[发明专利]一种高热强性热作模具钢及其制造方法

说明书

本发明涉及一种高热强性热作模具钢，包括以下合金元素(质量百分比)：C 0.40～0.45％，Si 0.10～0.30％，Mn 0.30～0.50％，Cr 4.50～5.00％，Mo 2.10～2.50％，V 0.60～0.90％，Co 0.80～1.50％，P≤0.015％，S≤0.002％，余量为Fe及不可避免的不纯物。本发明还提供了一种钴合金化热作模具钢的制备和热处理方法，包括配料、冶炼、浇铸，电渣重熔；高温扩散退火，多向锻造热加工；预备热处理；最终热处理。本发明制备的钢改善了4Cr5MoSiV1钢碳化物在高温条件下易粗化长大的缺点，利用钴元素的固溶强化效应并合理调整各成分配比，结合适宜的制备方法，极大地提高材料的高温强度、抗回火软化性能、抗冷热疲劳性能与抗热熔损性能，满足当前热作模具制造对材料高温综合性能的要求。

技术领域

本发明涉及一种合金钢及其制造方法，特别涉及一种高热强性热作模具钢及其制造方法，属合金钢制造工艺技术领域。

背景技术

热作模具钢是主要用于制作对金属进行热变形加工的模具用的合金工具钢，热作模具工作环境温度较高，由于长时间处于高温高压条件下工作，往往受到因加热、冷却而产生的反复拉、压应力以及金属(液)流动而产生的磨损和腐蚀，常见的失效形式有：热疲劳、断裂、塑性变形、热磨损及热熔损等。因此，要求模具材料具有高的强度、硬度及热稳定性，特别是应有高热强性、热疲劳性、韧性和耐磨性。

目前国内常用的热作模具钢主要为4Cr5MoSiV1(H13)，该材料的优点是具有相对较好的加工性能及强韧性，主要缺点是当使用温度超过600℃时，钢中碳化物易粗化长大，使得弥散强化作用降低而导致材料热稳定性与热疲劳性严重不足，容易出现开裂失效，严重制约了生产的稳定性与效率；除此之外，目前国内高端热作模具主要依靠进口，例如德国Kind&Co公司的TQ1、HP1、HTR，日本DAIDO的DHA系列，瑞典Uddeholm的Dievar、QRO 90supreme等，而进口钢种又带来极为高昂的成本。

随着热作模具钢领域特别是热冲压与压铸行业的发展，高热强性热作模具对于各相关企业生产成本与工期的降低作用越来越明显。高热强性意味着更少的意外失效可能性，更多的使用模次，总体更低的材料费用和更少的反复修模、换模带来的工时与人力损耗。因此，热作模具钢尤其是常用的热作模具钢4Cr5MoSiV1高温性能的不足，严重制约了压铸行业的发展。因此，自主研发一款高端的、高热强性的热作模具钢，显得尤为重要。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是通过合理调整和优化化学成分和配比，提供一种高热强性热作模具钢及其制造方法。具体的，本发明立足于提升热作模具钢的热强性，提供了一种热作模具钢新的合金配比：在4Cr5MoSiV1的基础上新增适量钴元素，同时将钼元素含量增加一倍并降低硅元素的含量，从而大幅提高热作模具钢的热强性(热稳定性、热疲劳性和热熔损性)，开发出一种含钴高热强性热作模具钢，并提供该钢的制备和热处理方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高热强性热作模具钢，包括以下质量百分比计的原料：碳C：0.40～0.45％，硅Si：0.10～0.30％，锰Mn：0.30～0.50％，铬Cr：4.50～5.00％，钼Mo：2.10～2.50％，钒V：0.60～0.90％，钴Co：0.80～1.50％，磷P：≤0.015％，硫S：≤0.002％，余量为铁Fe及不可避免的不纯物。

进一步地，所述钴Co质量百分比含量为：0.90～1.00％。

进一步地，该高热强性热作模具钢，包括以下质量百分比计的原料：碳C：0.40～0.42％，硅Si：0.20～0.30％，锰Mn：0.30～0.40％，铬Cr：4.80～5.00％，钼Mo：2.20～2.30％，钒V：0.60～0.70％，钴Co：0.90～1.00％。

本发明还提供一种高热强性热作模具钢的制造方法，其步骤如下：