[发明专利]一种高热强性热作模具钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种热作模具钢，为：C：0.36～0.40％,Si：0.10～0.40％,Mn：0.20～0.45％,Cr：5.30～5.50％,Mo：1.60～1.95％,V：0.50～0.70％，Co：0.20～0.40％，P<0.02％,S<0.005％，余量为Fe；并且满足C＝1/25Cr+1/20Mo+1/12V+1/10Co。还提供了制备方法，钢锭锻造开锻温度1130℃‑1180℃，奥氏体塑性变形区间的最佳塑性变形温度范围和停锻温度在800℃以上；加热至1050‑1100℃保温2‑3小时，溶解碳化物后第二次快速风冷至马氏体温度区域以下。本发明钢组织细小均匀，有利于材料的高温硬度的稳定性。

技术领域

本发明涉及模具钢领域，具体涉及一种具有高温服役工作状态下的高热强性热作模具钢及其制备方法。

背景技术

高热强性模具钢是属于热作模具钢的材料范畴，热作模具钢是用于制造加热到再结晶温度以上的金属或液态金属成型的模具用钢。该类模具主要用于制造锤锻模、压力机锻模、热挤压模和压铸模，在工作中既受较大冲击载荷的作用又受急冷急热或高温的作用，从而使模具的工作条件复杂化、恶劣化。模具在工作时与热金属接触，模腔表面会受热升温至550℃(热挤压模)。因此热作模具钢应具有足够的热稳定性，具有高温强度和硬度。

目前，国内外模具材料市场上应用最广泛的热作模具钢材料是调质硬化马氏体钢，4Cr5MoSiV1(成分质量百分数为：C 0.32～0.45％，Si0.80～1.20％，Mn0.20～0.50％，Cr4.75～5.50％，V0.80～1.20％,P≦0.030％，S≦0.030％)，它们的热处理工艺为淬回火型，其淬回火组织为回火马氏体+基体上分布的一定大小的M23C7的碳化物强化相，当温度达到550℃时，它们都不可避免地发生回复软化，回火马氏体基体要分解，碳化物聚集长大，基体软化，导致材料高温强度和硬度的下降引起材料的失效。

传统的热作模具钢4Cr5MoSiV1钢采用电炉炼钢、锻造成材、调质热处理(淬火+回火)的工艺，热处理工艺采用1050-1070℃淬火+530℃回火的工艺参数，其关键的热强性指标为：550℃持续保温5.0h后的洛氏硬度HRC36；550℃持续保温8.0h后的洛氏硬度HRC33。在高温下的持续服役会导致回火马氏体组织的分解和细小碳化物的聚集长大导致材料晶界结合力的松懈引起了材料的最终的失效，这样的马氏体模具钢材料制造的热作模具在550℃运用的过程中的使用寿命将受到很大的限制。

相关专利文献CN101392353A技术的涉及到的材料是钨合金元素强化的调质高热强性热作模具钢材质，其强化的机理主要是通过在马氏体回火的过程中，析出钨的碳化物来形成合金碳化物的强化作用来达到高强的作用，这种利用钨合金元素形成的碳化物的强化和硬化作用达到了高温强硬化的作用，但是其缺陷是损失了材料的韧性，材料的韧性的损失导致材料在某些使用环境下的使用寿命的下降为代价。

另一相关专利文献CN101440456A技术所涉及到的高强热作模具钢材料是一种微合金化强化的热作模具钢材料，主要降低碳含量并加入微合金化元素Nb和N元素改善材料的显微组织，提高钢的强度和硬度。但是这种材料的明显存在的不足是降低了材料的耐磨性能，从而使得材料在磨损钻台下端使用寿命明显下降。

因此，需要寻找具有更好热稳定性和更优综合性能的模具钢。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是提供一种在高温度条件下高热强性热作模具钢。同时提供该热作模具钢的制备方法。

为解决马氏体热作模具钢在550℃温度条件下性能的高温强度和硬度不足问题，我们开发了一种强热稳定性模具钢，其主要机理在于该类钢不论在常温或是高温工作条件下，基体始终弥散的碳化物强化状态，不会在此温度下形成碳化物的长大，从而导致马氏体模具钢的回复软化问题。

本发明的技术方案是，一种热作模具钢，其成分重量百分比为：