《一種HM1粉末鋼及其製備工藝》是北京機科國創輕量化科學研究院有限公司於2016年8月25日申請的專利，該專利申請號為2016107146836，公布號為CN106148847A，公布日為2016年11月23日，發明人是王淼輝、葛學元、劉恆三、梁金明、范斌、杜博睿、劉倩。
《一種HM1粉末鋼及其製備工藝》具體涉及一種HM1粉末鋼及其製備工藝，屬於鋼鐵材料製造領域，金屬粉末質量分數：0.32~0.42%C，0.60~0.90%Si，1.20~1.80%Mn，2.80~3.30%Cr，2.50~3.00%Mo，0.80~1.20%V，1.20~2.80%W，P≤0.030%，S≤0.030%，其顯微組織為馬氏體+碳化物，經1000~1150攝氏度熱等靜壓，經鍛造後再次加熱至700~800攝氏度保溫4~6小時，緩冷至650~750攝氏度，保溫6~10小時，緩冷至室溫，然後再次加熱至1000~1150攝氏度淬火，500~650攝氏度回火，調質處理兩次，即可獲得本發明所述的粉末鋼。該粉末鋼顯微組織均勻細緻，使用壽命顯著延長，經濟性強。
2021年6月24日，《一種HM1粉末鋼及其製備工藝》獲得第二十二屆中國專利銀獎。
基本介紹
- 中文名：一種HM1粉末鋼及其製備工藝
- 公布號：CN106148847A
- 申請人：北京機科國創輕量化科學研究院有限公司
- 發明人：王淼輝、葛學元、劉恆三、梁金明、范斌、杜博睿、劉倩
- 申請號：2016107146836
- 申請日：2016年8月25日
- 公布日：2016年11月23日
- 地址：北京市海淀區學清路18號
- Int. Cl.：C22C38/18(2006.01)I; C22C38/12(2006.01)I; C22C38/04(2006.01)I; C22C38/02(2006.01)I
- Int. Cl.續：C22C33/02(2006.01)I; C21D1/18(2006.01)I; C21D8/00(2006.01)I; C21D1/26(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,技術方案,技術優點,技術領域,權利要求,實施方式,操作內容,實施案例,專利榮譽,
專利背景
HM1模具鋼具有良好的抗熱疲憊性能、抗回火穩定性能和良好的冶煉、鍛造、熱處理及機械加工工藝性能，是高強韌性熱作模具新鋼種。適用於高溫、高負荷、急熱急冷條件下的壓力機鍛模、軸承熱鍛凹模、成型滾鍛模、高強度和高熱強鋼的精密鍛造、鋁和銅合金壓鑄模、熱擠壓摸具等，在高溫性能方面明顯優於H13鋼。從模具經濟性方面考慮，使用粉末冶金（PM）模具鋼大大降低了單件成本。儘管模具初始成本較高，但是延長模具壽命，減少停工時間，同樣讓使用者獲益。從冶金學觀點來看，根據特殊方法冶煉推出的粉末冶金模具鋼比常規工具鋼的壽命長。粉末冶金模具鋼碳化物細小且分布均勻，形成的碳化物越硬，尺寸越小，分布越均勻，就越能提高模具壽命。粉末鋼製備過程中，金屬粉末的成分和性能對於粉末鋼的性能影響最為顯著。
發明內容
技術方案
《一種HM1粉末鋼及其製備工藝》鋼含有的C、Si、Mn、Cr、Mo、W、V、P、S元素，其顯微組織為馬氏體+碳化物。
《一種HM1粉末鋼及其製備工藝》提供一種HM1粉末鋼的製備工藝及其金屬粉末，粉末粒度50-100微米，其各元素的質量分數為：0.32－0.42%C，0.60－0.90%Si，1.20－1.80%Mn，2.80－3.30%Cr，2.50－3.00%Mo，0.80－1.20%V，1.20－2.80%W，P≤0.030%，S≤0.030%，餘量為Fe和不可避免的雜質。
其中，W優選2.4-2.8%。
W熔點高，比重大，W與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性，可顯著提高紅硬性和熱強性，W在鋼中除形成碳化物外，部分地溶入鐵中形成固溶體。其作用與鉬相似，按質量分數計算，一般效果不如鉬顯著。W在鋼中的主要用途是增加回火穩定性、紅硬性、熱強性以及由於形成碳化物而增加的耐磨性。W形成難熔碳化物，在較高溫度回火時，能延緩碳化物的聚集過程，保持較高的高溫強度。W還可以降低鋼的過熱敏感性、增加淬透性。所以，優選W含量，對獲得優良的高溫性能具有重要意義。
《一種HM1粉末鋼及其製備工藝》提供一種HM1粉末鋼的製備方法為：熱等靜壓溫度1000-1150攝氏度，壓力100-160兆帕，保溫2小時，以0.01－0.15攝氏度/秒的速率冷卻到700-800攝氏度，保溫1-4小時，緩冷至室溫。
其中：熱等靜壓溫度優選1040攝氏度，緩冷冷卻速度優選0.01攝氏度/秒。
相比傳統熔鑄，熱等靜壓工藝會獲得更為均勻細緻的顯微組織。熱等靜壓溫度與壓力的配合對樣品的顯微組織有著至關重要的作用，為獲得性能優異的產品，微觀組織需要最大程度的均勻緻密，組織缺陷降到最低。若溫度偏低，壓力偏小，使合金粉末彌合度降低，會導致大量的組織缺陷，從而嚴重影響機械性能；若溫度偏高，壓力偏大，則會導致顯微組織過分長大，粗化的微觀組織力學性能較差，不能夠達到性能的要求。
加熱至1180攝氏度，保溫1小時，1125攝氏度開始鍛造，終鍛溫度900攝氏度以上。
加熱至700-800攝氏度，保溫2-6小時，緩冷至650-750攝氏度，保溫4-10小時，緩冷至室溫。其中：第一次退火保溫時間優選6小時，第二次退火保溫時間優選10小時。
加熱至1000-1150攝氏度，保溫1小時，油介質淬火，回火加熱500-650攝氏度，保溫2小時，空冷至室溫，二次回火加熱500-650攝氏度，保溫2小時，空冷至室溫。其中：回火及二次回火溫度優選620攝氏度。
技術優點
《一種HM1粉末鋼及其製備工藝》的優點在於：
1.顯微組織均勻細緻，克服了現有技術中各種組織缺陷的形成，例如現有技術中沒有尺寸如此細小的析出相。當具備上述條件時，鋼的綜合性能優異。
2.使用壽命顯著延長，維護費用低，性能優異，經濟性強。
技術領域
《一種HM1粉末鋼及其製備工藝》屬於鋼鐵材料製造領域，具體涉及一種HM1粉末鋼及其製備工藝。
權利要求
1.一種HM1粉末鋼，其特徵在於各元素的質量分數為：0.32~0.42%C，0.60~0.90%Si，1.20~1.80%Mn，2.80~3.30%Cr，2.50~3.00%Mo，0.80~1.20%V，2.49~2.80%W，P≤0.030%，S≤0.030%，餘量為Fe和不可避免的雜質；其中，所述HM1粉末鋼由以下方法製備：加熱至1180攝氏度，保溫1小時，1125攝氏度開始鍛造，終鍛溫度900攝氏度以上；加熱至700~800攝氏度，保溫2~6小時，緩冷至650~750攝氏度，保溫4~10小時，緩冷至室溫；加熱至1000~1150攝氏度，保溫1小時，油介質淬火，回火加熱500~650攝氏度，保溫2小時，空冷至室溫，二次回火加熱500~650攝氏度，保溫2小時，空冷至室溫。
2.根據權利要求1所述的HM1粉末鋼，其特徵在於：粉末粒度50~100微米。
3.根據權利要求1所述的HM1粉末鋼，其特徵在於：該鋼由馬氏體加碳化物組成。
4.如權利要求1~3所述的HM1粉末鋼的製備方法，其特徵在於，該方法為：加熱至1180攝氏度，保溫1小時，1125攝氏度開始鍛造，終鍛溫度900攝氏度以上；加熱至700~800攝氏度，保溫2~6小時，緩冷至650~750攝氏度，保溫4~10小時，緩冷至室溫；加熱至1000~1150攝氏度，保溫1小時，油介質淬火，回火加熱500~650攝氏度，保溫2小時，空冷至室溫，二次回火加熱500~650攝氏度，保溫2小時，空冷至室溫。
5.如權利要求4所述的製備方法，其特徵在於：其中：熱等靜壓溫度為1040攝氏度，緩冷冷卻速度為0.01攝氏度/秒。
6.如權利要求4所述的製備方法，其特徵在於：第一次退火保溫時間為6小時，第二次退火保溫時間為10小時。
7.如權利要求4所述的製備方法，其特徵在於回火及二次回火溫度為620攝氏度。
實施方式
操作內容
《一種HM1粉末鋼及其製備工藝》實施例中粉末鋼的化學成分如表1所示，粉末鋼的製備工藝如表2所示，粉末鋼及對比鋼的抗拉強度性能如表3所示，粉末鋼及對比鋼的衝擊韌性性能如表4所示。
鋼種 | C | Si | Mn | Cr | Mo | V | W | S、P |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
該發明鋼1# | 0.35 | 0.85 | 0.62 | 3.21 | 2.77 | 1.10 | 2.66 | ≤0.03 |
該發明鋼2# | 0.38 | 0.75 | 0.52 | 3.11 | 2.64 | 1.01 | 2.49 | ≤0.03 |
對比鋼-HM1 | 0.36 | 0.81 | 0.58 | 3.15 | 2.76 | 1.06 | 1.56 | ≤0.03 |
表1為《一種HM1粉末鋼及其製備工藝》鋼實施例與對比鋼的化學成分（質量百分比）。
實施例 | 熱加工工藝 | 熱等靜壓溫度（攝氏度） | 始鍛溫度（攝氏度） | 終鍛溫度（攝氏度） | 淬火溫度（攝氏度） | 回火溫度（攝氏度） |
|---|---|---|---|---|---|---|
實施例1 | 熱等靜壓 | 1040 | 1125 | 940 | 1060 | 620 |
實施例2 | 熱等靜壓 | 1050 | 1125 | 950 | 1080 | 640 |
對比鋼-HM1 | 傳統方式 | / | 1125 | 950 | 1060 | 620 |
表2為《一種HM1粉末鋼及其製備工藝》鋼實施例與對比鋼的製備工藝。
鋼種 | 不同溫度下的抗拉強度（兆帕） | ||||
室溫 | 600 | 620 | 660 | 700 | |
該發明鋼1# | 1637 | 1055 | 901 | 801 | 534 |
該發明鋼2# | 1625 | 1077 | 897 | 802 | 511 |
對比鋼-HM1 | 1588 | 922 | 853 | 754 | 455 |
表3為《一種HM1粉末鋼及其製備工藝》鋼實施例與對比鋼的抗拉強度對比。
鋼種 | 不同溫度下的衝擊功（%） | ||||
室溫 | 600 | 620 | 660 | 700 | |
該發明鋼1# | 39 | 62 | 73 | 65 | 91 |
該發明鋼2# | 38 | 65 | 71 | 66 | 96 |
對比鋼-HM1 | 33 | 58 | 61 | 55 | 80 |
表4為《一種HM1粉末鋼及其製備工藝》鋼實施例與對比鋼的衝擊功對比。
實施案例
- 實施例1
熱等靜壓溫度1020攝氏度，壓力120兆帕，保溫3小時，以0.02攝氏度/秒的速率冷卻到760攝氏度，保溫4小時，緩冷至室溫。
加熱至1150攝氏度，保溫1小時，1100攝氏度開始鍛造，終鍛溫度920攝氏度。
加熱至780攝氏度，保溫4小時，緩冷至740攝氏度，保溫6小時，緩冷至室溫。
加熱至1050攝氏度，保溫1小時，油介質淬火，回火加熱620攝氏度，保溫2小時，空冷至室溫，二次回火加熱620攝氏度，保溫2小時，空冷至室溫。
目標產物中各元素的質量分數如表1中實施例1所示。按表2發明鋼1所示工藝製備本發明鋼。發明鋼1的抗拉強度性能如表3所示，發明鋼1的衝擊韌性性能如表4所示。
- 實施例2
熱等靜壓溫度1020攝氏度，壓力120兆帕，保溫3小時，以0.02攝氏度/秒的速率冷卻到760攝氏度，保溫4小時，緩冷至室溫。
加熱至1150攝氏度，保溫1小時，1100攝氏度開始鍛造，終鍛溫度920攝氏度。
加熱至780攝氏度，保溫4小時，緩冷至740攝氏度，保溫6小時，緩冷至室溫。
加熱至1050攝氏度，保溫1小時，油介質淬火，回火加熱620攝氏度，保溫2小時，空冷至室溫，二次回火加熱620攝氏度，保溫2小時，空冷至室溫。
目標產物中各元素的質量分數如表1中實施例2所示。按表2發明鋼2所示工藝製備本發明鋼。發明鋼2的抗拉強度性能如表3所示，發明鋼2的衝擊韌性性能如表4所示。
- 對比鋼3
對鋼鋼採取傳統熔鑄工藝獲得。
對比鋼中各元素的質量分數如表1所示。按表2所示工藝製備對比鋼。對比鋼的抗拉強度性能如表3所示，對比鋼的衝擊韌性性能如表4所示。
專利榮譽
2021年6月24日，《一種HM1粉末鋼及其製備工藝》獲得第二十二屆中國專利銀獎。
