[发明专利]一种高性能热作模具钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能热作模具钢及其制备方法，包括提供了一种高性能热作模具钢，按重量百分比计，包括C为0.9‑1.0％；Si为0.7‑0.9％；Mn为0.4‑0.6％；Cr为7.5‑8.0％；Mo为2.4‑2.7％；V为0.4‑0.6％；Ni为0.3‑0.4％，B为0.0001‑0.0003％，余量为Fe。本发明通过成分优化制备出的热作模具钢，能够满足热锻模具、压铸模具、挤压模具的使用要求，其性能能够满足：淬火温度1030‑1080℃，淬火硬度64HRC，使用硬度48‑62HRC，冲击功≥450J，比现有热作模具钢的机械性能，冲击力，耐磨性，耐热性及抗粘模力的性能都有较大提高。

技术领域

本发明涉及材料成分设计与制备领域，特别是涉及一种高性能热作模具钢及其制备方法。

背景技术

模具钢是用来制造冷冲模热锻模、压铸模等模具的钢种，而模具是机械制造、无线电仪表、电机、电器等工业部门中制造零件的主要加工工具，其质量直接影响着压力加工工艺的质量、产品的精度产量和生产成本，通常模具的质量与使用寿命，主要依靠合理的结构设计、加工精度、模具材料以及和热处理等几方面。按模具的服役条件，可以将模具钢分为四大类，包括冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢以及塑胶模具钢。这其中热作模具是指，用来将加热的金属或液体金属制成所需产品的工装，如热锻模具、热镦模具、热挤模具、压铸模具和高速成模具等，而所采用的各种模具用钢统称为热作模具钢。

随着我国的汽车行业、轨道交通、航空航天、工程机械等行业快速发展，各类机械设备锻件需求量大幅增加，采用锻压机械加工锻件增多，锻压模具用钢量需求很大，仅西南成都、重庆地区的锻压模具钢市场年需求量在一万吨左右。由于热作模具在工作条件下表面与心部温差较大，因此对热作模具材料的性能要求也比较高，需要对硬度和强度性能、韧性、耐热性、耐磨性等等方面进行要求。特别是热作模具在工作时反复受热和水冷、且承受很大的冲击力，从而对热作模具钢要求较高，如高强度、高机械性能、耐磨性、耐热性及低粘模力的性能。

专利申请号：201510776761.0，专利名称为：一种提高4Cr5MoSiV1热作模具钢性能的制备方法，，公开了在控氧条件下添加纯稀土La和Ce，经扩散均匀化退火，三维方向的三次镦粗、拔长锻造，锻后水、空气双介质交替快速冷却，其得到的4Cr5MoSiV1热作模具钢具有稳定的回火组织，其硬度达到45±1HRC，但是该硬度指标仍然较低，而且其难以保证热稳定性。需要开发出硬度更高、机械性能更好、高耐磨性、高耐热性及低粘模力的热作模具钢材。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能热作模具钢及其制备方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种高性能热作模具钢，按重量百分比计，包括C为0.9-1.0％；Si为0.7-0.9％；Mn为0.4-0.6％；Cr为7.5-8.0％；Mo为2.4-2.7％；V为0.4-0.6％；Ni为0.3-0.4％，B为0.0001-0.0003％，余量为Fe。

本发明中高性能热作模具钢的成分设计理由如下：

C：碳是仅次于铁的主要元素，直接影响钢材的强度、塑性、韧性等。钢中含碳量决定淬火钢的基体硬度，对热作模具钢而言，钢中的碳一部分进入钢的基体中引起固溶强化。另外一部分碳将和合金元素结合成合金碳化物。对热作模具钢，这种合金碳化物除少量残留以外，还要求它在回火过程中在回火马氏体基体上弥散析出碳化物产生二次硬化现象，均匀分布的残留合金碳化物和回火马氏体组织来决定热作模具钢的性能。随着碳含量的增加，材料屈服点和抗拉强度会逐渐提高，为保证热作模具钢的综合机械性能，加入C(碳)含量为0.9～1.0％。

Si：硅在炼钢过程中作为还原剂和脱氧剂被添加，添加量为0.15-0.5％，当缸中含硅量超过0.5％时，硅作为钢中的合金元素，可以显著提升缸的弹性极限、屈服点和抗拉强度。硅与钼、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，提高钢的耐热性能，用于制造耐热钢。硅在热处理过程中，能溶于铁素体和奥氏体中，提高钢的硬度和强度。因此，需要控制其含量，加入Si(硅)的含量为0.7～0.9％。