[发明专利]一种高热导率含Al、Nb渗氮热作模具钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高热导率含Al、Nb渗氮热作模具钢及其制备方法。本发明热作模具钢以质量百分比计，包含：C 0.40～0.50％，Si≤0.30％，Mn≤0.30％，Cr 2.00～3.50％，Mo 0.30～0.80％，V 0.60～0.80％，Al 0.50～0.90％，Nb 0.05～0.15％，P＜0.015％，S＜0.015％，Fe余量。本发明钢基于4Cr5MoSiV1钢合金成分，调整C与Cr、Mo、V比例，添加Al、Nb，合金含量比4Cr5MoSiV1钢少1.5～2.0％。本发明钢成本低、韧性与4Cr5MoSiV1钢相当，具有高热导率和渗氮性、优良的耐磨性和回火抗力。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种高热导率含Al、Nb渗氮热作模具钢及其制备方法。

背景技术

受益于汽车、电子、塑料制品的需求日益增加，零部件热成型行业发展迅速。但由于热成型服役工况的特殊性，要求模具钢材料具有更高的性能要求，如高热导率、高温稳定性、良好的高温摩擦磨损性能等。我国目前热作模具钢通常采用的是国家标准GB/T1299-2014中的3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1、4Cr5Mo2V钢，但在热冲压、热挤压行业应用效果均不太理想。其中3Cr2W8V钢导热性和抗热疲劳性能差，塑、韧性低，容易发生早期断裂，而铬系热作模具钢4Cr5MoSiV1(H13)和4Cr5Mo2V(DIEVAR)一般使用温度不超过600℃，并且高温磨损寿命不高，影响成型产品表面质量。

从模具服役行为而言，一方面为了尽快传导热成型过程中零部件的热量，减缓模具局部损伤软化，模具材料需要较高的导热系数、高温强度和热稳定性；另一方面，热挤压、热冲压服役过程中模具表面极易产生拉毛，模具材料需要具备优良的耐磨性，或者易于表面处理以获得耐磨损性能；同时热成型过程中存在一定的冲击载荷，优良的韧性可有效保证模具寿命。

因此，目前在国内外可持续、经济型的发展模式驱动下，从创新的角度出发，针对市场特定需求，采用经济的合金化方法，充分利用合金元素配比对热导率和高温回火稳定性的作用，本发明研究出一种高热导率含Al、Nb渗氮热作模具钢，为我国自主研制高性能、长寿命渗氮热作模具钢迈出了重要一步。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种高热导率含Al、Nb渗氮热作模具钢及其方法。本发明采用一种经济的化学成分配比，基于4Cr5MoSiV1钢合金成分，调整C与碳化物形成元素Cr、Mo、V的比例，获得高的热导率和回火抗力；添加Nb后能够细化组织和提高服役温度，添加Al后表面渗氮能够形成AlN高耐磨强化相，解决了4Cr5MoSiV1钢表面渗氮处理后抗回火软化能力和耐磨性弱的缺陷。合金含量比4Cr5MoSiV1钢少1.5～2.0％，降低了生产成本。本发明满足了我国当前热冲压、热挤压模专用钢品种缺乏的现状，使我国具备了自主研制高性能、长寿命渗氮热作模具钢的能力。

技术方案：本发明的目的通过下述技术方案实现：

本发明提供了一种高热导率含Al、Nb渗氮热作模具钢，所述热作模具钢以质量百分比计，包含：C 0.40～0.50％，Si≤0.30％，Mn≤0.30％，Cr 2.00～3.50％，Mo 0.30～0.80％，V 0.60～0.80％，Al 0.50～0.90％，Nb 0.05～0.15％，P＜0.015％，S＜0.015％，Fe余量。

本发明钢化学成分的设计原理如下：

C：碳在钢中可部分溶入基体中起到固溶强化的作用；部分与合金元素形成合金碳化物。适量提高碳含量可提高钢的淬硬性和淬透性；但当碳含量过高时，将导致形成过多的碳化物和组织偏析，影响钢的冲击韧性。而当碳元素含量过低，将会造成和其他合金元素结合形成合金碳化物量较少，影响钢的硬度、耐磨性和高温性能等。在碳钢中，碳的增加降低热导率，但是在合金钢中要考虑其与合金元素共同的作用来保证热导率和耐磨性能。