[发明专利]一种热作模具钢及其制备方法

说明书

本发明提供了一种热作模具钢及其制备方法，其中热作模具钢的化学成分质量百分比为：C：0.20～0.32wt％、Si：≤0.5wt％、Mn：≤0.5wt％、Cr：1.5～2.8wt％、Mo：1.5～2.5wt％、W：0.5～1.2wt％、Ni：0.5～1.6wt％、V：0.15～0.7wt％、Nb：0.01～0.1wt％，余量为铁，合金度为5～7％；所述热作模具钢在700℃时的抗拉强度为560～700MPa；所述热作模具钢在700℃下保温3～5h后的室温硬度值为32至38HRC；所述热作模具钢在室温下的延伸率为14％～16％，断面收缩率为48％～65％，室温冲击韧性为52～63J，具有优异的热稳定性及室温塑韧性。

技术领域

本发明涉及热作模具钢技术领域，特别是涉及一种热作模具钢及其制备方法。

背景技术

热作模具钢主要用于将再结晶温度以上固态或液态金属压制成工件的模具，例如热锻模、热挤压模、压铸模等。热作模具钢服役条件恶劣，其模腔与高温工件直接接触，局部温度可达600～700℃，同时，还承受强烈高温载荷、高温应变疲劳、冷热疲劳等作用。高温强度不足会导致模具发生软化、变形、塌陷，而抗高温应变疲劳、冷热疲劳性能的不足则导致模具发生龟裂、剥落，因此全面提升热作模具钢的高温强度、高温疲劳、冷热疲劳等性能是提高热作模具钢寿命的核心与关键指标。

现有的应用较广泛的热作模具钢为中合金铬系H13钢(4Cr5MoSiV1)，H13钢在550℃以下具有良好的强韧性配合和抗热疲劳性能，但超过600℃时强度与热稳定性急剧下降，700℃抗拉强度仅260～320MPa，高温强度的降低也导致其抗热疲劳性能的恶化，高温发生热裂倾向增大，难以满足热作模具钢高温服役工况。

为了提高热作模具钢的使用温度和高温强度，现有技术通常会采用提高碳和合金含量而制备热作模具钢，例如高合金钨钼系热作模具钢(3Cr2W8V)等，其合金含量高达10％以上，700℃高温强度可提高到300～400MPa，但其室温韧性仅为11～13J，抗冷热疲劳性能差，常常由于模具发生龟裂而早期失效，无论从使用安全性，还是成本加工等，应用范围均十分有限。

因此亟需一种具有高温高强度，同时兼具良好室温塑韧性和抗疲劳性能的热作模具钢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热作模具钢及其制备方法，以使热作模具钢具有良好的塑韧性高温应用稳定性。具体技术方案如下：

本发明的第一方面提供了一种热作模具钢，其化学成分质量百分比为：

C：0.20～0.32wt％、Si：≤0.5wt％、Mn：≤0.5wt％、Cr：1.5～2.8wt％、Mo：1.5～2.5wt％、W：0.5～1.2wt％、Ni：0.5～1.6wt％、V：0.15～0.7wt％、Nb：0.01～0.1wt％，余量为铁，合金度为5～7％；

所述热作模具钢在700℃时的抗拉强度为560～700MPa；

所述热作模具钢在700℃下保温3～5h后的室温硬度值为32至38HRC；

所述热作模具钢在室温下的延伸率为14％～16％，断面收缩率为48％～65％，室温冲击韧性为52～63J。

在本发明的一种实施方案中，所述热作模具钢还含有以下化学成分中的至少一种：

Zr：0.01～0.03wt％、Co：0.10～0.50wt％、B：0.001～0.005wt％、RE：0.01～0.10wt％、Ti：0.02～0.06wt％、以及Y：0.01～0.1wt％。

在本发明的一种实施方案中，所述热作模具钢中，S含量小于0.02wt％，P含量小于0.02wt％。

在本发明的一种实施方案中，所述热作模具钢在700℃经拉伸后，其回火索氏体组织仍保留有板条特征。