[发明专利]一种高硅高锰热作模具钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热作模具钢及其制备方法，尤其涉及一种含硅量和含锰量高的热作模具钢及其制备方法。

背景技术

模具钢通常可以分为热作模具钢、冷作模具钢和塑料模具钢三大类产品。热作模具钢主要用于制造铝合金压铸模和铜锌压铸模等，是目前使用最广和消耗最大的模具钢之一，它的工况条件复杂，在工作时需长时间与加热的坯料甚至液态金属相接触，当炽热的金属放入热作模具型腔时，型腔表面急剧升温，表层产生压应力和压应变，当金属件取出时，型腔表面由于急剧降温而受到拉应力和拉应变作用，极易产生热疲劳，并且热作模具钢在服役过程中，还要受到较大的冲击载荷。因此模具材料需要具有高的热强度、高温硬度、冲击韧性、淬透性和好的热稳定性和抗冷热疲劳性能等。

我国目前使用的热挤压模具钢采用的是国家标准GB/T1299-2000中钢号为4Cr5MoSiV1。这种热挤压模具钢的化学成分采用C 0.32-0.45wt％、Cr4.75-5.50wt％、Mo 1.20-1.75wt％、V 0.80-1.20wt％、Si 0.80-1.2wt％、Mn0.20-0.5wt％、P≤0.03wt％、S≤0.03wt％。这种热挤压模具钢的化学成份含有较高的钼元素和铬元素和一定量的碳元素，因此其材料电渣锭的偏析严重，成材后的组织中存在大量的大块液析碳化物，使得材料的韧性不足，容易出现早期开裂失效。又由于这种材料含有大量的二次硬化元素，其回火态二次碳化物容易在服役条件下长大粗化和发生类型转变，而且回火马氏体中的合金元素也容易析出而降低钢的强度，从而降低钢的高温性能。

目前热作模具钢的性能指标为：经1030℃淬火+600℃回火后冲击韧性值Ak为150J；抗回火稳定指标为：620℃高温持续8小时后硬度为38HRC、620℃高温持续12小时后硬度为35HRC、620℃高温持续20小时后硬度为31HRC。上述冲击韧性值和抗回火稳定性指标是衡量热挤压模用钢质量好坏的关键技术指标。

公开日为2008年8月13日，公开号为CN101240401，名称为“一种无钼低成本热作模具钢”的中国专利公开了一种热作模具钢，其化学成份重量百分比含量为：碳0.38～0.42％，硅0.9～1.1％，硫≤0.03％，磷≤0.03％，锰0.3～0.5％，钨1.9～2.2％，铬4.8～5.2％，钒0.25～0.45％，铌0.08～0.15％，其余量为铁Fe。该技术方案在保持了一定的碳当量的同时，在钢中加入了0.08～0.15％的铌和1.9～2.2％的钨元素，不含钼元素，使得材料的组织中形成大量的钨的碳化物，从而进行组织强化，并通过铌元素来细化晶粒。

公开日为2009年3月25日，公开号为CN101392353，名称为“高锰低铬型高强韧性热作模具钢及其制备方法”的中国专利公开了一种热作模具钢，其化学成份重量百分比含量为：碳0.3～0.6％，硅01～0.5％，锰0.5～1.5％，铬1.5～4.0％，钼1.0～3.0％，钒0.4～1.3％，钨0.5～2.0％，磷≤0.02％，硫≤0.03％，其余量为铁。该技术方案同样是通过添加钨元素使得材料的组织中形成大量的钨、钼的碳化物进行组织强化。

发明内容

本发明的目的是提供一种高硅高锰热作模具钢及其制备方法，通过适当的化学元素配比并辅以适当的制造工艺，提高材料的冲击韧性和抗回火稳定性，同时降低钢的制造成本。

本发明的设计构思为：本发明所述的技术方案不同于现有的各种热作模具钢，开创性的采用硅、锰作为主要的合金化元素，充分利用硅、锰合金元素的固溶强化和对碳化物回火稳定性等作用，该措施不仅能够保证热作模具钢具有高抗回火稳定性以及良好冲击韧性，而且由于降低了铬、钼等贵合金元素的含量，使得该钢种成为一种低成本经济型的热作模具钢。

根据本发明的上述目的，本发明提出了一种高硅高锰热作模具钢，其化学元素质量百分配比为：C 0.3-0.4％，Si 1.2-1.8％，Mn 0.6-1.5％、Cr 3.5-4.5％，Mo 0.8-1.0％，V 0.3-0.5％，P≤0.03％，S≤0.03％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

上述各化学元素的添加原理如下：

(1)C 0.3-0.4％