[发明专利]热作模具钢

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料技术领域的合金钢，具体是一种热作模具钢。

背景技术

热作模具钢目前广泛使用的钢号是H13，GB/T1299-2000钢号4Cr5MoSiV1，等效引进ASTM标准的H13钢。它强韧兼备，有良好的抗热疲劳和热稳定性。热作模具钢服役的工作状况相当复杂，在使用温度超过600℃时，H13由于耐热性不足将失去原来的优良性能，高耐热性的3Cr2W8V钢又因韧性差、抗热疲劳性能不好，模具常龟裂而早期失效。提高H13钢的耐热性、保持其强韧性的同时提高其使用温度是目前的主要任务。

经对现有技术的文献检索发现，提高H13钢的耐热性现有几个途径：一是添加1％Al等以改善钢的性能。2004年授权的发明专利——申请号00117148.8就是H13+1％Al(另加0.3％Nb未谈实施)用于Al型材热挤压模具，主要通过改善表面氮化层，较大幅度提高了钢的抗熔损性能，发明人推断除热挤外，还适应热压铸和热锻。

第二个途径是调整H13化学成份和优化生产工艺。已公开的发明专利200610116358.6，其化学成份特征在于碳比H13低约15％，不用Si作合金元素，降低Cr约25％，提高Mo约60％并加超过1％W进一步补充Mo的作用。公开的对比数据显示，600℃回火后硬度值比H13高5％，其600℃回火稳定性明显比H13高，且其韧性好。该钢强韧兼备，耐热性优于H13，但缺乏＞600-700℃的描述与数据。

同属于这个途径的国外已商品化的8418钢(瑞典)，1.2367钢(德国)，表明类似的成份调整尚难适用于＞600-650℃使用温度场合。

第三个途径是添加适量Co，W、Mo。

国外有资料报道，对含Sil％的Al热压铸，Al液温度达750℃，由于抗热熔损和耐热性要求高，H13型、8418型均不满足要求，特别指出含钴质量百分数为4的H19-4Cr4W4MoV2Co4适用于热熔损比韧性更重要的场合。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种热作模具钢，使其硬度达到52HRC，具有高的耐热性又有适度韧性支持，适合超过600℃至700℃下做热作模具使用。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明所述的热作模具钢，包含的组分及其质量百分数为：

C：0.36-0.44     Si：0.25-0.50      Mn：0.20-0.80

P：≤0.030       S：≤0.030         Cr：3.00-4.00

Mo：1.60-2.20    W：1.50-2.00       V：0.80-1.50

Co：0.50-1.50    余量为Fe。

本发明上述组分质量百分数优选范围为：

C：0.36-0.42      Si：0.25-0.50      Mn：0.40-0.80

P：≤0.020        S：≤0.012         Cr：3.20-3.80

Mo：1.60-2.00     W：1.50-1.80       V：0.80-1.20

Co：0.50-1.00     余量为Fe。

本发明按H13工艺与流程制备。

本发明的设计依据是：

C：综合力学性能良好的，一般均为中碳钢。以H13含碳量为基，强调高韧性而高强韧的选偏低碳量，强调够用韧性支持下尽可能提高热强性宜选偏高的碳量。本发明碳量0.36-0.44％为H13的中上限，恰与公开发明专利200610116358.6的碳量0.30-0.36％，形成衔接。

Cr：是淬透性和在40-50HRC硬度下有高韧性的重要保证。在要求尽可能提高热强性的状况下，由于Cr形成高铬碳化物，对碳化钒析出有阻碍作用，会降低钢的热强性，把H13的5％Cr降低为3-4％，降低幅度25％。

Mo和W：都是强碳化物形成元素，可提高高温强度和热稳定性。二者作用互补，搭配使用效果好。本发明Mo+1/1.8W达2.7与专利200610116358.6相当。(H13为1.5)

V：是更强的碳化物形成元素，钒的碳化物硬度最高，颗粒细小分布弥散，有力促进钢的二次硬化效果和抗回火软化能力，从而提高耐热性，加～1％，与H13钢相同。

Co：钴是非碳化物形成元素，熔于基体，可阻碍晶粒长大；熔于碳化物，可提高碳化物的稳定性，都有助于钢的耐热性提高。但Co会使韧性恶化，故选少量加入。本发明加入量为0.5-1.5％，比H19低一半。