[发明专利]含硼铸造模具钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于模具技术领域，具体涉及含硼铸造模具钢及其制备方法。

背景技术

模具是耐火制品生产过程必不可少的工具，在数十吨至上千吨的摩擦压砖机或液压机上工作。在工作过程中，模具受到耐火材料硬质颗粒的磨粒磨损，造成使用寿命下降，生产成本上升，并使生产效率降低，产品质量受到严重影响。近年来随着耐火材料制品向大型化高密度发展，出现了大压力的成型设备，对模具提出了更严格的要求。所以选择合适的材质，采用先进的生产工艺来制造优质的模具是模具工作者的迫切任务。多年来，我国耐火材料行业都是使用碳钢渗碳模具和部分变质铸铁模具，随着生产技术的发展逐渐暴露了这类模具的缺点。前者硬化层浅，渗碳后易变形，后者脆性大，使用中易断裂。近年来，耐火制品成型模具新材料发展迅速，高铬铸铁、硬质合金、钢结硬质合金和高合金模具钢的应用为提高模具使用寿命创造了有利条件。

中国发明专利CN87102001公开了一种耐火材料模具表面喷焊耐磨涂层的工艺，涂层材料为含WC的镍基自熔合金粉末，借助粉末喷焊枪，使粉末通过氧乙炔火焰区加热到熔化或半熔化状态，喷洒到耐火材料模具表面，再经感应加热重熔，得到1～2.5mm厚的耐磨涂层，涂层硬度为63-67HRC，与基体的结合强度大于350MPa，涂层表面光滑、平整致密。但模具的喷焊耐磨涂层使用过程中易开裂、剥落，且模具喷焊时易出现变形，影响耐火制品表面质量。中国发明专利CN1931547也公开了一种用耐磨合金复合板制备耐火砖模具，其特点是：以低碳钢为基板，在基板上采用熔焊工艺生成具有一定厚度的耐磨硬质合金层。该发明具有工艺流程简单合理，可以生产复杂形状的耐火砖模具，大幅度提高其使用寿命，降低模具成本。利用耐磨合金复合板制成的耐火砖模具，在使用过程中具有高耐磨性能，而且耐磨合金层不脱落。但用该发明制造耐火制品模具存在修磨次数少和模具喷焊时易出现变形，影响耐火制品表面质量等不足。中国发明专利CN1060878还公开了一种采用高耐磨合金材料制造的生产耐火砖的压砖模具及其制造模具的工艺方法，是通过对高铬多元合金实施合金化处理和复合变质处理，特征在于其合金材料的化学成分的选择；复合变质处理的配方及工艺；模具的热处理条件。模具可以是装配式的，模套是活动模套或加大内腔的固定模套。该发明具有高耐磨性和强韧性，使耐火砖质量得到提高，该发明模具还具有换模时间短、节约原材料及能源、使用寿命长的特点。但由于模具材料中含有较多的铬元素，还加入了镍、铜、钨等昂贵合金元素来提高模具淬透性和耐磨性，导致模具生产成本增加。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术的问题，而提供一种含硼铸造模具钢的化学成分及其制备方法。其主要特点是用电炉熔炼碳钢，并在钢中加入一定数量的铬，用于提高铸钢淬透性，还加入一定数量的硼，用于生成高硬度的硼化物，提高铸钢硬度并改善铸钢耐磨性。还加入一定数量的钛，主要是为了细化凝固组织，并改善硼化物形态和分布，还加入适量铝，有利于改善硼化物形态，提高铸钢强度和韧性。并加入稀土镁合金和氮进一步改善铸钢组织，提高铸钢性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明所提供的含硼铸造模具钢的化学成分及其重量百分比为：C：0.85～1.00％，Cr：6.0～8.0％，Si：0.6～1.0％，Mn：0.8～1.5％，B：2.2～2.8％，Al：0.25～0.50％，Ti：1.20～1.50％，N：0.08～0.15％，Mg：0.05～0.08％，RE：0.08～0.12％，S＜0.04％，P＜0.04％，余量为Fe。

本发明所提供的含硼铸造模具钢用电炉生产，具体包括如下步骤：

①将废钢、铬铁、生铁、硅铁、锰铁、铝、钛铁、硼铁、稀土镁合金和含氮铬铁，按目标产物中化学成分重量百分比C：0.85～1.00％，Cr：6.0～8.0％，Si：0.6～1.0％，Mn：0.8～1.5％，B：2.2～2.8％，Al：0.25～0.50％，Ti：1.20～1.50％，N：0.08～0.15％，Mg：0.05～0.08％，RE：0.08～0.12％，S＜0.04％，P＜0.04％，余量为Fe进行备料；

②将废钢、铬铁和生铁混合放入炉中加热熔化，钢水熔清后依次加入硅铁和锰铁；

③炉前调整成分合格后将温度升至1550～1580℃，然后加入铝脱氧和合金化，再依次加入钛铁和硼铁，然后将钢水温度升至1590～1620℃；