模具鋼晶粒度提高2級(jí)。
由于采用中頻爐冶煉-添加稀土、電渣重熔的冶煉工藝，使得鋼材橫向沖擊值高;延伸率高;幾乎看不到纖維狀組織;無(wú)夾渣，氣孔及偏析;疲勞極限高。3Cr2W8VRE高溫抗拉強(qiáng)度δb達(dá)到1250N/mm2，屈服強(qiáng)度δ0.2達(dá)到1140N/mm2，斷面收縮率ψ達(dá)到46.0%。H13RE高溫抗拉強(qiáng)度δb達(dá)到1500N/mm2，屈服強(qiáng)度δ0.2達(dá)到1310N/mm2，斷面收縮率ψ達(dá)到50.0%。尤為突出的是H13RE的高溫沖擊韌性平均從45.6akuj/cm2提高到71.6akuj/cm2，平均提高57.7%。
電渣重熔使鋼純凈、組織致密、成份均勻、表面光潔。
綜上所述，采用本發(fā)明生產(chǎn)的稀土模具鋼，具有鋼的組織細(xì)密，成份均勻，稀土模具鋼易鍛，明顯提高H13RE鋼的高溫沖擊韌性，提高了熱塑性。經(jīng)宜山軸承廠進(jìn)行使用壽命對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明，采用H13RE、3Cr2W8VRE稀土模具鋼制成的模具的使用壽命比常規(guī)生產(chǎn)的3Cr2W8V鋼制成的模具使用壽命提高二至三倍。在桂林有色金屬加工廠進(jìn)行了都經(jīng)過(guò)電渣重熔，鍛造成材生產(chǎn)的3Cr2W8V與3Cr2W8VRE的使用壽命對(duì)比，結(jié)果是用3Cr2W8V加工成的φ36mm穿孔針生產(chǎn)管坯120根，就出現(xiàn)拉細(xì)或開(kāi)裂;而用稀土模具鋼3Cr2W8VRE加工成φ36mm穿孔針生產(chǎn)管坯，平均在150根左右，最高達(dá)180根，使用壽命提高25%。
實(shí)施例試驗(yàn)是在150公斤的中頻感應(yīng)爐按常規(guī)工藝進(jìn)行冶煉;采取在鋼包中壓入稀土的方法添加稀土，再進(jìn)行電渣重熔，電渣錠經(jīng)緩冷然后鍛造成材，鍛造溫度在1120～1160℃，開(kāi)鍛溫度在1060～1160℃，然后退火，檢驗(yàn)，獲得合格產(chǎn)品。
進(jìn)行了不同稀土加入量對(duì)鋼性能的影響試驗(yàn)。當(dāng)稀土元素加入量小于0.10%(重量)時(shí)，鋼中稀土含量少，從檢驗(yàn)結(jié)果看，達(dá)不到凈化鋼液、改變鋼中有害元素硫的作用。當(dāng)稀土元素加入量在0.2～0.25%時(shí)，鋼中稀土含量在0.02～0.03%之間，稀土元素對(duì)鋼材的物理性能有明顯效果，提高了鋼材的熱塑性，提高了模具的使用壽命。當(dāng)稀土加入量大于0.30%或達(dá)到0.50%以上時(shí)，電渣重熔后鋼中稀土含量仍在0.02～0.03%之間，這說(shuō)明稀土元素的收得率低，大部分稀土被燒損，使得鋼材的成本提高。
權(quán)利要求
1.一種稀土模具鋼及其生產(chǎn)方法，其特征在于使用以鈰為主的混合稀土金屬，按鋼重量的0.10～0.50%加入稀土，以鋼包壓入法在3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1鋼中添加稀土金屬，采用中頻爐冶煉-加入稀土、電渣重熔-鍛造成材-退火-檢驗(yàn)的稀土模具鋼生產(chǎn)工藝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)方法，其特征在于所述鋼包壓入法添加稀土，是先將稱量好的稀土金屬，放入一個(gè)鋼罩內(nèi)并用鋁絲捆好，出鋼時(shí)當(dāng)鋼水流出三分之一至二分之一時(shí)，將準(zhǔn)備好的裝有稀土的鋼罩迅速壓入包底，并來(lái)回?cái)噭?dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)方法，其特征在于鍛造成材溫度在1120～1160℃，開(kāi)鍛溫度在1060～1100℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)方法，其特征在于進(jìn)行電渣重熔后，電渣錠要及時(shí)進(jìn)行緩冷，然后鍛造成材。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土模具鋼，其特征在于鋼中稀土含量最好是在0.02～0.03%之間。
全文摘要
一種稀土模具鋼及其生產(chǎn)方法。采用中頻爐冶煉、電渣重熔、鍛造成材、退火、檢驗(yàn)的工藝流程，在出鋼過(guò)程中當(dāng)鋼流出三分之一或二分之一時(shí)，將裝有稱量稀土的鋼罩壓入包底、攪動(dòng)，使稀土熔化并均勻。稀土加入量為鋼重量的0.10～0.50％，最好是在0.20～0.25％。稀土模具鋼易鍛，組織細(xì)密，成分均勻，具有高溫沖擊韌性好，使用壽命提高二至三倍。
文檔編號(hào)C22C38/22GK1088629SQ9211496
公開(kāi)日1994年6月29日 申請(qǐng)日期1992年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月22日
發(fā)明者蔣憲明, 黃演清, 梁德勝, 磨英堅(jiān), 李仁福, 韋美菊 申請(qǐng)人:廣西冶金研究所