[发明专利]一种具有良好热强性及高韧性的热作模具钢

说明书

技术领域

本发明涉及冶金行业模具钢产品，尤其是指一种具有良好热强性及高韧性的热作模具钢。

背景技术

随着工业技术的迅速发展，国内外制造业广泛采用精密冲压、压力铸造、冷挤压、热挤压等无切削、少切削工艺，模具已成为其主要的成形工具，并形成了热作模具钢、冷作模具钢、塑料模具钢三大系列模具用钢。

热作模具钢主要用于制造加热到再结晶温度以上的金属或液态金属压制成型的模具，如锤锻模、机锻模、热挤压模和压铸模等。目前热作模具钢已发展为系列钢种，如用于锻模的5CrMnMo、5CrNiMo；用于热挤压模和压铸模的4Cr5MoSiV1等。

热作模具钢一般性能要求如下：

强度和韧性：模具在工作期间承受的较大的负荷往往由于材料的强度和韧性不足而产生型腔边缘或局部塌陷、崩刃和断裂等早期时效现象，因此要求模具钢经热处理之后具有高的强度和好的韧性。

疲劳性能：模具服役期间承受的负荷是重复循环的，如冷作模具承受的机械冲击和热作模具承受的热冲击，因此模具钢的抗应力疲劳及抗热疲劳性能的优劣决定了模具的使用寿命，为了获得模具的长寿命，要求模具钢应具有良好的抗疲劳性能。

加工性：这里的加工性包括两方面，一是材料的切削性能，二是材料的热加工性能。模具钢的生产一般均采用热加工成形技术，因此要求模具钢应具有较好的热加工成形性能，保证热加工过程的顺利进行。另外模具的形状很复杂，加工难度较大，良好的切削加工性能可保证模具加工的尺寸精度。

淬硬性和淬透性：对于大截面模具而言，高的淬透性可保证整个截面硬度均匀，提高模具的使用性能。

在上述性能要求当中，高强度和高韧性对提高热作模具钢使用寿命最为有利。

以4Cr5MoSiV1为代表的中合金铬系热作模具钢得到了广泛应用。其化学成份为：C 0.32～0.45％、Si 0.80～1.20％、Mn 0.20～0.50％、Cr 4.75～5.50％、Mo 1.10～1.75％、V 0.80～1.20％、Fe余量。中合金热作模具钢以Cr5系列为主，此类钢Cr含量较低合金热作模具钢有很大的提高，另外加入一定量的Si、Mo、V等合金元素，回火时又能析出一定量的M2C和MC型弥散碳化物，增加二次硬化效果，具有一定的热强性及热稳定性。适合在600℃以下工况服役。

热作模具钢的使用寿命取决于材料的强韧性，具有高强度和高韧性的材料，模具的使用寿命越高。然而4Cr5MoSiV1因热强性不足，600℃回火保温20小时后的硬度仅为HRC36，横向无缺口冲击韧性仅为180J，用于铝合金压铸模具的使用寿命仅为6万次左右。

为了进一步提高热作模具钢使用寿命。国内外冶金工作者相继开发出热作模具钢4Cr5MoSiV1的改进型钢种，如中国专利CN85100822A热作模具钢，其成份为C 0.30～0.50％、Si 0.20～1.00％、Cr 2.00～4.00％、Mn0.20～1.00％、V 0.80～2.00％、Mo 1.50～3.50％、Ni＜2.00％、Co＜4.00％、Nb＜0.30％、B＜0.01％。该发明钢种虽然有较高的高温强度，但未提及韧性指标。钢中添加合金元素Co，除了提高钢的高温强度之外，却降低了材料的热加工性能，锻造变形温度范围窄，锻造终锻温度高，在950℃以上；添加Co元素增加了材料的脆性，降低韧性；Co的加入还导致淬透性降低。同时由于合金元素Co价格昂贵，导致该发明模具钢成本升高，不利于市场推广，难于让市场接受。该发明钢种的Mo含量下限较低，仅为1.50％，低于H13中Mo含量上限，对提高热稳定性能作用不大。

发明内容

本发明的目的在于开发一种具有良好热强性及高韧性的热作模具钢，具有高的高温强度同时又具有高韧性的热作模具钢，提高热作模具钢的使用寿命。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

一种具有良好热强性及高韧性的热作模具钢，其化学成分质量百分比为：

C       0.28～0.35

Si      0.20～0.50

Mn      0.20～0.80

Cr      4.50～5.50

Mo      2.00～2.80

V       0.4～0.80

P       ≤0.025

S       ≤0.025

Nb      0.05～0.20

N       0.01～0.03

余量为Fe和不可避免杂质元素。