[发明专利]一种新型稀土热作模具钢及其制备方法

说明书

本发明提供了一种新型稀土热作模具钢及其制备方法，该钢板的成分按重量百分比计如下：C：0.46％～0.54％，Si：1.20％～1.60％，Mn：0.60％～1.10％，Cr：3.50％～4.50％，Mo：1.60％～2.50％，V：1.50％～2.50％，P≤0.015％，S≤0.03％，Nd：0.067％～0.086％，Er：0.056％～0.072％，[H]≤3.0ppm，[O]≤30ppm，余量为Fe及不可避免杂质。制备方法包括电炉熔炼、连铸、加热、热轧、冷却、热处理，采用本发明生产出的热作模具钢具有优异的力学性能，且同时具有良好的伸长率和收缩率，具有优异的综合性能。

技术领域

本发明属于材料加工领域，尤其涉及一种新型稀土热作模具钢及其制备方法。

背景技术

随着压铸、挤压成型生产技术的日益推广，模具工业得以快速发展，模具制造水平的高低已成为衡量一个国家加工制造业发展水平的重要标志之一。国内模具工业的快速发展，成品模具销售额以年均20％以上的速度高速增长。但我国模具钢材料生产企业良莠不齐，品质高低不等，部分高端模具材料需要从日本、瑞典等国进口。热作模具钢是用于热挤压、压铸的高温高压服役环境的主要模具钢种。该模具钢种的作业工况恶劣，在运行中反复受到炽热金属的加热和冷却介质的冷却热循环作用，极易在缺陷及薄弱部位形成疲劳源，并扩展形成裂纹失效。国内模具钢技术的发展以跟随国外先进技术形式进行探索，主要从调整化学成分，开发设计新型热作模具钢材料着手，减少内部缺陷，使其组织均匀细小，提高等向性能，降低出现薄弱部位的可能，从而提高热作模具钢的综合性能。

目前，热作模具钢的合金化思路包括降硅增钼，国内外学者普遍认为，热作模具钢中的硅含量(质量分数)以0.5％～0.8％为宜，因为当硅量较高时，会增加钢的回火脆性，同时还会增加钢的脱碳敏感性，并使碳化物的聚集过失效速度增大，以至于难以控制。但也有文献指出，在钢的淬火过程中，较高的硅可以有效增加钢中的残余奥氏体，提高钢的韧性及基体的回火稳定性，增强钢的热疲劳抗力。

上海大学的研究成果《H13改进型热作模具钢的组织与性能》(《钢铁研究学报》，2013年，第25卷第5期，计天予，吴晓春)研究了一种新型改良热作模具钢，增加了硅和锰的含量，降低钒的含量，同时Si和Mn的量比为1:1，改良的热作模具钢具有较好的强韧性、热稳定性能，但降低了等向性能。

专利《一种高硅高锰热作模具钢及其制备方法》(申请号201010256440.5)公开的热作模具钢化学成分组成(质量分数)：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％，使热作模具钢具有高抗回火稳定性，以及良好的韧性，但不能保证等向性能。

《一种兼有耐高温和高韧性的热作模具钢及其制法》(公开号：CN105950962A)，公开的热作模具钢主要化学成分组成(质量分数)：C：0.50％-0.65％，Si：0.7％-1.3％，Mn：0.6％-1.0％，Cr：2.5％-4.5％，Mo：2.7％-4.5％，V：0.5％-1.1％，P0.02％，S0.0005％，余量为Fe。

专利《一种热作模具钢及其制造方法》(CN200510118306.8)公开的热作模具钢合金元素组成为(质量分数)：C：0.40％-0.47％，Si：0.60％-1.00％，Mn：0.30％-0.80％，P、S≤0.030％，Cr：2.20％-2.70％，W：0.90％-1.20％，Mo：0.80％-1.00％，V：0.70％-1.00％，其余为Fe和杂质元素。

上述发明均通过对热作模具钢各成分用量的改进，使得热作模具钢具有高韧性和良好的耐高温性能，但硬度的均匀性较差。