一种耐高温模具钢及其制造方法技术

一种耐高温模具钢及其制备方法,该模具钢主要有下列质量百分含量的化学成分组成：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％，其余为Fe和杂质。优点在于：该种模具钢的成分配比科学合理，抗高温能力强，性能稳定，大大延长了模具的使用寿命，使用过程中不易变形，抗拉强度高，制模精度高。

A high temperature resistant die steel and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温模具钢及其制造方法
本专利技术属于工模具钢
，特别涉及一种耐高温模具钢及其制备方法。
技术介绍
用模具加工成型零件具有生产效率高、质量好、节约材料和成本等一系列优点，应用范围及其广泛。热锻模具钢是一种重要的模具材料，由于热锻模服役是与高温金属长时间接触，受到巨大的挤压力、冲压力、弯曲力、摩擦力及热冲击交变应力等复杂作用，这就要求热锻模具钢具有良好的强韧性、冷热疲劳性及高温热稳定性等。常用的高耐热热作钢是3Cr2W8V、4CrMnSiMoV和4Cr5MoSiV1钢。图1给出了这三种钢的高温力学性能，从图中可以看出，4Cr5MoSiV1钢和3Cr2W8V钢分别在温度低于600℃和650℃时高温抗拉强度均在1000MPa以上，高温硬度高于300HV；从图2可知，400-600℃下4CrMnSiMoV和4Cr5MoSiV1的高温冲击韧性均高于3Cr2W8V，当温度高于650℃时，虽然高温冲击韧性均有所提升，但高温强度和硬度均急剧下降，不能满足650℃以上高温工况所需的性能(见图1、图2)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种耐高温模具钢及其制造方法，通过设计C、Si、Cr、W、V等合金元素，尤其是针对性能要求进行了元素含量的优化匹配，并合理添加Nb、Co等合金元素,专利技术能够在650℃以上使用的耐高温模具钢。该模具钢在650℃以上具有良好的强韧性和热稳定性，优异综合性能。本专利技术的耐高温模具钢的成分质量百分含量为：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％，其余为Fe和不可避免的杂质。在上述耐高温模具钢基础上还可以选自下列元素的一种或几种：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据：即各元素作用：1、碳：钢中碳主要形成碳化物，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。另外重要的是，保持相对较低的含碳量以使钢的Ms点处于相对较高的温度水平，使钢在淬冷至室温时获得以马氏体为主加少量残余奥氏体和均匀分布的碳化物组织，并经回火后获得均匀的回火马氏体组织。避免使过多残余奥氏体在工作温度下发生转变影响工件的工作性能或变形。2、铬：铬对钢的耐磨损性、高温强度、热态硬度、韧度和淬透性都有有利的影响，同时它溶入基体中会显著改善钢的耐蚀性能。含Cr量小于6％Cr对提高钢回火抗力是有利的，但未能构成二次硬化；当含Cr大于6％的钢淬火后在550℃回火会出现二次硬化效应。铬一部分溶入钢中起固溶强化作用，另一部分与碳结合，按含铬量高低以(Fe,Cr)3C、(Fe,Cr)7C3和M23C6形式存在，从而来影响钢的性能。另外，Cr能阻止V4C3的生成和推迟Mo2C的共格析出，从而提高该钢耐热变形性能。3、锰：钢中含有Mn可以改变钢在凝固时所形成的氧化物的性质和形状。同时它与S有较大的亲合力，可以避免在晶界上形成低熔点的硫化物FeS，而以具有一定塑性的MnS存在，从而消除硫的有害影响，改善钢的热加工性能。Mn具有固溶强化作用，从而提高铁素体和奥氏体的强度和硬度，虽然其固溶强化效果不及碳、磷和硅，但其对钢的延展性几乎没有影响。锰是弱碳化物形成元素，它可溶入渗碳体中形成合金渗碳体(Fe,Mn)3C，其形成可降低系统的自由能，即趋于更稳定状态。锰溶入奥氏体中能强烈增加钢的淬透性，同时强烈减低钢的Ms点。4、硅：硅是一个对铁素体进行置换固溶强化非常有效的元素，仅次于磷，但同时在一定程度上降低钢的韧度和塑性。一般都将Si控制在钢脱氧需要的范围内。置换固溶强化一般引起铁的球面对称畸变，它能与刃形位错产生弹性交互作用，一般不与螺形位错产生交互作用而阻止其运动。这样它与C、N原子的间隙固溶强化相比属于弱强化。Si的固溶使铁素体基体的点阵常数变小，其原子半径0.118nm，α-Fe为0.126nm，由此可见，使点阵常数缩小的固溶合金元素具有较有效的强化作用。Si也为提高回火抗力的有效元素。Si降低碳在铁素体中的扩散速度，使回火时析出的碳化物不易聚集，增加回火稳定性。另外，Si虽然不推迟ε碳化物的生成，但它可固溶于ε碳化物，并提高其稳定性，延迟ε→θ转变。第一类回火脆性与ε→θ转变和沿马氏体条间界分布形成连续薄膜有关，延迟ε→θ转变便意味着提高第一类回火脆性发生温度或抬高回火温度-硬度曲线，可使回火马氏体的ε碳化物与基体保持共格和均匀分布，使回火马氏体保持有良好的强韧性配合。但是，Si易使钢呈现带状组织，使钢的横向性能比纵向性能差，也使钢的脆性转折温度升高；Si还具有促进钢的脱碳敏感性；5、钼：钼也是碳化物形成元素，和铬一样，可提高钢的高温硬度和淬透性。此外，钼还可细化晶粒，减少回火脆性，增加回火稳定性。钼元素是强碳化物形成元素。钼的固溶温度不高，低温淬火时便可大量固溶，并在回火的过程中以M2C的形式在马氏体板条内的亚晶界上以平行的细针状(二维为层片状)析出，与基体保持共格，提高钢的高温硬度。因此，通过提高钢中Mo含量，在提高回火马氏体的回复、再结晶温度的同时，Mo在钢中能形成较为细小的碳化物，从而进一步提高材料的热强性及热稳定性。钼元素的加入提高了钢奥氏体的稳定性以及钢的淬透性，并且在钢的回火过程中和碳元素结合形成数量较多的较稳定的M2C合金碳化物的析出，这种析出过程是一种弥散的质点强化相析出，较为均匀的分布在钢的基体中，具有较好的二次硬化效果。钼的加入量控制在此范围使得钢在回火的过程中获得更多的M2C合金碳化物，并产生较大的二次强化作用，这对钢的硬度和冲击韧性的提高起着重要的作用。6、钒：V是置换固溶强化铁素体和形成奥氏体的元素。它和C、N的亲和力强，形成间隙相化合物，具有FCC点阵结构，但在点阵的正八面体间隙并不都有碳原子，即存在碳原子缺位，这样，碳化钒并不严格按化学式，一般表示为V4C3(VC0.98～0.75)，所以其点阵常数和硬度在一定范围内变化。VC的熔点为2830℃，硬度为2400HV，其残留在钢内将有利于耐磨性提高，其全部溶于奥氏体的温度为1413℃。一般认为，V加入0.05％可细化晶粒，随加入量增加，细化效果加强。因为既使温度趋近700℃，V的碳化物稳定性仍高，仍能保持细小，所以V是有效阻止奥氏体晶粒粗化的元素，也是在高温下服役的钢的重要合金化元素。7、钴：Co可以最显著提高钢的耐热性和二次硬度。在软化不稳定区和软化稳定区，钴钢都可以获得很高的稳定性。8、钨：W属于铁素体形成元素，强碳化物形成元素，能有效地提高耐热钢的高温强度和蠕变性能。W超过一定量时会导致高温铁素体的生成，W含量会直接影响钢中Laves相(Fe2(W，Mo))的析出。W在耐热钢中主要起固溶强化作用，或者生成复杂的碳化物和金属间化合物，如Fe2W相。W和Mo能够在钢中形成W-Mo复合强化，一般情况下，对提高钢的蠕变断裂强度，Mo在550℃左右时效果较好，在650℃-700℃时，W比Mo更有效。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温模具钢，其特征在于：成分质量百分含量为，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％，其余为Fe和不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐高温模具钢，其特征在于：成分质量百分含量为，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％，其余为Fe和不可避免的杂质。


2.根据权利1所述的耐高温模具钢，其特征在于，还含有选自下列元素的一种或几种：V：0～1.0％，Nb：0～0.5％，Re：0～0.05％，Zr：0～0.5％，Ti：0～1.0％。


3.一种如权利要求1或2所述的耐高温模具钢的制备方法，其特征在于,工艺步骤及控...

【专利技术属性】
技术研发人员：迟宏宵，马党参，周健，殷军伟，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11