[发明专利]一种电渣重熔热作模具钢及其制备方法

说明书

本发明属于特钢锻件及热处理技术领域，特别是涉及一种低成本电渣重熔热作模具钢材料及其制备方法。本发明热作模具钢重量百分比的成分组成为：C:0.35‑0.40；Si:0.10‑0.30；Mn:0.30‑0.50；Cr:4.80‑5.50；Mo:1.60‑1.80；V:0.40‑0.60；P:≦0.015；S:≦0.005；Cu:≦0.25；Ni:≦0.25；[H]≦2ppm；[O]≦20ppm；[N]≦120ppm；余量为Fe及不可避免的杂质，锻件冲击韧性由普通锻件V口冲击不足14J,按上述范围调整成分后达到20J以上，同时，抗早期龟裂也得到了很大改善，制成模具在使用中由原来的不足5万模次，调整后达到了10模次以上；制备过程中采用水冷超细化处理，使大规格模具的晶粒组织得到显著改善，使用ASTM对比法测量，晶粒度达到9级以上，球化组织达到北美压铸协会标准NADCA#207图谱中AS5级以上。

技术领域

本发明属于特钢锻件及热处理技术领域，特别是涉及一种低成本电渣重熔热作模具钢材料及其制备方法。

背景技术

热作模具钢主要是指对金属进行热变形加工的模具用的合金工具钢，如热锻模、热挤压模、压铸模、热镦模等。由于热作模具长时间处于高温高压条件下工作，因此，要求模具材料具有高的强度、硬度及热稳定性，特别是应有高热强性、热疲劳性、韧性等性能。

目前国内市场提供的普通热作模具钢普遍存在心部晶粒粗大，冲击韧性低，抗早期龟裂差等情况，而瑞典一胜百牌号ASSAB8407模具钢以及后来在此基础上研发的牌号DIEVAR模具钢虽然对冲击韧性等方面有了提高，但经济性较差，价格昂贵。另外，国内目前通行的超细化处理以空冷或雾冷为主，对规格较薄的热作模具钢有一定效果，但随着市场发展，模具生产企业对大规格模具需求越来越多，因此，空冷或雾冷超细化工艺已经满足不了大规格模具的性能要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种冲击韧性及抗早期龟裂性能良好且适用于晶粒较细、组织均匀的大规格模具的电渣重熔热作模具钢。

本发明的上述目的可以通过下列技术方案来实现：一种电渣重熔热作模具钢，所述的热作模具钢由如下重量百分比的成分组成：C:0.35-0.40；Si:0.10-0.30；Mn:0.30-0.50；Cr:4.80-5.50；Mo:1.60-1.80；V:0.40-0.60；P:≦0.015；S:≦0.005；Cu:≦0.25；Ni:≦0.25；[H]≦2ppm；[O]≦20ppm；[N]≦120ppm；余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明原料中添加Cr、Mo元素起增强淬透性的作用，能提高材料的硬度和耐磨性，在保证Cr含量的同时提高Mo含量，以达到提高红硬性、耐磨性、回火稳定性的目的；原料中C、Si元素增加硬度和耐磨性的同时也增加脆性，除了通过降低C、Si元素含量来控制材料的脆性以增强冲击韧性外，本发明还添加了V元素，其不仅能够细化晶粒，提高强度、韧性和回火稳定性，而且还能降低脆性倾向以抵抗早期龟裂，但含量若超过0.6％脆性倾向提高。同时，原料中P、S是非金属夹杂物，Cu元素是金属残余元素，[H]、[O]、[N]是气体元素，目前市场上的电渣重熔热作模具钢材料普遍不要求气体控制，对残余元素和杂质的要求不高，但这些元素含量控制不当会降材料性能，因此本发明在合理配伍其他原料组分的基础上，进一步对杂质P、S、残余元素Cu及[H]、[O]、[N]等的含量进行控制以确保材料的综合性能。本发明通过加强对以上非金属夹杂物和金属残余元素以及气体含量的控制，并对材料本身影响较大的C、Si、V、Mo等元素含量的调整，极大的提高了材料的综合性能和使用寿命。合理配伍材料组分使得锻件的冲击韧性得到了较大的提高，由普通锻件V口冲击不足14J,调整成分后达到20J以上。同时，抗早期龟裂也得到了很大改善，制成模具在使用中由原来的不足5万模次，调整后达到了10模次以上。

作为优选，Cr/Mo质量比为(2.9-3.3)：1。本发明将Cr、Mo的含量控制在该质量比范围内，不仅使模具钢具有优良的红硬性、耐磨性和回火稳定性，还使材料成本得到有效控制。