[发明专利]Ti－B－RE复合微合金化高强韧折弯模具钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金及材料制备技术领域，具体涉及一种Ti－B－RE复合微合金化高强韧折弯模具钢及其制备方法。

背景技术

42CrMo钢具有较高的强度和韧性，无明显的回火脆性。因此，其不但是一些重要轴和连接件的使用用钢，而且还广泛用于大、中型塑料模具和折弯模具的制造。折弯模具不但要求材料具有高强度、硬度，而且要求材料具有良好的韧性以提高模具的抗冲击能力和使用寿命。在合金钢中加入微量的B可以提高材料的淬透性并改善材料的力学性能。当淬、回火处理后，钢中的硼在晶界替代P、S的析出，可以减轻P、S的有害影响，有利于改善冲击性能。近年来，对低碳钢进行Nb、V和Ti的微合金化技术得到迅速发展和广泛应用。这些微合金元素与碳、氮、硫等交互作用能产生细晶强化、析出物弥散强化以及夹杂物改性等，从而改善钢的强韧性。目前铌铁、钒铁的市场价格比Ti铁贵10倍以上。我国钛资源非常丰富，采用Ti微合金化具有低的生产成本。然而，Ti微合金化中碳以及中碳合金钢的研究很少见于报道。对于中碳以及中碳合金钢，钛的碳化、氮化或碳氮化物对热处理加热时的奥氏体长大，冷却及回火过程中的析出强化都有重要作用。在中碳合金钢中加入适量的Ti还可以起到降低其他如Mo、V、Ni、Co等贵重金属的用量，从而降低钢材的使用成本。

本发明利用钢铁生产企业的生产废钢，首先采用Ti、B微合金42CrMo钢用以制造折弯模具。较42CrMo钢，Ti、B微合金折弯模具钢的强硬度得到较大提高，塑韧性有所改善。为了进一步提高模具使用寿命，韧性有待进一步提高。由于在微合金钢中降低了贵重合金Mo的含量，该模具钢还具有十分突出的性价比，这为进一步合金化提供了有利条件。

稀土主要通过以下几个方面的作用来改善钢的性能：(1) 稀土对钢中夹杂物的变质作用，使钢中长条状硫化物和不规则状氧化物夹杂转变为细小的圆形或椭圆形稀土硫化物和稀土硫氧化物；(2) 稀土改善凝固组织，扩大等轴晶区并细化晶粒；(3) 稀土减小一些溶质元素的枝晶偏析；(4) 稀土富集在晶界有助于净化晶界、减少杂质元素的偏聚；稀土还可以改善B在晶界的非平衡偏聚，突出合金B和稀土在晶界平衡偏聚的综合作用。我国是稀土生产和应用大国，采用稀土微合金化可以改善钢的性能并开发具有自主知识产权的新钢种。

为了进一步提高Ti、B微合金42CrMo折弯模具钢的冲击韧性和使用寿命，本发明提供了一种Ti－B－RE（混合稀土）微合金化高强韧折弯模具钢及其生产方法。本发明采用钢厂废钢作为炼钢原料，其含有的杂质元素S、P含量低；通过感应炉直接熔炼代替一般稀土钢的真空熔炼或粗炼加精炼的工艺。因此，该方法具有工艺简单、易操作、生产成本低的特点。开发的Ti－B－RE复合微合金化折弯模具钢的强度和冲击韧性较42CrMo分别提高15%和70%以上，使用寿命大幅提高。该方法特别适合有一定生产废钢量的企业生产高性能42CrMo钢。由于42CrMo钢的应用范围十分广阔，因此，该钢种具有良好的应用前景。

发明内容

针对现有42CrMo折弯模具钢和生产技术问题，本发明提供一种Ti－B－RE（混合稀土）微合金化高强韧折弯模具钢及其制备方法。

本发明所提供的一种Ti－B－RE微合金化高强韧折弯模具钢的成分及其质量百分比如下：

C：0.38~0.45，Si：0.17~0.37，Mn：0.50~0.80，Al：0.015~0.030，Cr：0.90~1.20，Mo：0.12~0.18，Ti：0.03~0.09，B：0.002~0.004，RE：0.02~0.05，P：≤0.02，S：≤0.01，余量为Fe。

本发明所提供的一种Ti－B－RE微合金化高强韧折弯模具钢的制备方法具体步骤如下： 

(1) 采用钢铁企业的废钢为原料，将废钢原料进行除锈处理后，根据废钢的成分选取一定量的废钢和铁合金在中频感应炉中进行熔炼，送电熔化制成钢水后取样，造渣还原造白渣，白渣保持时间大于20分钟；

(2)先向步骤（1）制成的钢水中加入铝粒后搅拌2分钟进行脱氧，其次加入钛铁后搅拌2分钟进行合金化和固氮，然后加入硼铁后搅拌2分钟，最后加入混合稀土包芯线后搅拌2分钟，所述混合稀土包芯线中的混合稀土为富铈混合稀土，其中混合稀土RE在混合稀土包芯线中的质量含量≥98%，铈Ce在混合稀土包芯线中的质量含量≥45%，将合金化处理后的钢水浇注成方锭，得到Ti－B－RE微合金化高强韧折弯模具钢。

本发明的有益效果是：