[发明专利]高硬高韧冷热兼作模具钢及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模具钢，尤其涉及一种高硬高韧冷热兼作模具钢；本发明同时提供了一种高硬高韧冷热兼作模具钢的生产方法。 

背景技术

传统的热作模具钢有3Cr2W8V（H21）、Cr5类（H13、H12、H11、SKD61等）、各国最新发展的Cr5系列热作模具钢（W400、DIEVAR、ADC3、GS344M、GS999、DAC55、DH31-S等）、Cr3系列热作模具钢（国外QRO45、QRO80、QRO90、H10等，国内开发的3Cr3Mo3V、HM1、HM3、GR、HD、TM、Y4等），在韧性和强度提升方面各有优点，但这些热作模具钢的适用硬度均在35-55HRC范围内，其硬度较低；而国内外新开发的Cr8系高韧高耐磨冷作模具钢LD、HYC3、GM、DC53、ER5、Cr8MoV2Ti、80Cr7Mo3W2V、DC53、ASSAB-88、CRU-WEAR、QCM8、LEXCOWEAR、Vertex、PGK、VascoDIE、TCD、CPM3V专用于冷作模具，其Cr含量和C含量高，与D2、M2等钢相比较，其韧性高，设计和适用硬度范围在58-64HRC之间，但与热作模具钢相比，其韧性相差较多。基体钢H42、012Al、65Nb等合金成分多，仍存在较多的一次碳化物，易成为模具的裂纹源，且韧性仍显不足。因此，现有的模具钢均不能同时满足具有足够高的韧性以及足够高硬度的要求。 

此外，利用连续挤压工艺生产铝、铜各种扁线、异型材等产品，如高铁电缆线、铜排、铝排、铝管、汽车平行流扁管、铝包钢线、OPGW包覆线等，完全改变了传统的拉拔工艺，不仅提高产品质量，同时能生产复杂形状的产品品种，其操作简单性能稳定，无需退火、能耗低、较大幅度降低了劳动强度，改善了生产环境。常温坯料在摩擦力作用下被挤压轮拽入并随其旋转，靠挤压和摩擦力将坯料温度升到高塑性状态温度（Al为500℃，Cu约550℃），发生塑性变形后被压入模腔，遇模腔鼻子阻挡导向模孔被挤出形成要求的产品形状。 

在如上的连续挤压工艺制造产品过程中，在加料连续挤压开始后，模腔鼻子受到坯料很大的撞击，随后模腔鼻子受500-550℃的塑变挤压和转向摩擦力，工作条件极为苛刻，因此，其要求模腔材料有高的热强度、高的韧性和高的耐回火软化能力。而现有的挤压模腔材质普遍选用标准牌号的H13，或改良的优质和特优质H13，部分挤压条件过于苛刻的情况，也有采用高温合金作鼻子与H13腔体结合形成的组合式模腔。但随着挤压合金牌号和性能（强度）的提高，产品品种和规格的增多，单支产品重量的增大（50吨以上），产品质量要求（尺寸精度和金属夹杂）的提升，以及设备性能（挤压速度）的提高，模腔的使用条件更加苛刻。以前的模腔用钢材料，因为硬度和强度偏低（54HRC以下），鼻子部分磨损、变形加快，韧性不足，易发生早期断裂，难以维持模具的寿命。因此，在对模具报废原因详细调查分析后得出：①硬度偏低、强度不够和抗软化能力不足是其主要原因；②现有的模具钢都是强调了Si对二次硬化的重要作用，但Si对韧性降低还有很不利的影响，对抗回火稳定性也不利；③热处理硬度偏高时，晶粒粗化，韧性偏低；④成分的偏析导致组织的差异产生应力、气体含量和非金属夹杂物不纯度等，对钢的韧性和均匀性有很大的影响，从而造成以碳化物、非金属夹杂物为开裂源点，并使裂纹易扩展造成模具快速失效。此外，在钢中的P、Sn、Sb等的有害元素主要在晶界发生偏析，使晶界脆化，裂纹沿脆化的晶界扩展，也加快了模具早期断裂现象的发生，进一步影响了模具的寿命。 

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种具有较高的硬度、同时兼具较高韧性的高硬高韧冷热兼作模具钢。 

为实现上述目的，本发明的高硬高韧冷热兼作模具钢，其由以下重量百分比计的成分制成： 

C：0.50-0.65%；Si：0-0.35%；Mn：0.20-0.50%；Cr：5.00-6.00%；Mo：1.00-2.30%；W：0-1.50%；V：0.40-1.00%；Nb：≤0.25%；Co：≤1.00%；S：≤0.010%；P：≤0.025%；余量为铁和杂质，且同时满足Mo+0.55W的重量百分比为1.80-2.30%，碳饱和度Ac：0.90-1.10。

作为对上述方式的限定，所述的高硬高韧冷热兼作模具钢用于挤压模腔的制造。 

同时，本发明还涉及一种高硬高韧冷热兼作模具钢的生产方法，所述的高硬高韧冷热兼作模具钢具有如上任一方案中所述的成分，其采用电渣重熔、真空脱气+电渣重熔、喷射成型中任一种生产钢锭的方法制成。