[发明专利]一种抗热疲劳的热作模具钢及其制备方法

说明书

本发明涉及一种抗热疲劳的热作模具钢，其包括以下组分及其质量百分数：C 0.38～0.42％，Si 0.8～1.1％，Mn 0.2～0.5％，Cr 2.8～3.3％，Mo 1.2～1.5％，V 1.2～1.5％，Mg 0.0005～0.003％，Zr 0.01～0.3％，Nb 0.001～0.03％，杂质P<0.03％，S<0.03％，Fe余量。本发明对各组分进行合理组配，其中Mg微合金化，能够使合金在热疲劳过程中抑制Mo、V和Cr等碳化物形成元素在晶界的析出作用，使基体析出细小均匀分布的碳化物颗粒，阻碍疲劳裂纹的萌生，Zr微合金化使合金生成细小弥散分布的稳定析出相ZrN，具有钉扎位错，提高合金抗疲劳软化的能力，Nb微合金化的生成的析出相NbC能够提高钢的强度和抗疲劳软化能力。与通用型H13钢相比，本发明中的热作模具钢，具有更高的热稳定性、抗热疲劳性能以及高温强度。

技术领域

本发明涉及钢铁技术领域，尤其涉及一种抗热疲劳的热作模具钢及其制备方法。

背景技术

热作模具钢对硬度要求适当，侧重于红硬性，导热性以及耐磨性，其含碳量低，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性和红硬性为主。热作模具工作条件的主要特点是与热态金属相接触，这是与冷作模具工作条件的主要区别。

目前最广泛应用的热作模具钢是引进ASTM标准的通用型H13钢，等同于GB/T1299-2000标准的钢号4Cr5MoSiV1。H13钢强韧兼备，具有良好的综合力学性能，是一种冷热兼用的模具钢，但H13钢的热稳定性不足，当使用温度超过600℃时，力学性能将不能满足使用需要。如H13钢用于热锻模时，模具表面软化严重，易发生塌陷和龟裂现象，表明H13钢的高温强度和抗热疲劳性能的不足。因此，开发具有高的高温强度和高的抗热疲劳性能的热作模具钢具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术而提供一种耐高温、抗热疲劳性能强的热作模具钢。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术而提供一种上述热作模具钢的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种抗热疲劳的热作模具钢，其特征在于包括以下组分及其质量百分数：C 0.38～0.42％，Si 0.8～1.1％，Mn 0.2～0.5％，Cr 2.8～3.3％，Mo 1.2～1.5％，V 1.2～1.5％，Mg 0.0005～0.003％，Zr 0.01～0.3％，Nb 0.001～0.03％，杂质P<0.03％，S<0.03％，Fe余量。

作为优选，上述组分中V和C的质量比V/C与Mo和C的质量比Mo/C满足以下关系式：V/C+0.53×Mo/C≥4.68。

作为优选，上述组分中V和C的质量比V/C与Mo和C的质量比Mo/C满足以下关系式：V/C+0.27×Mo/C≤4.25。

本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种上述的热作模具钢的制备方法，其包括以下步骤：

(1)冶炼不同成分配方的热作模具钢；

(2)感应熔炼加精炼加电渣重熔：用中频感应炉冶炼，经精炼后浇铸成电极棒，电渣重熔成钢锭并退火，工艺按H13钢现行工艺执行；

(3)锻造：将上述钢锭按H13工艺锻造成不同规格的锻板；

(4)热处理：按H13钢热处理工艺执行，经1030℃±5℃油淬处理，并通过多次充分回火，使模具钢硬度达到HRC45～49。