[发明专利]高强韧性锤锻模具钢

说明书

本发明属于合金模具钢领域，主要关系到热作模具钢。

目前，国内外用量最大、最典型的锤锻模具钢是5CrNiMo钢，这种钢具有韧性好，淬透性好和价格低廉的优点，但这种钢常因热强性不够而过早失效。近年来国内外发展了不少用于热挤压模具的高热强性热作模具钢，如英国的BH10、BH10A，法国的30DCV28、30DCKV28，美国的H11、H13，中国的3Cr3Mo3VNb等钢种，虽然它们的热强性有了很大的提高，650℃高温抗拉强度可达到813～863MPa，但常温冲击韧性a_k只有18.6～26.5J/cm²，其韧性不能满足锤锻模具的要求。在我国虽研制出了5Cr2MoNiV、5Cr2NiMoVSi等新热锻模具钢，其高温强度也有所提高，但由于碳量仍保持在0.5%左右的水平上，所以，它们主要应用于压力机锻模，应用于冲击载荷大的锤锻模具，韧性仍欠不足。

本发明的目的在于提供一种即保持5CrNiMo钢的高韧性、高淬透性的优点，同时又把热强性提到高热强钢水平的锤锻模具钢。

根据锤锻模具的实际工作条件，这种钢应同时具备下列性能指标：①常温冲击韧性a_k≥49J/cm²，②300℃高温冲击韧性a_k≥78.4J/cm²，③600℃高温冲击韧性a_k≥78.4J/cm²，600℃高温硬度H_v≥300，650℃高温硬度H_v≥250，④600℃保温12小时后，常温洛氏硬度HRc≥40，⑤钢的A₁点≥750℃，Ms点≥300℃，⑥具有良好的热疲劳性能。

实现本发明的基本构思是：①降低钢中的碳含量，淬火后获得高韧性的低碳马氏体，②加入Cr、Mo、W、V等碳化物形成元素与Ni、Si等非碳化物形成元素，复合实现固溶强化与弥散强化，以提高低碳马氏体的热强性、热稳定性与高温硬度，③实施强韧化热处理工艺，保证高温强度、高温韧性及表面耐磨性的良好配合。

本发明所提供的锤锻模具钢，在成份的设计上与已有的技术相比，其特征在于降低了碳的含量，增加了铬的含量，降低镍的含量和提高钼的含量，同时，又加入少量新的合金元素钨与钒，并在保持锰含量的同时，适量的增加了硅含量，使得本发明的锤锻模具钢，在经过强韧化处理后，具有多元复合合金化的低碳马氏体组织，因此，显著的提高了高温强度、高温热稳定性、高温冲击韧性、高温硬度和冷热疲劳性能，使本发明钢种具有高的高温强韧性和使用寿命。本发明钢种所确定的成份范围（重量百分比，以下皆同）如下：

0.25～0.32%的碳、1.70～2.10%的铬、0.90～1.30%的镍、0.80～1.00%的钼、0.60～0.90%的硅、0.50～0.80%的锰、另外还含有0.40～0.80%的钨、0.30～0.50%的钒，余为铁和杂质。

本发明钢（26Cr2NiMoWVSi，简称262钢）与对比钢（5CrNiMo）的化学成份范围列于表1。

表2是本发明262钢与对比钢5CrNiMo的常温机械性能数据。

表3是本发明262钢与对比钢5CrNiMo钢的高温短时拉伸和高温冲击韧性数据。

表4是本发明262钢与对比钢5CrNiMo的高温硬度数据。

表5是本发明262钢和对比钢5CrNiMo600℃热稳定试验数据。

表6是本发明262钢和对比钢5CrNiMo钢板材热疲劳试验数据。

本发明在成份设计的特征上所基于的理由是：

降低碳的含量，其碳含量一般应控制在0.25～0.32%的范围，以保证加热淬火后获得全部低碳马氏体组织，为高韧性奠定基础;保证淬火硬度为HRC50～52，经回火可使洛氏硬度值调正到HR_C38～46，以满足大、中、小型锤锻模具对硬度的要求。

提高铬的含量，其含铬量一般应控制在1.70～2.10%的范围，以用于提高钢的淬透性和高温强度，但铬含量大于2%时，对提高高温强度不利。

把含镍量控制在较低的限度，一般应控制在0.90～1.30%的范围，以用于提高钢的淬透性和改善钢的韧性。