[發明專利]一種鍛造模具用鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 201410228020.4
• 申請日: 2014-05-27
• 公開（公告）號: CN105274443B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 張洪奎;王榮輝;劉笑蓮;張杉
• 申請（專利權）人: 寶鋼特鋼有限公司
• 主分類號: C22C38/46
• 分類號: C22C38/46;C22C33/04;C21D8/06;C21D1/18
• 代理公司: 上海集信知識產權代理有限公司31254
• 代理人: 肖祎

技術領域

本發明涉及一種新型鍛造模具用鋼，尤其是涉及一種具有高熱強性及高韌性的熱鍛及溫鍛模具用鋼，適用于機械零部件的精密模鍛。

背景技術

鍛模是熱模鍛的工具，將鍛件坯料加熱到金屬的再結晶溫度以上的鍛造溫度范圍內，放在鍛模上，再利用鍛造設備的壓力將坯料鍛造成帶有復雜形狀的鍛件。

鍛模對高溫狀態下的金屬進行加工，工件溫度最高可達1200℃，工作條件苛刻，模具需承受反復沖擊載荷和冷熱交變作用，產生很高的內應力。金屬流動時還會產生摩擦作用磨損模具表面。因此要求鍛造模具在高溫下應具有高的強度、硬度、耐磨性、韌性、抗熱裂性。因此鍛模材質通常選擇5CrNiMo、H13、3Cr2W8V。上述三個鋼種的熱強性能，5CrNiMo最低，3Cr2W8V最高；沖擊韌性，5CrNiMo及H13較高，3Cr2W8V較低；三個鋼種的性能差別主要由化學成分及組織狀態所決定，5CrNiMo鋼合金元素總量較低，熱強性較差，溫度超過300℃，強度開始急劇下降，僅適用于模具表面溫度為400℃以下的工況使用，如錘鍛模；3Cr2W8V因含有較高的W元素，具有明顯的二次硬化效果，熱強性及回火穩定性較高，模具表面溫度可在600～650℃工況下工作，但用在鍛模方面模具使用壽命不高，因鍛模在使用過程需承受很大的沖擊載荷，3Cr2W8V鋼沖擊韌性較低，影響鍛模的使用壽命；H13鋼的熱強性介于5CrNiMo和3Cr2W8V之間，鋼中含有5％Cr及適量的Mo、V、Si等合金元素，具有二次硬化效果，可在550～600℃工況下工作，且沖擊韌性高于3Cr2W8V，因此H13鋼在鍛模上的應用較為廣泛。

H13鋼雖然具有良好的沖擊韌性，但其高溫強度不是很高，在較大的壓力載荷下，模具容易產生塌陷，而具有高強度的3Cr2W8V熱模具鋼，其韌性較差，在使用過程中也會使模具的壽命降低。熱鍛及溫鍛模具的使用壽命是熱作模具鋼中最低的一類模具，模具單次平均使用壽命僅為3000次左右，因此熱鍛及溫鍛模具的使用壽命急待提高。

因此，目前也有很多研究開始解決這一問題，中國專利CN1040396公開了高強韌性錘鍛模具鋼，該鋼雖然添加了Cr、Mo、W、V合金元素，但添加量較少，對鋼的高溫強度的提高不明顯，模具在高溫下工作表面易磨損。該鋼經980℃淬火+600℃回火處理后，硬度達到HRC45.5；室溫沖擊韌性達到ak53.9J/cm²；550℃沖擊韌性達到ak83.3J/cm2；對比鋼種5CrNiMo鋼經860℃淬火+450℃回火處理后，硬度達到HRC45；550℃沖擊韌性達到ak51.0J/cm²；該鋼的高溫強度較5CrNiMo有一定提高，用于自由錘鍛件模具使用壽命比5CrNiMo鋼提高1～2倍，用于熱模鍛模具使用壽命比5CrNiMo鋼提高一倍，但與H13鋼相比，使用壽命相當，說明該鋼適合于自由錘鍛模具。該鋼雖然添加了Cr、Mo、W、V合金元素，但添加量較少，與5CrNiMo鋼相比，高溫強度隨有提高，但是使用壽命沒有超過H13。中國專利CN86101666公開了一種高性能熱作模具鋼，與專利CN1040396公開的化學成分相比，該鋼雖然增加了添加了Cr、Mo、W、V合金元素，高溫回火后硬度進一步提高，但沖擊韌性有所降低。該鋼經1060℃淬火+600℃回火處理后，硬度達到HRC48，550℃沖擊韌性：6.0Kgf·M/cm²，與公開號為CN1040396的專利申請相比，高溫回火硬度有所提高，沖擊韌性有所下降，主要適用于承受沖擊載荷不大的模具。

精密鍛造領域中的溫鍛成形對模具的高溫硬度及沖擊韌性的要求高于熱鍛模具，因精密溫鍛成形溫度(700～850℃)低于熱鍛溫度，鍛坯變形抗力增大，與熱鍛相比，模具承受的沖擊載荷增大1～4倍，因此要求模具能夠承受重載沖擊載荷，因此溫鍛模具必須同時具有足夠的強度及韌性。傳統的熱作模具鋼H13、3Cr2W8V以及有關專利申請公開的鋼種的性能特點，都不具備足夠的強度及韌性應用于精密溫度成形模具，單次使用壽命僅為2000次左右，都存在使用壽命不高的缺點。

發明內容

為了克服精密溫鍛模具使用壽命偏低的缺點，本發明采用Mo-W-V的合金化技術提高材料的高溫強度，通過添加碳化物形成元素Mo、W、V，在回火處理過程中沉淀析出細小彌散的高硬度的碳化物，形成二次硬化效應，提高材料的高溫強度，采用Ni合金化技術提高材料的沖擊韌性，通過添加合金元素在淬火過程中Ni形成殘余奧氏體提高材料韌性。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：