[发明专利]一种热作模具钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种热作模具钢，其为Cr3系马氏体型热作模具钢，包含以下合金元素：C 0.35～0.42％，Si 0.80～1.20％，Mn 0.30～0.60％，Cr 2.50～3.50％，Mo 2.30～3.20％，V 0.45～0.65％，P＜0.015％，S＜0.002％，Fe余量。本发明还公开了一种热作模具钢的制备方法，包括配料、冶炼、浇涛，电渣重熔；高温扩散退火，多向锻造热加工；预备热处理；最终热处理。本发明制备的钢具有高的热稳定性、热强性及良好的韧性等优势，满足当前模具制造对其材料的高温性能要求。

技术领域

本发明涉及合金钢制造领域，具体涉及一种热作模具钢及其制备方法。

背景技术

热稳定性、热强性及韧性是热作模具钢极为重要的性能指标，关系到其服役寿命的长短。目前国内常用的热作模具钢为Cr5系热作模具钢，如：4Cr5MoSiV1、4Cr5MoSiV和4Cr5Mo2V等，其具有良好的淬透性、淬硬性、强韧性及冷热疲劳性能。其中使用最为广泛的热作模具钢为4Cr5MoSiV1，其具体的化学成分质量百分比为C 0.32～0.45％、Cr 4.75～5.50t％、Mo 1.20～1.75％、V 0.80～1.20％、Si 0.80～1.2％、Mn 0.20～0.5％、P≤0.030％、S≤0.005％。其中含有较高的Cr、Mo和V元素，属于过共析钢。4Cr5MoSiV1的冶金制造方法是采用电炉熔炼加电渣重熔，然后锻造成材。该钢在冶炼过程中由于Cr和V元素含量较高，成材后的组织中存在大量的大块液析碳化物，使得材料的韧性不足，容易出现早期开裂失效。除此以外，由于4Cr5MoSiV1中含有大量的Cr元素，其回火态二次碳化物容易在服役条件下长大粗化和发生类型转变，而且回火马氏体中的合金元素也容易析出而降低钢的强度，故其高温性能不佳，一般使用温度不能超过600℃。

发明内容

针对现有Cr5系热作模具钢存在的技术缺陷，本发明提供了一种Cr3系马氏体型热作模具钢及其制备和热处理方法，以满足国内市场对于高热稳定性及热强性热作模具钢的需求。其具体技术方案如下：

本发明在第一方面提供了一种热作模具钢，其为Cr3系马氏体型热作模具钢，包含以下合金元素(重量百分比)：C 0.35～0.42％，Si 0.80～1.20％，Mn 0.30～0.60％，Cr2.50～3.50％，Mo 2.30～3.20％，V 0.45～0.65％，P＜0.015％，S＜0.002％，Fe余量。

在较优实施例中，上述热作模具钢包含以下合金元素(重量百分比)：C 0.38％，Si1.10％，Mn 0.50％，Cr 2.50％，Mo 3.00％，V 0.50％，P 0.010％，S 0.001％，Fe余量。

本发明在第二方面提供了一种热作模具钢的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、电炉冶炼：按照Cr3系马氏体型热作模具钢的化学成分及重量百分比：C0.35～0.42％，Si 0.80～1.20％，Mn 0.30～0.60％，Cr 2.50～3.50％，Mo 2.30～3.20％，V 0.45～0.65％，P＜0.015％，S＜0.002％，Fe余量，配料后放入电炉中进行熔炼，然后经过精炼、真空脱气，浇铸成电极棒，最后电渣重熔成电渣锭，备用；

步骤2、高温扩散退火：对电渣锭进行高温扩散退火，以均匀组织、消除合金成分偏析和液析碳化物；

步骤3、锻造：将经高温扩散退火的电渣锭进行多向锻造加工；

步骤4、预备热处理：对锻造成形后的锻坯进行固溶处理，然后水冷；再采用两段式等温球化退火工艺对锻坯进行处理；

步骤5、最终热处理：将预备热处理后的锻坯置于真空炉中进行奥氏体化，高压气淬冷却后出炉，随后进行回火热处理。

优选地，本发明还提供了一种热作模具钢的制备方法，包括以下步骤：