[发明专利]一种经济型细晶高强韧热作模具钢及其制备方法

说明书

本发明涉及一种经济型细晶高强韧热作模具钢GBL64及其制备方法，属合金钢制造技术领域。其成分配方包括如下重量百分比的元素：C：0.25％～0.40％；Si：0.15％～1.2％；Mn：0.2％～0.9％；Cr：3％～6％；Mo：1.0％～3.5％；W：0.6％～2.2％，余量为铁。制备方法包括：熔炼、电渣重熔、高温均质化、镦粗、拔长、去应力退火、超细化处理、调质处理。所获得的经济型热作模具钢晶粒尺寸细至约为0.5～3.5μm，具有优良的强韧性、高温摩擦磨损性能、热强性、热稳定性、热疲劳性能以及高的热导率。

技术领域

本发明涉及一种经济型细晶高强韧热作模具钢GBL64及其制备方法，属合金钢制造技术领域。

背景技术

AISI H13钢是当前模具工业使用最为广发的模具钢之一，该产品的高温摩擦磨损性能，高温热强性，热稳定性，热疲劳性能以及热导率仍不能满足当前高强钢热冲压的苛刻条件，逐渐不能满足模具工业的需求，而相关替代产品如高强韧1.2367、8418/DIEVAR、3Cr2W8V适用于压铸模具，QRO90、HTCS-130和DHA-THERMO用于热冲压模具，5CrNiMo用于压铸和热锻模具，但各有劣势，如QRO90、1.2367、5CrNiMo和3Cr2W8V的韧性不足，8418/DIEVAR的热强行不足，HTCS-130虽然热导率很高，但热强性很低。

为综合提升模具寿命，业界普遍思路是合金成分优化，并辅助于相对苛刻的生产装备和工艺条件，但仍然没有解决两个问题：(1)价格高昂的V元素仍没有找到合适的替代，因为VC在H13系列钢中起到二次硬化的作用；(2)成分优化普遍要求更为严格苛刻的生产装备条件，使得中低生产能力的特钢企业无法生产同类产品。

普遍的合金化思路是降低铬含量，以提升热导率，并增加锰含量提升耐磨性，然而，铬元素是Cr5系列模具钢核心元素，降低铬将抗氧化性和耐蚀性难以保证；增加锰元素有增加大模块锰元素偏析的风险。另外，当前热作模具钢仍以大模块的自由锻造为主，辅助于超细化工艺，两者良性结合才能获得超细化析出组织，但决定冲击韧性和综合性能的本质晶粒度仍不受控制。另外，在晶粒细化的基础上，能否同时提升高强强度和热稳定性，且保持良好的冲击韧性，这是困扰当前模具材料研究工作者的一大难题。

现有的解决方案有：

(1)公布号为CN109518084A的专利文件公开了一种高热导率含Al、Nb渗氮热作模具钢及其制备方法。基于4Cr5MoSiV1钢合金成分，调整C与Cr、Mo、V比例，添加Al、Nb，合金含量比4Cr5MoSiV1钢少1.5～2.0％。该发明的钢成本低、韧性与4Cr5MoSiV1钢相当，具有高热导率和渗氮性、优良的耐磨性和回火抗力。但是Al的加热容易形成钢水中的Al₂O₃，增加夹杂物，另外Nb含量的范围太大，Nb的加入对晶粒细化效果仍不明显。

(2)公布号为CN109136765A的专利文件提出了一种热作模具钢成分，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。所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。该发明的特殊是增加Mo含量至3.2％，提升了热强性和热导率，但V的含量仍较高，成本增加。

(3)公布号为CN109023153A的专利文件提出了一种原位微量纳米TiC颗粒强韧化锻造热作模具钢，提出了相关的成分配方；其工艺是在锻造热作模具钢中以纳米TiC颗粒作为普通碳钢的组织调控剂和强化剂，提高其韧性和塑性。但是加入Ti元素易形成TiN，将明显降低钢的冲击韧性。