[發明專利]一種耐高溫模具鋼及其制造方法

在審

• 申請號: 201911385345.2
• 申請日: 2019-12-28
• 公開（公告）號: CN111101080A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 遲宏宵;馬黨參;周健;殷軍偉
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: C22C38/30
• 分類號: C22C38/30;C22C38/28;C22C38/26;C22C38/24;C22C38/22;C22C38/04;C22C38/02;C22C33/04;C21D1/30;C21D1/18;C21D1/58
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

一種耐高溫模具鋼及其制備方法,該模具鋼主要有下列質量百分含量的化學成分組成：C：0.2～0.3％，Si：0.2～0.4％，Mn：0.3～0.8％，W：7.0～9.0％，Mo：1.0～4.0％，Cr：6.0～8.0％，Co：6.0～10.0％，V：0～1.0％，Nb：0～0.5％，Re：0～0.05％，Zr：0～0.5％，Ti：0～1.0％，其余為Fe和雜質。優點在于：該種模具鋼的成分配比科學合理，抗高溫能力強，性能穩定，大大延長了模具的使用壽命，使用過程中不易變形，抗拉強度高，制模精度高。

技術領域

本發明屬于工模具鋼技術領域，特別涉及一種耐高溫模具鋼及其制備方法。

背景技術

用模具加工成型零件具有生產效率高、質量好、節約材料和成本等一系列優點，應用范圍及其廣泛。熱鍛模具鋼是一種重要的模具材料，由于熱鍛模服役是與高溫金屬長時間接觸，受到巨大的擠壓力、沖壓力、彎曲力、摩擦力及熱沖擊交變應力等復雜作用，這就要求熱鍛模具鋼具有良好的強韌性、冷熱疲勞性及高溫熱穩定性等。常用的高耐熱熱作鋼是3Cr2W8V、4CrMnSiMoV和4Cr5MoSiV1鋼。圖1給出了這三種鋼的高溫力學性能，從圖中可以看出，4Cr5MoSiV1鋼和3Cr2W8V鋼分別在溫度低于600℃和650℃時高溫抗拉強度均在1000MPa以上，高溫硬度高于300HV；從圖2可知，400-600℃下4CrMnSiMoV和4Cr5MoSiV1 的高溫沖擊韌性均高于3Cr2W8V，當溫度高于650℃時，雖然高溫沖擊韌性均有所提升，但高溫強度和硬度均急劇下降，不能滿足650℃以上高溫工況所需的性能(見圖1、圖2)。

發明內容

本發明的目的是提供一種耐高溫模具鋼及其制造方法，通過設計C、 Si、Cr、W、V等合金元素，尤其是針對性能要求進行了元素含量的優化匹配，并合理添加Nb、Co等合金元素,發明能夠在650℃以上使用的耐高溫模具鋼。該模具鋼在650℃以上具有良好的強韌性和熱穩定性，優異綜合性能。

本發明的耐高溫模具鋼的成分質量百分含量為：C：0.2～0.3％，Si： 0.2～0.4％，Mn：0.3～0.8％，W：7.0～9.0％，Mo：1.0～4.0％，Cr：6.0～ 8.0％，Co：6.0～10.0％，其余為Fe和不可避免的雜質。

在上述耐高溫模具鋼基礎上還可以選自下列元素的一種或幾種：V： 0～1.0％，Nb：0～0.5％，Re：0～0.05％，Zr：0～0.5％，Ti：0～1.0％。

上述各元素作用及配比依據：即各元素作用：

1、碳：鋼中碳主要形成碳化物，在回火過程中在淬火馬氏體基體上彌散析出產生兩次硬化現象。另外重要的是，保持相對較低的含碳量以使鋼的Ms點處于相對較高的溫度水平，使鋼在淬冷至室溫時獲得以馬氏體為主加少量殘余奧氏體和均勻分布的碳化物組織，并經回火后獲得均勻的回火馬氏體組織。避免使過多殘余奧氏體在工作溫度下發生轉變影響工件的工作性能或變形。

2、鉻：鉻對鋼的耐磨損性、高溫強度、熱態硬度、韌度和淬透性都有有利的影響，同時它溶入基體中會顯著改善鋼的耐蝕性能。含Cr量小于6％Cr對提高鋼回火抗力是有利的，但未能構成二次硬化；當含Cr大于6％的鋼淬火后在550℃回火會出現二次硬化效應。鉻一部分溶入鋼中起固溶強化作用，另一部分與碳結合，按含鉻量高低以(Fe,Cr)3C、(Fe, Cr)7C3和M23C6形式存在，從而來影響鋼的性能。另外，Cr能阻止V4C3 的生成和推遲Mo2C的共格析出，從而提高該鋼耐熱變形性能。