本发明专利技术属于工模具领域，特别涉及一种无钼低成本热作模具钢。该钢的具体化学成分（重量％）为：Ｃ：０．３８－０．４２％，Ｓｉ：０．９－１．１％，Ｓ≤０．０３０％，Ｐ≤０．０３０％，Ｍｎ：０．３－０．５％，Ｗ：１．９－２．２％，Ｃｒ：４．８－５．２％，Ｖ：０．２５－０．４５％，Ｎｂ：０．０８－０．１５％，其余为Ｆｅ及不可避免的杂质。本发明专利技术钢能替代含有较高合金含量的Ｈ１３，具有与Ｈ１３综合性能相当且具有良好的抗回火稳定性、无钼低成本的优点；合理的合金化配比比Ｈ１３钢节约合金成本２０％以上，具有更好的经济效益。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工模具领域。主要用于制造热挤压磨具与芯棒、模锻锤的 锻模、锻造压力机模具、精锻机用模具镶块以及铝、铜及其合金的压铸模 等。特别涉及一种无钼低成本热作模具钢。
技术介绍
随着机械制造业的发展，对热作模具钢的性能和经济成本提出了更高的要求H13钢是使用最广泛和最具代表性的热作模具钢种，该钢种以Cr、 Mo、 V为主要强化元素，具有良好的强韧性配合，同时保持较高的热疲 劳抗力，因而能够承受高温拉、压、冲击作用，同时还可承受高温磨损、 氧化及激冷激热周期性温度变化等作用。但钢中含有较高含量的钼和钒等 较贵重元素，近年来钼、钒合金的价格大幅上涨，造成H13钢的冶炼成本 大幅上升。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能替代较高合金含量H13，具有与H13综合 性能相当且具有良好的抗回火稳定性、无钼低成本的热作模具钢。根据上述目的，本专利技术参照美国的S7等钢种，在H13(4Cr5MoSiVl) 的基础上适当降低合金元素Mo、 V、 Cr的含量，加入少量的W、 Nb,使该 钢种达到H13的综合性能，并且具有较低的制造成本。本专利技术采用的技术 方案是(1)降低H13中的碳化物形成元素V的含量；(2)加入强碳化物形成元素Nb，部分替代V，形成一定数量的一次碳化物，并细化晶粒，以提高钢的耐磨性；(3)取消Mo，加入适量的W,降低钢的过热敏感倾向， 并提高钢的热稳定性。根据上述目的和整体技术方案，本专利技术具体的技术方案为本专利技术钢的具体化学成分(重量％)为C: 0.38-0.42%， Si: 0.9-1.1%， S^).030%， P^).030%， Mn: 0.3-0.5%, W: 1.9-2.2%， Cr: 4.8-5.2%， V: 0.25-0.45%, Nb: 0,08-0.15%，其余为Fe及不可避免的杂质。上述各元素的作用及配比依据如下C:钢中含碳量决定淬火钢的基体硬度，对热作模具钢而言，钢中的 碳一部分进入钢的基体中引起固溶强化。另外一部分碳将和合金元素中的 碳化物形成元素结合成合金碳化物。对热作模具钢，这种合金碳化物除少 量残留的以外，还要求它在回火过程中在淬火马氏体基体上弥散析出产生 两次硬化现象。从而由均匀分布的残留合金碳化合物和回火马氏体的组织 来决定热作模具钢的性能。国内外关于低碳马氏体的大量研究表明若要 获得较好的综合机械性能，钢中碳量要控制在0.38%-0.42%。Mn:除了能提高淬透性之外，还可以消除硫的有害影响。H13钢的 Mn含量在0.3%-0.5%P: P在钢液凝固时形成微观偏析，随后在奥氏体化温度加热时偏聚在晶界，使钢的脆性显著增大。控制P的含量在0.030%以下，并且含量越低越好。S:不可避免的不纯物，形成FeS，给钢带来热脆性。控制S含量在 0.030%以下，并且含量越低越好。Cr:铬形成碳化物，可提高钢的淬透性。淬火加热时铬溶于奥氏体， 淬火后固溶于马氏体中，可以提高钢的抗回火能力。参照H13钢，在本专利技术中铬含量控制在4.8-5.2%。W:钨的加入在多元复合合金化的热作模具钢中，可以明显地降低钢的过热敏感倾向，并提高钢的热稳定性。但钨的含量超过2%，钢的热强性不会再有明显提高，反而会使韧性下降。 一般应控制在1%左右。在本专利技术钢中，控制W含量在1.9-2.2%。V:钒可以降低钢的过热敏感倾向。在低合金钢中加入0.1-0.3%的钒就 有明显的效果。马氏体钢中，钒含量达到0.5%就可以产生足够的二次硬 化效应。钒量过高，在二次硬化温度范围内回火，钢的塑性、韧性将明显 下降，故钒加入量不能超过1%。 H13钢中的钒含量在0.80-1.20%，在本 专利技术钢中因加入了一定量的铌，所以钒含量控制在在0.25-0.45%。Nb:强碳化物形成元素，形成MC型碳化物，可用来部分替代V，将 V含量降至仅保持二次硬化的水平。在本专利技术钢中Nb含量控制在 0.08-0,15%。本专利技术采用与现有技术相近似的制备方法，本专利技术钢可采用电弧炉、 高频感应炉、真空感应炉冶炼，钢水浇铸成钢锭，根据需要可进行电渣重 熔，经锻造成材或开坯后轧制成棒材。本专利技术钢能替代较高合金含量H13，具有与H13综合性能相当且具有 良好的抗回火稳定性、无钼低成本的优点；合理的合金化配比比H13钢节 约合金成本20%以上，具有更好的经济效益。具体实施方式根据上述所设计的化学成分范围，在25kg真空感应炉上冶炼了 3炉本专利技术钢和1炉对比钢(H13)，其具体化学成分如表1所示。钢水浇铸成 锭，并经锻造制成016mm、 nl5mm棒材。实例钢与对比钢退火后，加工 成试样，经淬、回火处理(105(TC淬火，510 65(TC回火)，其室温力学 性能见表2 7。本专利技术钢具有与对比钢相当的综合机械性能，且比对比钢具有更高的 冲击韧性。淬火后在510 65(TC回火，本专利技术钢的硬度、强度及抗回火稳 定性与对比钢相当。1. 经淬火(本专利技术钢淬火温度1050°C，对比钢淬火温度1030°C),高 温(510 65(TC)回火后，本专利技术钢硬度、强度与对比钢相近(见表2、 3)。2. 经回火、淬火后，本专利技术钢冲击韧性高于对比钢(见表4)。3. 经淬、回火处理后，本专利技术钢具有比对比钢相当的红硬性，抗软化能力相当。(见表5)。表1本专利技术钢实施例与对比钢的化学成分，重量％<table>table see original document page 6</column></row><table><table>table see original document page 7</column></row><table>权利要求1、一种无钼低成本热作模具钢，其特征在于该钢的具体化学成分(重量％)为C0.38-0.42％，Si0.9-1.1％，S≤0.030％，P≤0.030％，Mn0.3-0.5％，W1.9-2.2％，Cr4.8-5.2％，V0.25-0.45％，Nb0.08-0.15％，其余为Fe及不可避免的杂质。全文摘要本专利技术属于工模具领域，特别涉及一种无钼低成本热作模具钢。该钢的具体化学成分(重量％)为C0.38-0.42％，Si0.9-1.1％，S≤0.030％，P≤0.030％，Mn0.3-0.5％，W1.9-2.2％，Cr4.8-5.2％，V0.25-0.45％，Nb0.08-0.15％，其余为Fe及不可避免的杂质。本专利技术钢能替代含有较高合金含量的H13，具有与H13综合性能相当且具有良好的抗回火稳定性、无钼低成本的优点；合理的合金化配比比H13钢节约合金成本20％以上，具有更好的经济效益。文档编号C22C38/26GK101240401SQ20081010134公开日2008年8月13日 申请日期2008年3月5日 优先权日2008年3月5日专利技术者刘建华, 健 周, 晨 张, 陈再枝, 马党参 申请人:钢铁研究总院本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无钼低成本热作模具钢，其特征在于该钢的具体化学成分（重量％）为：Ｃ：０．３８－０．４２％，Ｓｉ：０．９－１．１％，Ｓ≤０．０３０％，Ｐ≤０．０３０％，Ｍｎ：０．３－０．５％，Ｗ：１．９－２．２％，Ｃｒ：４．８－５．２％，Ｖ：０．２５－０．４５％，Ｎｂ：０．０８－０．１５％，其余为Ｆｅ及不可避免的杂质。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：马党参，陈再枝，刘建华，张晨，周健，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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