[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及其制备方法，该热作模具钢由以下各组成元素组成：碳0.396‑0.397wt%，硅0.975‑1.03wt%，锰0.427‑0.514wt%，钼1.55‑1.59wt%，铬4.94‑5.10wt%，钒0.984‑1.04wt%，钛0.044‑0.127wt%，余量为铁及不可避免的杂质。本发明的热作模具钢，在H13钢成分的基础上添加Ti元素，一方面起到控制晶粒尺寸，防止晶粒过大增长，增加析出强化和细晶强化的作用，从而提升钢的强度和硬度；另一方面，钛与碳反应生成碳化钛具有硬度高和热稳定性好的优点，起到沉淀强化的作用，形成微Ti合金化。本发明的热作模具钢的室温洛氏硬度、室温抗拉强度，室温拉伸断面收缩率，高温下拉伸断面收缩率和高温下抗拉强度均得到显著的提高，综合力学性能明显增强。

技术领域

本申请涉及新材料技术领域，具体涉及一种热作模具钢及其制备方法。

背景技术

热作模具是用来将加热的金属或液体金属制成所需产品的工装，如热锻模具、热镦模具、热挤压模具、压铸模具和高速成型模具等，各种热作模具都是在较高温度下进行工作的，尤其是在钢的热挤压中和钢的压铸中，钢的温度在1200～1500℃范围，因此对热作模具钢最主要的性能要求是钢的耐热性，其次是韧性和抗冷热疲劳性能。热作模具所采用的各种模具用钢统称为热作模具钢。

H13钢为热作模具钢常用钢种，主要用于压铸模、热锻模、热挤压模，占热作模具钢总产量的50％以上，其具有良好的淬透性、红硬性、耐磨性及优良的抗热裂性，牌号4Cr5MoSiV1。由于H13钢性价比高及拥有较好的工艺性能，被广泛用于铝挤压模具用钢。但是H13钢存在以下缺点：热处理变形率较低，断面收缩率较低，抗拉强度低，使用温度高于540℃时，硬度迅速下降。因此，采用H13钢制备得到的热作模具在使用过程中会出现塑性变形、开裂、磨钝、搓板状花纹和热磨损等。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种高温性能好的热作模具钢，具体是一种断面收缩率高、高温抗拉强度高的热作模具钢。

本发明的第二个目的在于提供一种热作模具钢的制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种热作模具钢，由以下各组成元素组成：碳0.396-0.397wt％，硅0.975-1.03wt％，锰0.427-0.514wt％，钼1.55-1.59wt％，铬4.94-5.10wt％，钒0.984-1.04wt％，钛0.044-0.127wt％，余量为铁及不可避免的杂质。

本发明的热作模具钢，在H13钢成分的基础上添加钛元素，一方面起到控制晶粒尺寸，防止晶粒过大增长，增加析出强化和细晶强化的作用，从而提升钢的强度和硬度；另一方面，添加的钛元素形成微钛合金化，钛与碳反应生成碳化钛，起到沉淀强化的作用，从而增加热作模具钢的硬度和热稳定性，钛、钒与碳反应生成MC型碳化物，稳定性好的MC型碳化物，有利于阻止材料热循环中的硬度下降，延缓M₂₃C₆型碳化物的生长，可提高模具钢的高温稳定性，改善其热疲劳抗力。

本发明的热作模具钢的室温洛氏硬度、室温抗拉强度，室温拉伸断面收缩率，高温下拉伸断面收缩率和高温下抗拉强度均得到显著的提高，综合力学性能明显增强，室温下硬度达到51.0HRC～51.9HRC，抗拉强度达到1755MPa～1803MPa，断面收缩率达到40.0％～46.4％；高温(450℃)下抗拉强度达到1512MPa～1531MPa，高温(450℃)下断面收缩率达到49.0％～50.0％。

为进一步提高热作模具钢的断面收缩率和抗拉强度，优选的，不可避免的杂质包括硫元素、磷元素、氮元素和氧元素。

为进一步提高热作模具钢的断面收缩率和抗拉强度，优选的，所述硫元素的含量≤0.0037wt％，所述磷元素的含量≤0.0064wt％，所述氮元素的含量≤0.0044wt％，所述氧元素的含量≤20ppm。