[发明专利]一种高性能模具钢及其制造方法

说明书

本发明公开了一种高性能模具钢及其制造方法，该高性能模具钢，按质量百分比计，其化学成分组成为：C 0.45～0.54％、Si0.02～0.15％、Mn 0.05～0.20％、Cr 2.2～3.0％、Mo 3.0～4.0％、V0.32～0.55％、W 0.31～0.48％、Ni 0.34～0.55％、N≤0.015％、P≤0.020％、S≤0.003％，余量为Fe。本发明根据成分设计优化生产工艺，使得到的模具钢具有良好的导热性及优异的强度、耐磨性和高温回火稳定性，基体纯净度高、组织均匀、无大颗粒的一次碳化物且兼具良好的韧性。

技术领域

本发明属于模具钢制造技术领域，具体涉及了一种高性能模具钢及其制造方法。

背景技术

模具被称为“工业之母”，模具钢的性能与质量直接决定着模具的使用寿命和产品生产效益。模具钢分为塑料模具钢、冷作模具钢和热作模具钢，不同类型的模具钢有不同的性能要求，比如塑料模具钢要求有较高的导热系数、抛光性和硬度，冷作模具钢要求具有非常高的硬度和耐磨性，而热作模具钢往往要求具有很高的韧性和疲劳性能。为了满足对模具复杂工况的需求，减少模具客户选材的问题，综合性能优良的模具钢是很有必要的。以H13和H11钢为例，具有较好的综合性能，可用作热作模具钢和塑料模具钢，但在某些工况时硬度、强度、耐磨性等性能偏低，不能满足模具使用工况和高生产效率的需求。

目前国际上在H13钢基础上常采用低Si高Mo低V的组成，在此基础上，本发明提高C含量、降低Mn含量、增加Ni和W含量，在提高硬度和强度的同时，兼顾考虑模具钢的韧性和热导率，使发明模具钢具有更优异的综合性能，提高模具钢的使用范围和服役寿命。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高性能模具钢及其制造方法，解决了传统H13钢强硬性不足、耐磨性不够和热导率偏低等问题，在不显著降低韧性的前提下，提高模具钢的综合使用性能和应用工况范围。

本发明的目的是以下述技术方案实现的：

一种高性能模具钢，按质量百分比计，其化学成分组成为：

C 0.45～0.54％、Si 0.02～0.15％、Mn 0.05～0.20％、Cr 2.2～3.0％、Mo 3.0～4.0％、V 0.32～0.55％、W 0.31～0.48％、Ni 0.34～0.55％、N≤0.015％、P≤0.020％、S≤0.003％，余量为Fe和不可避免地杂质元素。

如上所述的高性能模具钢的制造方法，包括以下步骤：

S1.冶炼：首先加入铁、钨和镍原料进行冶炼，供氧或加入氧化皮控制Si≤0.12％、Mn≤0.16％；然后加入脱氧剂进行脱氧，并加入铬、钒、钼原料进一步冶炼，冶炼末期进行底吹，然后扒渣、出钢并加入脱磷剂，使P≤0.020％，所述出钢温度控制为1600～1640℃；

S2.炉外精炼：首先将步骤S1冶炼后的钢液经LF炉加入脱氧剂进一步脱氧，造白渣进行脱硫，精炼不少于18min，控制钢中S≤0.005％，精炼温度≥1600℃；然后经VD炉在真空度≤0.5tor条件下精炼不少于15min，降低钢液中氧、氢、氮含量分别至0.0025％、0.0002％和0.01％以下，然后进行软吹，出钢，所述出钢温度控制为1550～1590℃；

S3.浇注母电极：采用惰性气体保护和下注法将钢液浇注为电渣重熔所需规格的母电极，浇注温度不高于1570℃、浇注时钢液上升速率不高于10mm/s，浇注完毕后冷模≥2h后，经740～780℃保温6h以上进行去应力退火，然后出炉；

S4.电渣重熔：将母电极在气氛保护条件下进行重熔精炼，选用的精炼渣中CaO含量≥10％、SiO₂含量≤1％，重熔电压为50～64V、电流8000～14000A，熔速不超过0.8DKg/h，其中D为电渣结晶器直径，重熔结束后将电渣锭在760～800℃之间保温8h以上进行退火，保温结束后以≤20℃/h缓冷至≤400℃后停止加热；