[发明专利]一种含铝热挤压模具钢及其生产方法

说明书

本发明涉及一种含铝热挤压模具钢及其生产方法，该热挤压模具钢在H13钢的基础上提高C含量，降低Si、Cr、Mo含量，合金总含量比H13少约2.5～3.5％，各主要合金元素的质量百分比为：C 0.45～0.60％，Si≤0.30％，Mn≤0.30％，Cr 3.00～4.50％，Mo 0.30～0.80％，V 0.30～0.60％，Al 0.50～0.90％，P＜0.015％，S＜0.015％，Fe余量。通过Cr、Mo的平衡获得高回火抗力，同时在基体中添加Al后经表面渗氮处理可形成AlN高耐磨强化相。本发明钢的制备过程如下：配料、冶炼、浇涛，然后电渣重熔、退火；接着高温匀质化热处理、多向锻造、退火；再进行超细化热处理和等温退火处理；最后进行淬回火热处理。本发明钢成本低、韧性与H13钢相当条件下具有高耐磨和优良的回火抗力等优点。

技术领域

本发明属于合金钢制造工艺技术领域，具体是涉及一种经济型含铝热挤压模具钢及其制备、热处理和表面处理方法。

背景技术

热挤压模具是在高温、高压、磨损和热疲劳等恶劣条件下服役的。热挤压是塑性的金属坯料在压力的作用下通过挤压模具型腔形成所要求形状的型材或管材的过程。我国目前热挤压模具钢采用的是国家标准GB/T 1299-2000中的3Cr2W8V和H13(4Cr5MoSiV1)钢。

传统的热挤压模具钢是3Cr2W8V，于20世纪20年代开始在工业上使用，广泛用于黑色和有色金属热挤压模，是一种高热强性的热作模具钢，并具有良好的锻造和机械加工性能，使用温度可以达到650℃。但是W系模具钢导热性和抗热疲劳性能差，塑、韧性低，容易发生早期断裂。在20世纪80年代初，我国引进国外通用的铬系热作模具钢H13(4Cr5MoSiV1)，与高热强性热作模具钢3Cr2W8V相比，H13具有高的韧性和抗热疲劳性，因此可以取代因韧性或热疲劳性不足而引起失效的3Cr2W8V钢来制造热挤压模，但是这种替代一般限制在使用温度不超过600℃的条件下，除了使用温度受到一定的限制外，H13钢还存在有较大的尺寸效应(尺寸效应是指许多材料当尺寸变化到某一极限时会丧失其原来可以利用的性质)，在截面超过120mm×120mm以后，心部横向韧性显著下降，而心部冲击韧性也只有纵向表面的30～40％。

热挤压用热作模具钢在使用过程中主要关注耐磨性、抗回火软化能力以及抗冷热疲劳性能。H13钢作为热挤压模具钢，其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一些液析碳化物，导致材料的韧性不足。此外，在热挤压模的型腔通道上形成高硬度氮化层可以显著提高模具寿命和挤压型材的表面质量，因此热挤压模具钢应具有良好渗氮能力，而传统H13钢进行表面渗氮处理的硬度在900～1000HV，耐磨性不够。

发明内容

针对现有的技术缺陷，本发明的目的是提供一种含铝热挤压模具钢及其生产方法。

本发明所采取的技术方案是：一种含铝热挤压模具钢及其生产方法，该钢按重量计包含元素的质量百分比为：C 0.45～0.60％，Si≤0.30％，Mn≤0.30％，Cr 3.00～4.50％，Mo 0.30～0.80％，V 0.30～0.60％，Al 0.50～0.90％，P＜0.015％，S＜0.015％，余量为Fe；上述的Si、Mn、V、P、S均大于零，上述钢的生产步骤包括如下：

步骤一，冶炼：按上述质量百分比进行配料，然后采用感应熔炼或电弧炉熔炼，熔炼后浇注成钢锭，待下一步使用；

步骤二，电渣重熔：将步骤一浇涛后的钢锭作为自耗电极放置于电渣重熔装置中，进行电渣重熔，化渣电压55～65V，电流3500～5500A；电制度为：电压55～60V，电流11500～12500A、封顶电压58～62V；进一步通过渣洗和在熔池中上浮去除夹杂物；从而消除或减轻了各种宏观和微观缺陷，提高钢锭的成分和组织均匀性；

步骤三，电渣重熔后于750℃～850℃保温8～10小时后随炉冷却；