[发明专利]一种热作模具钢及其制备方法

说明书

本发明公开一种热作模具钢及其制备方法。钢中含有C：0.45％～0.55％，Cr：5.50％～6.50％，Si：0.85％～1.10％，Mn：0.30％～0.50％，Mo：1.20％～1.50％，V：0.60％～1.00％，P≤0.013％，S≤0.03％，Gd：0.15％～0.25％，La：0.10％～0.15％，Y：0.10％～0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质。电炉熔炼，钢坯加热温度为1200～1280℃，保温2～4h，开轧温度1150～1250℃，终轧温度820～950℃，冷速5～10℃/s，终冷温度400～550℃。第一阶段等温退火温度830～880℃；第二阶段等温退火温度730～780℃；淬火温度1050～1150℃，回火温度550～650℃。生产的热作模具钢具有高等向性及抗冲击性。

技术领域

本发明属于高合金钢生产领域，特别涉及一种具有高等向性及抗冲击性的热作模具钢材料。

背景技术

如今，我国的模具行业迅速发展，在世界范围内中国模具制造比例逐步提高，模具钢的用量也在显著增加。热作模具钢作为模具钢中的重要组成部分，近年来取得较大进展，但其服役条件十分恶劣，合金元素含量较高，组织结构较为复杂，所以对其性能的要求更加苛刻。

目前，常规模具钢应用中存在性能单一，使用寿命较短等问题，为了提高热作模具钢的综合性能，可采用添加稀土元素来改善析出相的组成、分布、形貌，改变碳化物及夹杂物形态、细化晶粒、净化和强化晶界等来提高其性能。

针对热作模具中添加稀土元素来提高性能，国内外研究学者进行大量研发工作并取得一定成果。

邓开国，李长荣，杨远梅在《中国稀土学报》，2016年，第34卷第4期中发表的论文《铈元素对H13模具钢等向性能的研究》中提出了在H13模具钢中添加Ce元素含量0.05％时，H13的等向性能大幅度提高，横纵向力学性能均呈上升趋势，但其硬度显著降低。

陈研在《铸造技术》，2014年，第35卷第4期中发表的论文《稀土元素Gd和Sc对H13模具钢热疲劳性能的影响》中提出了在H13模具钢中添加稀土元素Gd或Sc，尤其是复合添加Gd和Sc有利于促进H13模具钢中碳化物的弥散分布、细化组织，改善了H13模具钢的热疲劳性能，但对其等向性能并没有提高且生产成本高。

CN 200410010656.8公开了“新型变质热作模具钢”，钢中加入Ce：0.005％～0.100％和Y：0.005％～0.100％作为复合变质元素，以改善新型变质热作模具钢的微观组织来提高性能。通过加入了Y、Ce，细化晶粒，净化了钢液中的氧、硫等有害元素，改变夹杂的形貌、大小及分布，减少了偏析，从而大幅提高热作模具钢的冲击韧性、抗疲劳及抗氧化腐蚀性能；加入稀土元素后，热作模具钢的硬度虽稍有提高，但其硬度及横纵性能比仍不能满足优质热作模具钢的严格要求。

添加稀土元素来提高热作模具钢的性能是行之有效的方法。并且我国稀土资源丰富，可选择利用稀土元素来发展热作模具钢。但如何进行热作模具钢成分及工艺的设计，满足多种性能要求，是发展热作模具钢的关键问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种热作模具钢及其制备方法，通过在热作模具钢中添加适量的稀土元素Gd、La、Y，结合热轧及热处理工艺，使得该种热作模具钢具有高硬度和优异的硬度均匀性，等向性能和抗冲击性能，具有优异的综合性能。同时该种新型热作模具钢的生产成本低廉，降低了工业生产的经济成本。

具体的技术方案是：

一种热作模具钢的化学成分按质量百分比为：C：0.45％～0.55％，Cr：5.50％～6.50％，Si：0.85％～1.10％，Mn：0.30％～0.50％，Mo：1.20％～1.50％，V：0.60％～1.00％，P≤0.013％，S≤0.03％，Gd：0.15％～0.25％，La：0.10％～0.15％，Y：0.10％～0.15％，其余为Fe和不可避免的杂质。