[发明专利]一种长使用寿命无缝钢管增厚模具材质及其热处理工艺

说明书

一种长使用寿命无缝钢管增厚模具材质及其热处理工艺，其化学成分重量百分比为：C 0.4～0.6％，Si 0.8～1.2％，Mn 0.6～1.2％，Cr 2.5～3.5％，Mo 1.8～3.5％，V 1.2～3.0％，W 0.8～2.0％，Nb 0.35～0.6％，其余为Fe及不可避免杂质；且需满足：C＝0.03Mn+0.015Cr+0.16V+0.2Nb；(V+Mo+W/2)＝3.4～5.7wt.％。本发明在4Cr5MoSiV1材质基础上，通过综合调整成分配比，并设计合理热处理工艺，开发可满足抗热裂纹性能等力学性能要求的增厚模具，以避免增厚模的异常断裂失效，延长其使用寿命。

技术领域

本发明涉及模具技术，特别涉及一种长使用寿命无缝钢管增厚模具材质及其热处理工艺。

背景技术

热作模具钢H13是美国牌号的中碳中合金模具钢，我国4Cr5MoSiV1牌号的模具钢成分与H13相当，常用来作为H13的国产化替代材质。

目前，无缝钢管增厚模具采用4Cr5MoSiV1牌号的材质；该材质的增厚模在轧制低合金无缝钢时，可以满足轧制要求。

但近年来，无缝钢管产品需求体现了更多、更个性化、需求更新越来越快的趋势，除轧制油井管、锅炉管、管线管、结构管等普通无缝管外，13Cr、镍基合金油井管、9Cr系列锅炉石化管等高合金含量、高强度无缝管的数量逐年增加；与普通无缝管相比，轧制高合金含量无缝管时，轧制温度升高、轧制压力增大，因此，增厚模具常出现内壁微变形、抗热裂纹性能不足，沿热裂纹断裂的现象，导致增厚模在使用中期即发生失效，严重降低了增厚模的使用寿命。

要提高模具的使用寿命，需首先改善该模具的抗热裂性能。影响增厚模具抗热裂性能的因素有很多，模具材料的成分、组织，及硬度、强度和韧性的综合配置等。因此，如何针对无缝产线轧制高合金含量、高强度无缝管时的工况条件和工艺要求，通过设计合理的材质和热处理工艺，开发可满足抗热裂纹性能等要求的增厚模具，是亟待解决的一个问题。

根据国标GB/T 1299-2000，4Cr5MoSiV1材质的成分范围为0.32-045C、0.8-1.2Si、0.2-0.5Mn、P<0.030、S<0.030、4.75-5.5Cr、1.1-1.75Mo、0.8-1.2V、1.4-1.8N；其热处理工艺如下：790±15℃预热，1000℃(盐浴)或1010℃(炉控气氛)±6℃加热，保温5-15min空冷，550±6℃回火。

然而，随着钢管等产品强度和力学性能的提高，4Cr5MoSiV1模具钢的强韧性、抗热裂性和耐磨性已不能满足使用需求。需开发出耐磨性优异，且使用过程中不开裂、不断裂的新型模具材料；调整原4Cr5MoSiV1材质化学成分，改善其热处理工艺是重要的研究方向。

由于4Cr5MoSiV1材质应用广泛，可用作压铸模、热挤压模、高速锤锻模，也可用于塑料模具和冷作模具等，各应用的工况和工艺要求不同，因此所要求的力学性能不尽相同。

如中国专利CN200910077636.5公开了“一种高性能低成本热作模具钢”通过优化Al(过程中消耗)、N(0.005-0.05％)含量达到固溶强化、弥散强化及细化晶粒的目的；

中国专利CN200910155458.3公开了“一种热作模具钢及其回火工艺”是通过添加W、Co元素(W：0.8-2.2％，Co：0.2-1.5％)，并设计在440-460℃进行一次回火，在520-560℃进行两次回火的回火工艺，从而降低模具的裂纹扩展速度，提高其韧性；

美国专利US2016271744(A1)“Method for manufactuing a forging die withimproved wear resistance”是通过调整Al含量(Al≥0.015％)提高模具的抗氧化性；