[發明專利]高硅高錳型高熱穩定性熱作模具鋼及其熱處理工藝

無效

• 申請號: 201210146712.5
• 申請日: 2012-05-14
• 公開（公告）號: CN102650020A
• 公開（公告）日: 2012-08-29
• 發明（設計）人: 周青春;吳曉春;計天予;李玲慧;閔永安
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C22C38/38
• 分類號: C22C38/38;C22C38/34;C22C38/24;C21D8/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種高硅高錳型高熱穩定性熱作模具鋼及其熱處理工藝，該模具鋼充分利用硅和錳的合金化作用特點，保證鋼中高的硅和錳含量，并且兩種元素的含量相同，不僅可以降低合金成本（相對于H13系鋼），而且具有比H13鋼高的熱穩定性和良好的韌性和熱疲勞性能，屬合金鋼制造工藝技術領域。

背景技術

熱作模具鋼中起到高溫熱強性和熱穩定性的合金元素通常是Cr、Mo、V等元素，因此目前的一些研究工作主要是對這些合金元素的調整。最近課題組的研究發現，一定量的錳元素的加入可以增加鋼的基體強化作用并能推遲馬氏體組織的轉變，提高鋼的抗回火軟化性，其成功案例是課題組開發的DM系列高熱強性熱鍛模用鋼。另外，硅元素是提高回火抗力的有效元素，提高鋼中硅元素的含量可以使鋼在回火的過程中馬氏體的分解減緩，延遲了ε-碳化物向θ-碳化物的轉變，減小鋼中碳化物在回火過程中的長大速率，提高碳化物的穩定性，其成功案例是課題組開發的高硅低鉬型熱作模具鋼SDH3鋼。

我國目前廣泛應用的熱作工模具鋼包括鎢系3Cr2W8V、鉻系H13以及應用于熱鍛模的5CrNiMo、5CrMnMo等。鎢系的3Cr2W8V雖然具有較高的回火抗力和高的熱強性，但其塑韌性、導熱性以其熱疲勞性能較差；H13鋼是現在使用最廣泛的熱作模具鋼，但是它的高溫強度不是很高，一般使用溫度不能超過540℃；5CrNiMo和5CrMnMo的熱強性較低，容易造成模具工作部分的塌陷。我國目前使用的熱擠壓模具鋼采用的是國家標準GB/T1299-2000中鋼號為4Cr5MoSiV1。這種熱擠壓模具鋼的化學成分采用C?0.32-0.45wt%、Cr?4.75-5.50wt%、Mo?1.20-1.75?wt%、V?0.80-1.20?wt%、Si?0.80-1.2wt%、Mn?0.20-0.5wt%、P≤0.03wt%、S≤0.03wt%。由于這種熱擠壓模具鋼的化學成份含有較高的鉬、鉻和釩元素及一定量的碳元素，屬于過共析鋼，因此其材料電渣錠的偏析嚴重，成材后的組織中存在大量的大塊液析碳化物，使得材料的韌性不足，容易出現早期開裂失效。由于這種材料含有大量的二次硬化元素，其回火態二次碳化物容易在服役條件下長大粗化和發生類型轉變，而且回火馬氏體中的合金元素也容易析出而降低鋼的強度，從而降低鋼的高溫性能。這種鋼的性能指標為：經1030℃淬火+590－610℃回火后洛氏硬度值為44－46HRC，沖擊韌性值（“V”型缺口）Ak為≥8J，這些在淬火加回火狀態下的硬度值和沖擊韌性值等性能指標是熱擠壓模用鋼的關鍵技術指標，是衡量熱擠壓模用鋼質量好壞的主要技術參數指標。另外，抗回火軟化能力和熱疲勞抗力是熱作模具鋼的重要性能指標。

上述熱作模具鋼的冶金制造工藝是采用電爐熔煉加電渣重熔，然后鍛造成材的工藝。在其制造工序中，電爐熔煉加電渣重熔工序完成之后獲得500Kg－3000Kg的電渣錠，徑鍛機鍛造成材。這種制造工藝存在如下問題：1）電渣錠型較小，小錠型降低了產品的成材率和制造產能；2）電渣錠的原始組織存在大量的大顆粒或大塊狀液析碳化物和組織偏析，降低了鋼錠鍛造成材后的性能指標；3）鍛后材料晶粒粗大，導致淬回火后材料的沖擊韌性低，產品檔次低，無法滿足市場對高韌性熱作模具鋼的需要。

在目前國內外可持續、經濟型的發展模式下，本發明從經濟的角度出發打破傳統的高鉬的研究方向，采用經濟的硅、錳作為主要的合金化元素，充分利用硅、錳合金元素的固溶強化和對碳化物回火穩定性等作用，而盡量降低鉻、鉬和釩等貴合金元素的含量，從而開發了硅、錳比為1：1的具有高熱穩定性、良好沖擊韌性和熱疲勞性能的熱作模具鋼。

發明內容

本發明的目的是提供一種低成本鉻?鉬釩系熱作工模具鋼及其熱處理工藝。

本發明熱作工模具鋼的特征在于鋼的化學成分中高含量的硅元素和錳元素的比例保持為1：1不變，各主要合金元素的質量百分比為：

C??????????0.25～0.45%，?????????????????Si??????????????????0.8～2.0%，

Mn????????0.8～2.0%，?????????????????????Cr?????????????????3.5～4.5%，

Mo????????0.8～1.2%，?????????????????????V??????????????????0.4～0.8%，

P???????＜0.02%，??????????????????S???????????????＜0.02%

Fe???????????余量。