[发明专利]铬钼钒系热作工模具钢及其热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种铬钼钒系热作工模具钢及其热处理工艺，该工模钢不仅降低了合金成本（相对于H13系钢），而且具有高的热稳定性和有良好的韧性和热疲劳性能，属合金钢制造工艺技术领域。

背景技术

工模具钢通常可以分为热作、冷作和塑料工模具钢三大类产品。热作工模具钢主要用于制造铝合金压铸模和铜锌压铸模等，是目前使用最广和消耗最大的工模具钢之一，它的工况条件复杂，在工作时需长时间与加热的坯料甚至液态金属相接触，当炽热的金属放入热作模具型腔时，型腔表面急剧升温，表层产生压应力和压应变；当金属件取出时，型腔表面由于急剧降温而受到拉应力和拉应变作用，极易产生热疲劳等，并且热作模具钢在服役过程中，还要受到较大冲击载荷。因此要求工模具材料具有高的热强度、高温硬度、冲击韧性、淬透性和好的热稳定性和抗冷热疲劳性能等。我国目前广泛应用的热作工模具钢包括钨系3Cr2W8V、铬系H13以及应用于热锻模的5CrNiMo、5CrMnMo等。钨系的3Cr2W8V虽然具有较高的回火抗力和高的热强性，但其塑韧性、导热性以其热疲劳性能较差；H13钢是现在使用最广泛的热作模具钢，但是它的高温强度不是很高，一般使用温度不能超过540℃；5CrNiMo和5CrMnMo的热强性较低，容易造成模具工作部分的塌陷。我国目前使用的热挤压模具钢采用的是国家标准GB/T1299-2000中钢号为4Cr5MoSiV1。这种热挤压模具钢的化学成分采用C 0.32-0.45wt%、Cr 4.75-5.50wt%、Mo 1.20-1.75 wt%、V 0.80-1.20 wt%、Si 0.80-1.2wt%、Mn 0.20-0.5wt%、P≤0.03wt%、S≤0.03wt%。由于这种热挤压模具钢的化学成份含有较高的钼、铬和钒元素及一定量的碳元素，属于过共析钢，因此其材料电渣锭的偏析严重，成材后的组织中存在大量的大块液析碳化物，使得材料的韧性不足，容易出现早期开裂失效。由于这种材料含有大量的二次硬化元素，其回火态二次碳化物容易在服役条件下长大粗化和发生类型转变，而且回火马氏体中的合金元素也容易析出而降低钢的强度，从而降低钢的高温性能。这种钢的性能指标为：经1030℃淬火+590－610℃回火后洛氏硬度值为44－46HRC，冲击韧性值（“V”型缺口）Ak为≥8J，这些在淬火加回火状态下的硬度值和冲击韧性值等性能指标是热挤压模用钢的关键技术指标，是衡量热挤压模用钢质量好坏的主要技术参数指标。另外，抗回火软化能力和热疲劳抗力是热作模具钢的重要性能指标。

上述热作模具钢的冶金制造工艺是采用电炉熔炼加电渣重熔，然后锻造成材的工艺。在其制造工序中，电炉熔炼加电渣重熔工序完成之后获得500Kg－3000Kg的电渣锭，径锻机锻造成材。这种制造工艺存在如下问题：1）电渣锭型较小，小锭型降低了产品的成材率和制造产能；2）电渣锭的原始组织存在大量的大颗粒或大块状液析碳化物和组织偏析，降低了钢锭锻造成材后的性能指标；3）锻后材料晶粒粗大，导致淬回火后材料的冲击韧性低，产品档次低，无法满足市场对高韧性热作模具钢的需要。

在目前国内外可持续、经济型的发展模式下，本发明从经济的角度出发打破传统的低硅高钼铬的研究方向，采用经济的硅、锰作为主要的合金化元素，充分利用硅、锰合金元素的固溶强化和对碳化物回火稳定性等作用，而尽量降低铬、钼和钒等贵合金元素的含量，从而开发了具有高热稳定性、良好冲击韧性和热疲劳性能的低成本热作模具钢。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本铬 钼钒系热作工模具钢及其热处理工艺。

本发明热作工模具钢的特征在于具有以下的成分及重量百分比：

C          0.3～0.4%，                     Si                  0.6～1.2%，

Mn        0.6～1.2%，                     Cr                 3.5～4.5%，

Mo        0.8～1.2%，                     V                  0.4～0.8%，

P       ＜0.02%，                  S               ＜0.02%

Fe         余量。

上述低成本铬钼钒系热作工模具钢的热处理工艺，该工艺具有以下的工艺步骤：