高耐熱性熱作模具鋼及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種高耐熱性熱作模具鋼，本發(fā)明也涉及一種高耐熱性熱作模具 鋼的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱作成形是一種近終成形技術(shù)，由于其成形效率高、損耗小，因而在工業(yè)生產(chǎn)中廣 泛使用，其技術(shù)的發(fā)展水平，已經(jīng)成為衡量國(guó)家制造業(yè)水平高低的重要指標(biāo)。熱作成形技術(shù) 最重要的是用于制造熱作模具的合金鋼材料，熱作模具一般在高溫、熱沖擊等惡劣工作條 件下工作的，因此要求熱作模具鋼具有優(yōu)良的綜合性能。目前，工業(yè)生產(chǎn)上廣泛使用的是 H13鋼。H13鋼在600°C以下工作，具有良好的熱穩(wěn)定性和抗熱疲勞性能，較好的強(qiáng)韌性結(jié) 合，但在600°C以上，材料的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性急劇下降，失去了原來(lái)的優(yōu)異性能。而高耐熱性 的H21鋼在高溫條件下抗熱疲勞性能較差，模具常常因發(fā)生龜裂紋而失效，這大大降低了 模具的使用壽命，增加了生產(chǎn)成本。
[0003][0004][0005] 鑒于上述熱作模具鋼的現(xiàn)狀，許多國(guó)內(nèi)外鋼鐵廠和研究機(jī)構(gòu)都致力于開(kāi)發(fā)新型高 性能的熱作模具鋼的，已經(jīng)取得一定的研究成果，研發(fā)了一大批熱作模具鋼，但其更多的是 側(cè)重某一方面的性能，因而其應(yīng)用領(lǐng)域有限。因此，本發(fā)明本著低碳低合金化的設(shè)計(jì)理念， 遵循合金元素間的相互作用，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)性價(jià)比高、綜合性能優(yōu)異、應(yīng)用范圍廣泛的新型熱作 模具鋼，是科研工作人員長(zhǎng)期的追求目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種具有尚熱穩(wěn)定性、$父尚的尚溫強(qiáng)度、良好的抗熱疲勞 性能的高耐熱性熱作模具鋼。本發(fā)明的目的還在于提供一種高耐熱性熱作模具鋼的制備方 法。
[0007] 本發(fā)明的高耐熱性熱作模具鋼的化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為：C為0. 38 %~ 0· 44%，Cr 為 3. 8%~4. 4%，Mo 為 1. 8%~2. 4%，Si 為 0· 2%~0· 6%，Mn 為 0· 5%~ 0.8%，V 為 0.5%~0.7%，Ni 為 0.8%~1.2%，Cu 為 0.02%~0.05%，Ta 為 0.08%~ 0· 12%，Nb 為 0· 01%~0· 03%，W 為 0· 008%~0· 016%，Co 為 0· 008%~0· 016%，P 和 S 含量均小于〇. 030 %，余量為Fe。
[0008] 本發(fā)明的高耐熱性熱作模具鋼的制備方法為：
[0009] 按照化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為C為0. 38 %~0. 44 %、Cr為3. 8 %~4. 4 %、Mo 為 1. 8%~2. 4%、Si 為 0· 2%~0· 6%、Mn 為 0· 5%~0· 8%、V 為 0· 5%~0· 7%、Ni 為 0· 8%~1. 2%、Cu 為 0· 02%~0· 05%、Ta 為 0· 08%~0· 12%、Nb 為 0· 01%~0· 03%、W 為0· 008%~0· 016%、C〇為0· 008%~0· 016%、P和S含量均小于0· 030%、余量為Fe進(jìn) 行合金化、配料，冶煉、爐前化學(xué)成分分析，直至其化學(xué)成分符合要求后出鋼；
[0010] 進(jìn)行退火處理，退火工藝為：加熱溫度為700~730°C，保溫4~6h，隨爐冷卻；退 火后進(jìn)行粗加工；粗加工后進(jìn)行淬火和回火工藝：淬火保溫溫度為1000~1020°C，隨爐升 溫，保溫時(shí)間30min，然后出爐油冷；淬火后立即回火，回火溫度為580~610°C，保溫時(shí)間為 2h，空冷，連續(xù)兩次回火。
[0011] 本發(fā)明成分設(shè)計(jì)的依據(jù)是：
[0012] 碳：C在合金鋼中主要起到固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化作用。C固溶于基體，大大提高合 金的強(qiáng)硬度；回火過(guò)程中，碳與合金元素結(jié)合，以碳化物形式析出，彌散強(qiáng)化基體組織。因此 碳是熱做模具鋼必須添加的元素，一般為中碳鋼，本著低碳低合金化原則，同時(shí)獲得良好的 綜合性能，控制碳含量在〇. 38%~0. 44%區(qū)間。
[0013] 鉻：Cr的作用主要是提高鋼的淬透性、抗高溫氧化性、抗蠕變性以及高溫耐蝕性， 同時(shí)因其價(jià)格低廉，因而在合金工具鋼廣泛使用。Cr含量過(guò)高，會(huì)造成Cr23CjP Cr 7C3較多， 有損合金高溫性能。
[0014] 鉬：Mo是強(qiáng)碳化物形成元素，同時(shí)可以提高合金的熱穩(wěn)定性、高溫強(qiáng)度以及淬透 性。鉬含量一般在1. 5%以上，才會(huì)明顯提高合金的高溫性能，但隨鉬含量增多，促進(jìn)合金熱 處理脫碳傾向性，降低了鋼的熱加工性能。因此將其控制在1. 8%~2. 4%。
[0015] 硅：Si -般是固溶于鐵素體，強(qiáng)化基體，提高回火抗力和抗高溫氧化性，但是在另 一方面，降低鋼的塑韌性和增加材料的脆性。因此，Si的含量一般控制在0. 2%~0. 6%范 圍內(nèi)。
[0016] 錳：Mn在鋼中一般是固溶強(qiáng)化的作用，提高基體的硬度和強(qiáng)度。同時(shí)Mn與鋼中雜 質(zhì)S結(jié)合成具有一定塑性的MnS，避免了 S在晶界生成低熔點(diǎn)的FeS，消除了 S的有害作用。 但是含硫量過(guò)高會(huì)造成鋼晶粒粗化趨勢(shì)，因此選擇Mn含量為0. 5%~0. 8%。
[0017] 釩：V主要作用是細(xì)化晶粒，從而提高鋼的強(qiáng)韌性。V是強(qiáng)碳化物形成元素，形成的 VC碳化物，增加鋼的回火穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和高溫強(qiáng)度。在馬氏體鋼中，V含量達(dá)到0. 5% 就能起到很好的二次硬化效果，含量過(guò)高會(huì)造成鋼塑韌性下降，故控制V含量在0. 4%~ 0. 6%之間。
[0018] 鎳：Ni是非碳化物形成元素，一般固溶于基體，可以提高鋼的淬透性、韌性和導(dǎo)熱 性。適宜的鎳控制在0.8%~1.2%范圍內(nèi)。
[0019] 微合金元素 Co、Cu、Nb、Ta和W在鋼中的作用各不相同，Co提高鋼的熱強(qiáng)性，少量 的Cu可以提尚鋼的強(qiáng)度和初性，Nb、Ta和W的作用與兀素 V相似，具有細(xì)化晶粒，提尚紅硬 性和熱強(qiáng)性的作用。
[0020] 本發(fā)明鋼種主要是利用合金元素 Cr、Mo、Ni和V的合金化手段，提高模具鋼的淬透 性，獲得板條馬氏體組織，Mo、V、Nb、Ta及W形成的大量細(xì)小的高熔點(diǎn)MC型碳化物，大大提 高了鋼的紅硬性、熱強(qiáng)性，使該鋼具有良好的高溫強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和抗熱疲勞性能。
[0021] 本發(fā)明鋼主要用于低合金高強(qiáng)鋼的熱沖壓模具，也可用于鋁合金熱擠壓模具。本 發(fā)明鋼具有良好的綜合力學(xué)性能，較高的抗熱疲勞性能以及良好的熱穩(wěn)定性和高溫強(qiáng)度， 同時(shí)本發(fā)明鋼碳及合金元素含量較低，生產(chǎn)成本低，制備工序簡(jiǎn)單，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1本發(fā)明的高耐熱性熱作模具鋼的鑄態(tài)組織。
[0023] 圖2本發(fā)明的高耐熱性熱作模具鋼590°C回火后的組織。
[0024] 圖3a-圖3b本發(fā)明的高耐熱性熱