[发明专利]热锻用高热强性、高冲击韧性热作模具钢及制备方法

说明书

一种热锻用高热强性、高冲击韧性热作模具钢及制备方法，属于模具钢技术领域。该模具钢化学成分重量％配比：C:0.40～0.50％，Si:0.30～0.60％，S≤0.006％，P≤0.01％，Mn:0.60～0.9％，Mo:1.80～2.80％，Cr:3.00～3.80％，V:0.40～0.60％，Ni:0.80～1.40，Al:0.3～0.6，Co:0.50～1.10％，稀土元素:0.002～0.008％，余量为Fe及不可避免的不纯物。该钢经冶炼、铸锭，制备的钢锭经高温扩散热处理后进行多向锻造热加工，锻后控制冷却，组织均匀化及细化热处理和等温退火处理。优点在于，具有较高的热强性、冲击韧性及淬透性，特别适合制作要求高热强性及冲击韧性的大截面即截面厚度大于400mm热锻模具。

技术领域

本发明属于模具钢技术领域，特别涉及一种热锻用高热强性、高冲击韧性热作模具钢及制备方法。适用于制造需要高热强性、较高的高温回火稳定性、高淬透性及冲击韧性的大截面热锻模具。

背景技术

热作模具钢是模具钢的重要组成部分，其中，热锻模具钢用于再结晶温度以上的固态金属成型，在热作模具钢中占有相当大的比例。目前，几乎所有重大受力构件都是通过热锻成型来进行生产的，尤其是在各种紧固件、标准件、汽车发动机、飞机等制造业中，对热锻成型工艺具有很大的依赖性。随着高速、强负荷、高精密模锻设备和高强韧性锻件的普遍应用，热锻模服役条件更加恶劣，同时金属坯料锻造温度通常都在1000℃以上，使得热锻模具钢工作型腔表面温度高达600℃，型腔内某些区域因瞬时冲击力及摩擦力的影响，其温度可达700℃以上。模具多次回火后强度和硬度不足，造成型腔塌陷、高温磨损、热疲劳，这也是热锻模具出现最多的失效方式，占总失效方式的70％以上。因此，高热强性、高温耐磨性、高抗热疲劳性及回火稳定性成为热锻模具钢选材的一个重要依据，也是近几年热锻成型模具钢研发的重要方向。

长期以来，国内热锻模具用户普遍使用5CrNiMo、5CrNiMoV、H13(4Cr5MoSiV1)及H21(3Cr2W8V)钢作为首选钢种。其中，当模具截面厚度大于400mm时，模具常常由于心部韧性不足，服役过程中易产生整体断裂现象，通常冲击韧性是这类模具材料需首先考虑的力学性能。因此，大中型热锻模具(截面厚度大于400mm)普遍采用5CrNiMo、5CrNiMoV钢。5CrNiMo钢由于含合金元素总量较少，冲击韧性具有一定的优势，但由于淬透性不足，普遍存在高温热强性不足，模具服役温度不能高于500℃，影响到模具整体的耐热疲劳性、耐磨性、热稳定性，因而多数5CrNiMo热锻模具普遍的使用寿命只有6000～7000次，严重影响了模具用户的生产效率和经济效应；5CrNiMoV钢淬透性和强度略高，但仍然无法满足大截面热锻模对热强性和使用寿命的要求。中小型热锻模具(截面厚度小于400mm)对韧性要求略低，目前80％以上普遍采用H13钢，H13钢虽然应用较广，但是服役温度低于600℃，仍然存在热强性不足的问题，实际应用过程中仍然不能满足型腔尺寸要求严格的精密锻模对模具材料的性能需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种热锻用高热强性、高冲击韧性热作模具钢及制备方法，能替代传统5CrNiMo、5CrNiMoV和H13热锻模具钢，可应用到大截面热锻模具(截面厚度大于400mm)的高热强性、高冲击韧性、高回火稳定性的热作模具钢及其制备工艺。