[发明专利]一种具有细小共晶碳化物的模具钢及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有细小共晶碳化物的模具钢及其制备方法，该模具钢的成分按重量百分比计如下：C：0.45％～0.55％，Si：1.00％～1.30％，Mn：0.90％～1.10％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：3.70％～4.70％，Mo：2.50％～3.50％，W：1.50％～2.50％，Co：1.00％～1.50％，Zn：0.20％～0.30％，余量为Fe及不可避免杂质；制备方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、热处理，应用本发明生产的模具钢板无缺口室温心部横向冲击韧性为191～195J；室温硬度在46～49HRC，厚度截面硬度差≤2HRC；具有良好的热稳定性，600℃保温36h后硬度保持41～43HRC、650℃保温36h后硬度保持35.5～37.4HRC、700℃保温36h后硬度保持30～32HRC。

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种具有均匀弥散分布且细小共晶碳化物的模具钢及其制备方法。

背景技术

我国制造业的飞速发展，工业上对服役温度较高的热锻模具钢提出更高要求：一是可制造尺寸较大、形状复杂的零件，这就需要制造出相应的大截面积模具钢；二是需要能在更高温度下工作的模具，这就需要模具钢有更好的热强性及热稳定性。

共晶碳化物在钢坯凝固过程中形成，较高的合金含量使钢液处于过饱和状态，较大的过冷度使得共晶点变为伪共晶区，即使此时析出的碳化物成分不同于共晶成分，但其组织特征与共晶组织相同，这中碳化物一般称为共晶碳化物。这种共晶碳化物一般以网状形式分布于等轴晶晶粒间，在热加工过程中，根据不同的工艺，共晶碳化物被打碎成条带状或不规则的颗粒。共晶碳化物尺寸、形貌、数量、分布直接影响模具钢的力学性能、热稳定性及使用寿命等，模具钢若具有均匀弥散分布且细小的共晶碳化物可显著提高材料的使用寿命降低制造成本，简化生产工序，满足工业上对服役温度较高的热锻模具钢的要求。

国内许多单位在开发研制新型模具钢、提高产品质量、优化生产工艺、提高模具寿命等方面做了大量的工作。申请号为202011030378.8的专利《一种高韧性高硬度的冷热兼具型模具钢及其制备方法》中公开了一种高韧性高硬度的冷热兼具型模具钢，其成分百分比为：C：0.75％～0.85％，Si：0.8％～1.2％，Mn：0.3％～0.7％，Cr：5.0％～6.0％，Mo：2.2％～2.6％，V：0.4％～0.7％，P＜0.025％，S＜0.003％，余量为Fe。将C含量设定在热作模具钢与冷作模具钢的成分之间，能够提高材料的淬性同时还可以形成合金碳化物，改善耐磨性；降低Si含量，以提高材料韧性，降低V含量提高Mo含量能够减少V共晶碳化物的生成，降低对韧性的影响，并保证材料具有较好的抗回火软化性，实施例结果显示，模具钢的硬度为56～64HRC，冲击韧性为80～140J。但其碳含量过高会增加模具钢的冷脆性和时效敏感性，还会降低其耐蚀性，改善模具钢耐磨性需要合金碳化物细小弥散分布，否则会对性能产生不利影响。

申请号为202010896482.9的专利《一种高韧性高硬度模具钢及其制备方法》中公开了一种高韧性高硬度模具钢，其成分百分比为：C：0.70％～0.85％，Si：0.10％～0.40％，Mn：0.30％～0.70％，Cr：4.85％～5.35，Mo：2.25％～2.55％，V：0.40％～0.70％，P＜0.02％，S＜0.003％，余量为Fe。将C含量设定在热作与冷作模具钢的成分之间，能够条材料淬透性和淬硬性同时还可以形成合金碳化物，改善耐磨性；降低Si含量，以提高材料的韧性；将Cr含量保持与热作模具钢H13中Cr含量相同，同时降低V含量，提高Mo含量能够减少含V共晶碳化物的生成，降低对韧性的影响，并保证材料具有较好的抗回火软化性。但难以保证模具钢组织上碳化物的均匀分布及性能的均匀性。