[发明专利]一种高性能热作模具钢及其制造工艺

说明书

本发明涉及一种高性能热作模具钢及其制造工艺，所述高性能热作模具钢采用的组成成分及其质量百分比如下：C 0.20～0.30%，Si 0.40～0.80%，Mn 0.40～0.80%，Cr 3.10～4.00%，Mo 1.60～2.00%，W 0.50～1.00%，V 0.10～0.30%，P＜0.010%，S＜0.005%，Fe余量；本发明模具钢的制造过程如下：配料、冶炼、浇涛，然后电渣重熔；高温扩撒热热处理，然后多向锻造热加工，及锻后控制冷却；再进行二次碳化物细化热处理和等温退火处理；最后进行淬火和回火热处理。本发明的优点在于：本发明热作模具钢的淬透性、热稳定性、冲击韧性和热疲劳性能优于H13钢，且可加工成单件重量达到5吨以上的大型压铸模，有好的使用性能；此外，能够降低钢锭冶炼成本且提高模具使用寿命。

技术领域

本发明属于合金钢技术领域，涉及一种热作模具钢，特别涉及一

种高性能热作模具钢及其制造工艺。

背景技术

热作模具钢是在较高温度下（一般高于500℃）使用的模具用钢，其中起到高温热强性和热稳定性的合金元素通常是Cr、Mo、V等合金元素，因此目前的一些研究工作主要是对这些合金元素的调整。本研究发现，较高含量的Mo元素的加入可以提高钢的抗热疲劳性能和抗回火软化性能，而一定量的W元素的加入可以大大提高钢的热稳定性和抗热疲劳性能，使该钢的使用温度大大提高，从而用于制造高抗热疲劳性能的热做模具钢，如使用温度高于650℃的压铸模。

我国目前广泛应用的热作模具钢包括4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V以及应用于热锻模的5CrNiMo、5CrMnMo等。钨系的3Cr2W8V虽然具有较高的回火抗力和高的热强性，但其塑韧性、导热性以其热疲劳性能较差； 5CrNiMo和5CrMnMo的热强性较差，容易造成模具工作部分的塌陷；我国目前使用的热挤压模具钢采用的是国家标准GB/T1299-2000中钢号为4Cr5MoSiV1。这种热挤压模具钢的化学成分采用C 0.32-0.45wt%、Cr 4.75-5.50wt%、Mo1.20-1.75 wt%、V 0.80-1.20 wt%、Si 0.80-1.2wt%、Mn 0.20-0.5wt%、P≤0.03wt%、S≤0.03wt%。4Cr5MoSiV1钢是现在使用最广泛的热作模具钢，但是它的高温强度不是很高，一般使用温度不能超过540℃，而且抗热疲劳性能和热稳定性能不高。目前国内公开了一种大截面压铸用高性能热作模具钢及其制备工艺，该钢的特征在于合金化学成分中各主要合金元素的质量百分比为 ：C 0.35 ～ 0.65%，Si 0.30 ～ 1.00%，Mn 0.30 ～ 1.00%，Cr 3.50～ 5.50%， Mo 2.00 ～ 3.00%，V 0.40 ～ 0.80%，P ≤ 0.02%， S ≤ 0.01%，Ni 1.00 ～2.00%，Nb ≥ 0.15%，Fe 余量。由于这种压铸模具钢的化学成份不仅含有较高的钼、铬和钒元素及一定量的碳元素，还含有1.0%以上的Ni元素，确保了钢的高温性能，且其淬透性得到了较大的提高（与4Cr5MoSiV1钢相比）。但这种材料电渣锭的偏析严重，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。由于这种材料含有大量的二次硬化元素，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，从而降低钢的高温性能。另外，这种钢的白点敏感性较高，容易出现微裂纹，在放置或使用过程中容易出现内部裂纹儿失效。

上述热作模具钢的冶金制造工艺是采用电炉熔炼加电渣重熔，然后锻造成材的工艺。在其制造工序中，电炉熔炼加电渣重熔工序完成之后获得500Kg－3000Kg的电渣锭，经锻机锻造成材。这种制造工艺存在如下问题：1）电渣锭型较小，小锭型降低了产品的成材率和制造产能；2）电渣锭的原始组织存在大量的大颗粒或大块状液析碳化物和组织偏析，降低了钢锭锻造成材后的性能指标；3）锻后材料晶粒粗大，导致淬回火后材料的冲击韧性低，产品档次低，无法满足市场对大截面、高韧性、高热强性热作模具钢的需要；4）锻后扩氢退火时间长，且容易出现白点裂纹等探伤缺陷。