[發明專利]一種熱作模具鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 201710493412.7
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN109112391B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 馮丹竹;趙坦;范劉群;李云;石峰濤;劉浩巖
• 申請（專利權）人: 鞍鋼股份有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/22;C22C38/24;C21D8/02;C21D1/32;C21D1/25
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本發明公開一種熱作模具鋼及其制備方法。鋼中含有C：0.45％～0.55％，Cr：5.50％～6.50％，Si：0.85％～1.10％，Mn：0.30％～0.50％，Mo：1.20％～1.50％，V：0.60％～1.00％，P≤0.013％，S≤0.03％，Gd：0.15％～0.25％，La：0.10％～0.15％，Y：0.10％～0.15％，其余為Fe和不可避免的雜質。電爐熔煉，鋼坯加熱溫度為1200～1280℃，保溫2～4h，開軋溫度1150～1250℃，終軋溫度820～950℃，冷速5～10℃/s，終冷溫度400～550℃。第一階段等溫退火溫度830～880℃；第二階段等溫退火溫度730～780℃；淬火溫度1050～1150℃，回火溫度550～650℃。生產的熱作模具鋼具有高等向性及抗沖擊性。

技術領域

本發明屬于高合金鋼生產領域，特別涉及一種具有高等向性及抗沖擊性的熱作模具鋼材料。

背景技術

如今，我國的模具行業迅速發展，在世界范圍內中國模具制造比例逐步提高，模具鋼的用量也在顯著增加。熱作模具鋼作為模具鋼中的重要組成部分，近年來取得較大進展，但其服役條件十分惡劣，合金元素含量較高，組織結構較為復雜，所以對其性能的要求更加苛刻。

目前，常規模具鋼應用中存在性能單一，使用壽命較短等問題，為了提高熱作模具鋼的綜合性能，可采用添加稀土元素來改善析出相的組成、分布、形貌，改變碳化物及夾雜物形態、細化晶粒、凈化和強化晶界等來提高其性能。

針對熱作模具中添加稀土元素來提高性能，國內外研究學者進行大量研發工作并取得一定成果。

鄧開國，李長榮，楊遠梅在《中國稀土學報》，2016年，第34卷第4期中發表的論文《鈰元素對H13模具鋼等向性能的研究》中提出了在H13模具鋼中添加Ce元素含量0.05％時，H13的等向性能大幅度提高，橫縱向力學性能均呈上升趨勢，但其硬度顯著降低。

陳研在《鑄造技術》，2014年，第35卷第4期中發表的論文《稀土元素Gd和Sc對H13模具鋼熱疲勞性能的影響》中提出了在H13模具鋼中添加稀土元素Gd或Sc，尤其是復合添加Gd和Sc有利于促進H13模具鋼中碳化物的彌散分布、細化組織，改善了H13模具鋼的熱疲勞性能，但對其等向性能并沒有提高且生產成本高。

CN 200410010656.8公開了“新型變質熱作模具鋼”，鋼中加入Ce：0.005％～0.100％和Y：0.005％～0.100％作為復合變質元素，以改善新型變質熱作模具鋼的微觀組織來提高性能。通過加入了Y、Ce，細化晶粒，凈化了鋼液中的氧、硫等有害元素，改變夾雜的形貌、大小及分布，減少了偏析，從而大幅提高熱作模具鋼的沖擊韌性、抗疲勞及抗氧化腐蝕性能；加入稀土元素后，熱作模具鋼的硬度雖稍有提高，但其硬度及橫縱性能比仍不能滿足優質熱作模具鋼的嚴格要求。

添加稀土元素來提高熱作模具鋼的性能是行之有效的方法。并且我國稀土資源豐富，可選擇利用稀土元素來發展熱作模具鋼。但如何進行熱作模具鋼成分及工藝的設計，滿足多種性能要求，是發展熱作模具鋼的關鍵問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種熱作模具鋼及其制備方法，通過在熱作模具鋼中添加適量的稀土元素Gd、La、Y，結合熱軋及熱處理工藝，使得該種熱作模具鋼具有高硬度和優異的硬度均勻性，等向性能和抗沖擊性能，具有優異的綜合性能。同時該種新型熱作模具鋼的生產成本低廉，降低了工業生產的經濟成本。

具體的技術方案是：

一種熱作模具鋼的化學成分按質量百分比為：C：0.45％～0.55％，Cr：5.50％～6.50％，Si：0.85％～1.10％，Mn：0.30％～0.50％，Mo：1.20％～1.50％，V：0.60％～1.00％，P≤0.013％，S≤0.03％，Gd：0.15％～0.25％，La：0.10％～0.15％，Y：0.10％～0.15％，其余為Fe和不可避免的雜質。