[發明專利]一種H13基體鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 202010561880.5
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111549284B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 陳蘊博;馬祖斌;趙昌德;左玲立;葛學元;劉恒三;祁曄思
• 申請（專利權）人: 北京機科國創輕量化科學研究院有限公司;金馬工業集團股份有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/22;C22C38/24;C22C38/34;C21D9/00;C21D8/06;C21D1/32;C21D1/18
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙) 11386
• 代理人: 姚東華

本發明涉及一種H13基體鋼及其制備方法，屬于材料加工技術領域，解決了現有H13鋼強韌性低、熱穩定性差以及抗疲勞性能差的問題。一種H13基體鋼，其化學成分按照質量百分比計為：C：0.30％～0.45％；Si：1.0％～2.0％；Mn：0.50％～1.0％；Cr：3.0％～4.0％；Mo：2.5％～3.5％；V：0.7％～1.2％；Al：0.001％～0.05％；N：0.004％～0.03％，其余為鐵元素。H13基體鋼的制備方法包括，步驟1：按照H13基體鋼的各元素的組成，配置原料，通過真空爐冶煉制得鋼錠；步驟2：鋼錠進行自由鍛；步驟3：自由鍛后，將圓棒進行等溫球化退火；步驟4：球化退火后，對圓棒進行熱處理，通過機加工獲得指定尺寸的產品。本發明提高了H13基體鋼強韌性、熱穩定性以及抗疲勞性能。

技術領域

本發明涉及材料加工技術領域，尤其涉及一種H13基體鋼及其制備方法。

背景技術

熱作模具在機械制造領域中起著非常重要的作用，每一個熱加工成形零件的生產都需要數個成形模具的配套。目前，國內熱作模具的使用壽命與國外發達國家相比相差甚遠，只有國外模具使用壽命的1/3～1/5，這使得產品的生產效率大大降低，進而增加了制造成本。因此，提高國內熱作模具的質量，延長其使用壽命是亟待解決的問題。

H13鋼屬于熱作模具鋼，是在碳工鋼的基礎上加入合金元素而形成的鋼種，執行標準GB/T1299—2014，優質H13鋼的在市場上呈現供不應求的狀態，因此對高性能H13鋼的研究顯得尤為重要。

目前，H13鋼性能的提升通過調整材料化學成分來實現。調整成分的方法主要有以下幾種：1)添加微量稀土元素；2)改變合金元素Cr、Mo、Si、Mn等的含量；3)添加微量Nb等元素。現有的一種技術方案，在H13基體鋼的基礎上添加Ni 1.4～2％、V 0.5～0.7％、W 0.5～1.0％、Co 0～0.75％、Nb 0.02～0.2％，提高了H13鋼的韌性、高溫強度和抗蠕變性能；現有的另外一種技術方案，降低Mo、V、Si，添加Ni、Nb、Al，從而提高了韌性。但以上兩種技術方案在提高熱穩定性上無明顯優勢，且成本較高。

由于熱作模具工況條件惡劣，要在比較極端的條件下承受各種應力或者金屬熔液對模具工作表面的侵蝕，尤其在工作中反復受到熾熱金屬的加熱和冷卻介質冷卻的熱循環交替作用下，工業生產中的常用熱作模具鋼極易產生熱疲勞。因此H13模具材料除了具有較高的強韌性外，還具有非常高的熱穩定性和抗熱疲勞性能等以滿足實際工況需求。

發明內容

鑒于上述的分析，本發明實施例旨在提供一種H13基體鋼及其制備方法，用以解決現有H13基體鋼強韌性低、熱穩定性差以及抗疲勞性能差的問題。

本發明是通過以下技術方案實現：

一種H13基體鋼，H13基體鋼的化學成分按照質量百分比計為：C：0.30％～0.45％；Si：1.0％～2.0％；Mn：0.50％～1.0％；Cr：3.0％～4.0％；Mo：2.5％～3.5％；V：0.7％～1.2％；Al：0.001％～0.05％；N：0.004％～0.03％，其余為鐵元素。

進一步地，H13基體鋼中析出M₂₃C₆、M₆C、MC三種碳化物；MC型碳化物的尺寸為0.5～1.5μm。

進一步地，M₂₃C₆的質量分數為1.5～2.0％，MC的質量分數為1.1～1.2％，M₆C的質量分數為3.5～4.0％。

進一步地，H13基體鋼中析出AlN氮化物；AlN析出相的尺寸為100～120nm。

一種H13基體鋼的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：按照H13基體鋼的各元素的組成，配置原料，通過真空爐冶煉制得鋼錠；

步驟2：鋼錠進行自由鍛制得圓棒；