一种高抗氧化抗热疲劳模具钢制备方法

本发明涉及高性能模具钢，具体涉及一种保高抗氧化抗热疲劳模具钢制备方法。

背景技术：

1、模具钢在现代制造业中扮演着至关重要的角色，经常用于铝、镁等轻质合金的制造与生产过程中，如压铸模具、挤压模具等。然而，在加工过程中模具钢表面经常遭受冷热交替的服役环境，易产生氧化侵蚀区。在氧化区内优先萌生热疲劳裂纹，而已萌生的热疲劳微裂纹又可以做为氧气接触基体的通道，促进基体的氧化，推动热疲劳裂纹进一步扩展，从而加速模具钢失效，严重影响模具的使用寿命和性能，直接造成工业损失。并且工业领域对模具材料在高温、冷热交替等极端环境下的服役寿命要求不断增加。因此，研发一种高抗氧化抗热疲劳新型热作模具钢变得尤为关键，这将为现代制造业提供更可靠和高服役寿命的模具材料。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种保高抗氧化抗热疲劳模具钢制备方法，具有高的高温强度和高的临界温度，因而具有高的抗热疲劳性能，同时由于含有较多铬元素，耐腐蚀和抗氧化性能也比现有热作模具钢大大提高。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、本发明提供一种高抗氧化抗热疲劳模具钢制备方法，包括如下步骤：

4、步骤一、在电爆炸反应装置中，将ti-v丝材合金放置于氮气气氛中，合金经过气雾化并与氮气反应，生成微纳米氮化钛和氮化钒颗粒，得到了混合纳米颗粒；

5、步骤二、使用fe-cr合金粉与上述混合纳米颗粒均匀混合成第二种混合颗粒，再经铁箔包覆后，制备成混合颗粒线材；

6、步骤三、将特定化学成分的模具钢在熔炼炉中熔化成钢水，随后在lf炉精炼炉中进行电弧和吹氩气精炼，在精炼的过程中，将上述混合颗粒线材加入至熔融的钢液中，随后进入rh精炼炉中(钢液真空循环)进行脱气精炼，随后浇铸成钢锭；

7、步骤四、浇铸的钢锭进行电渣重熔处理进一步去除其中的杂质和氧化物，利用真空自耗炉对钢锭进行进一步的净化处理，对得到的钢坯进行高温扩散、锻造和热处理过程，最终得到高抗氧化抗热疲劳模具钢。

8、作为本发明的进一步改进，在上述步骤一中，制备混合纳米颗粒，包括如下步骤：

9、步骤1、ti-v丝材合金在电爆炸反应装置中，与氮气保护气发生化学反应，生成微纳米氮化钛和氮化钒颗粒，得到了第一混合纳米颗粒，其中ti-v丝材合金成分为ti：0.65-0.95wt.％，v：0.05-0.35wt.％；直径范围为3.0-4.5毫米；反应气氛为氮气，纯度为99.9-99.999vol.％；反应装置的高频电压为200-2000v，电流为25-65a；

10、步骤2、所述混合粉体中，氮化钛和氮化钒含量质量分数为15-35wt.％，余量为用fe-cr合金粉，即为所述第二混合颗粒；

11、步骤3、模具钢的化学成分范围：c:0.21-0.29wt.％；si:0.05-0.15wt.％；mn:0.20-0.40wt.％；p:≤0.010wt.％；s≤0.002wt.％；cr:8.5-10.5wt.％；v:0.4-0.6wt.％；mo:2.5-3.5wt.％；n：0.04-0.06wt.％；h≤0.0005wt.％；o≤0.0008wt.％；

12、步骤4、先进行真空电渣重熔，然后进行真空自耗炉进行重熔处理，之后进行高温扩散，之后出热处理炉子后直接进行锻造，锻造起始温度是1200℃，终锻温度大于1100℃，然后进行喷雾水冷处理，制得混合纳米颗粒。

13、作为本发明的进一步改进，在所述步骤二中，其中fe-cr粉的质量分数比为9：1，fe粉的粒径为50-350微米，cr的粒径为50-250微米。

14、作为本发明的进一步改进，在所述步骤二中，将所述混合纳米颗粒与fe-cr粉在混料机中均匀混合，混料机转速为10-60r/min，混合时间为4-10h。

15、作为本发明的进一步改进，在上述步骤三中，lf炉精炼炉中进行电弧和吹氩气精炼20-40min，在精炼的第5min，将上述混合颗粒线材加入至熔融的钢液中，随后进入rh精炼炉中进行脱气精炼30-60min，随后浇铸成钢锭。

16、作为本发明的进一步改进，在上述步骤三中，微纳米氮化钛和氮化钒颗粒的加入量占钢液的质量百分比是0.005-0.1wt.％。

17、作为本发明的进一步改进，在上述步骤四中，电渣重熔炉的电弧功率设置在120-150kw范围内，电流密度为6-8a/mm2，熔炼时间为1-2h，选择氩气作为惰性气体保护气。

18、作为本发明的进一步改进，在上述步骤四中，利用真空自耗电弧炉进行模具钢净化时，真空度维持在1×10-3至1×10-5pa的范围内，电弧功率设置为100-150kw，电流密度为6-8a/mm2，同时采用氩气作为保护气体，精炼时间为15min至1h。

19、作为本发明的进一步改进，在上述步骤四中，电渣锭高温扩散温度是1280-1300℃，高温扩散时间15-25h，出炉后，电渣锭温度降低1200℃，随后进行锻造，锻造比10-15，锻造后水雾冷却。

20、作为本发明的进一步改进，在上述步骤四中，锻造后退火温度为400-600℃保温2-4h，奥氏体化温度范围为1040-1080℃，保温2-3h，油淬后，进行500-650℃，高温回火6-8h。

21、本发明具有如下有益效果：本发明制得的模具钢具有高的高温强度和高的临界温度，因而具有高的抗热疲劳性能，同时由于含有较多铬元素，耐腐蚀和抗氧化性能也比现有热作模具钢大大提高。

技术特征：

1.一种高抗氧化抗热疲劳模具钢制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高抗氧化抗热疲劳模具钢制备方法，其特征在于，在上述步骤一中，制备混合纳米颗粒，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种高抗氧化抗热疲劳模具钢制备方法，其特征在于，在所述步骤二中，其中fe-cr粉的质量分数比为9：1，fe粉的粒径为50-350微米，cr的粒径为50-250微米。

4.根据权利要求3所述的一种高抗氧化抗热疲劳模具钢制备方法，其特征在于，在所述步骤二中，将所述混合纳米颗粒与fe-cr粉在混料机中均匀混合，混料机转速为10-60r/min，混合时间为4-10h。

5.根据权利要求4所述的一种高抗氧化抗热疲劳模具钢制备方法，其特征在于，在上述步骤三中，lf炉精炼炉中进行电弧和吹氩气精炼20-40min，在精炼的第5min，将上述混合颗粒线材加入至熔融的钢液中，随后进入rh精炼炉中进行脱气精炼30-60min，随后浇铸成钢锭。

6.根据权利要求5所述的一种高抗氧化抗热疲劳模具钢制备方法，其特征在于，在上述步骤三中，微纳米氮化钛和氮化钒颗粒的加入量占钢液的质量百分比是0.005wt.％-0.1wt.％。

7.根据权利要求6所述的一种高抗氧化抗热疲劳模具钢制备方法，其特征在于，在上述步骤四中，电渣重熔炉的电弧功率设置在120-150kw范围内，电流密度为6-8a/mm2，熔炼时间为1-2h，选择氩气作为惰性气体保护气。

8.根据权利要求7所述的一种高抗氧化抗热疲劳模具钢制备方法，其特征在于，在上述步骤四中，利用真空自耗电弧炉进行模具钢净化时，真空度维持在1×10-3至1×10-5pa的范围内，电弧功率设置为100-150kw，电流密度为6-8a/mm2，同时采用氩气作为保护气体，精炼时间为15min至1h。

9.根据权利要求8所述的一种高抗氧化、抗热疲劳模具钢制备方法，其特征在于，在上述步骤四中，电渣锭高温扩散温度是1280-1300℃，高温扩散时间15-25h，出炉后，电渣锭温度降低1200℃，随后进行锻造，锻造比10-15，锻造后水雾冷却。

10.根据权利要求9所述的一种高抗氧化、抗热疲劳模具钢制备方法，其特征在于，在上述步骤四中，锻造后退火温度为400-600℃保温2-4h，奥氏体化温度范围为1040-1080℃，保温2-3h，油淬后，进行500-650℃，高温回火6-8h。

技术总结
本发明提出了一种高抗氧化抗热疲劳模具钢制备方法，属于高性能模具钢技术领域。将Ti‑V丝材合金经过气雾化并与氮气反应，生成微纳米氮化钛和氮化钒颗粒，得到了混合纳米颗粒；使用Fe‑Cr合金粉与上述混合纳米颗粒均匀混合成第二种混合颗粒，经铁箔包覆后，制备成混合颗粒线材；将模具钢在熔炼炉中熔化成钢水，随后在LF炉精炼炉中进行电弧和吹氩气精炼，在精炼的过程中，将上述混合颗粒线材加入至熔融的钢液中，随后进行脱气精炼，随后浇铸成钢锭，浇铸的钢锭进行电渣重熔处理进一步去除其中的杂质和氧化物，净化处理，高温扩散、锻造和热处理过程，得到高抗氧化抗热疲劳模具钢。具有高的抗热疲劳性能和抗氧化性能。

技术研发人员：邱丰,李传德,董柏欣,常芳,姜启川
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23