一种抗机械应变性及高均匀性的模具钢及其制备方法技术

本发明专利技术提出一种抗机械应变性及高均匀性的模具钢及其制造方法，钢板成分按重量百分比计：C：0.35％～0.45％，Si：0.80％～1.00％，Mn：0.60％～0.80％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：4.4％～5.4％，Mo：1.30％～1.50％，V：0.90％～1.10％，Zn：0.30％～0.50％，Al：0.10％～0.20％，其中，Al+Zn＝0.5％～0.6％，Si+Mn+Al＝1.65％～1.85％，Si/Zn＝2.0～2.7，余量为Fe及不可避免杂质。钢板的生产方法包括冶炼、连铸、板坯加热、轧制、矫直、缓冷、热处理。上述模具钢硬度为48～51HRC，厚度截面硬度差≤1.5HRC；循环温度为20～600℃，温度加热到600℃时保温80s，随后进入循环冷却水中，冷却10s，以此为一次冷热循环，取钢板心部试样经700次、1000次、1300次热疲劳，硬度分别为46～47HRC、47～48HRC、45～46HRC。45～46HRC。

【技术实现步骤摘要】
一种抗机械应变性及高均匀性的模具钢及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属材料生产
，尤其涉及一种具有良好抗机械应变性及高均匀性的模具钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]压铸模具钢在使用过程中，由于高温熔融液体的注入，模具要承受700℃左右的温度；而热锻模具服役时，型腔表面要承受1100～1200℃的温度。热疲劳是由加热和冷却循环交替引起的，在循环加热和冷却的条件下，模具中会产生较大的热梯度，从而使模具在加热时处于压缩状态受到压应力和压应变，在冷却时处于拉伸状态受到拉应力和拉应变。这种交替的拉压状态将导致模具材料强度下降。随着循环次数的增加，会在模具上产生细小裂纹并扩展，最终导致模具失效。热疲劳失效是常见的失效形式，且在模具失效中占很大比例，严重影响模具使用寿命，由于高额的维护和更换成本，热疲劳失效会对企业造成很大的损失，但目前科学研究中仅考虑了温度产生的热应变对模具材料的影响，没有考虑实际服役过程中模具还要承受的机械载荷产生的机械应变。因此研制出高温下同时具有良好承受机械应变能力的模具钢对实际应用具有重要意义。此外，性能的均质性是模具钢使用寿命长短的重要影响因素，若局部硬度不够、韧性不足，造成模具边缘或局部断裂可使模具提前损坏。因此，使模具钢保持高均质性利于延长模具寿命。
[0003]国内许多单位在开发研制新型模具钢、提高产品质量、优化生产工艺、提高模具寿命等方面做了大量的工作。申请号为2021116035138的专利《一种大型热锻热作模具钢的制备方法》公开了一种大型热锻热作模具钢的制备方法，其成分百分比为：C：0.30％
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0.39％，Si：0.35％
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0.55％，S≤0.002％，P≤0.02％，Mn：0.50％
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0.7％，Mo：1.40％
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1.70％，Cr：2.60％
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3.40％，V：0.10％
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0.30％，Ni：0.80％
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1.20％，Al+Nb≤0.2％，B≤0.1％，其余为Fe及不可避免的杂物。采用钢锭预开坯
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预开坯料高温扩散
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坯料锻造
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正火及球化退火工艺进行生产。其有益效果是：通过对钢的成分以及含量的改进，并使用新的锻造方法，得到的大型热锻热作模具钢，强韧性好，具有高回火稳定性，高温强度好，能够满足大截面热锻热作模具钢的使用需求。但锻造成本高，成材率低，且难以保证抗高温机械应变性能。申请号为202111539962.0的专利《稀土热作模具钢及其制备方法》公开了一种稀土热作模具钢及其制备方法，包括如下组分：C，Mn，Si，S、P，Cr，Mo，V，Al，La，Ce，余量为Fe。制备方法包括冶炼、精炼、VD真空脱气、调质等步骤。优点是：1、在包含Cr、Mo、Si、V等合金的基础上添加Re，具体加入La和Ce，进一步优化Cr、V、Mo等组分配置，并以固溶强化和二次硬化机制提升增强，该专利技术的稀土制作模具钢具有高强度、高韧性及高热稳定性等特征，能够延长模具使用寿命，加快生产节奏，满足大量应用需求；2、经测试，该专利技术提供的稀土热作模具钢使用寿命高达8000至10000次。但难以保证材料韧性。申请号为202011050661.7的专利《一种超高耐磨高韧性热作模具钢及其制备方法》公开了一种超高耐磨高韧性热作模具钢及其制备方法，其成分重量百分比为：C：0.47％
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0.55％，Si：0.10％
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0.30％，Mn：0.30％
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0.50％，Mo：2.00％
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2.50％，Cr：5.00％
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5.50％，V+W：0.80％
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1.20％，Co：1.50％
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2.00％，S≤0.002％，
P≤0.015％，N≤0.0090％，H≤0.015％，O≤0.0015％，其余为Fe和其他不可避免杂质，且，需同时满足：Cr：Mo：(V+W)＝(10～11)：(4～5)：(1.6～2.4)。该专利技术解决了目前热冲压模具高温下耐磨性降低，必须进行一次或者多次渗氮处理增加模具表面耐磨性问题；通过合金元素的优化，增加了基体金属在回火时析出二次碳化物的数量，优化碳化物分布，从根本上提高模具的耐磨性，改善韧性，使模具免于渗氮处理。但难以保证材料韧性。申请号为202110962449.6的专利《一种超细化型高韧性模具钢及其制备方法》公开了一种超细化型高韧性模具钢及其制备方法，其原料按照质量百分比包括：C：0.32％
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0.41％，Si：0.10％
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0.40％，Mn：0.30％
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0.70％，Cr：4.90％
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5.30％，Mo：2.20％
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2.50％，V：0.40％
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0.60％，Nb：0.015％
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0.025％，P<0.015％，S<0.001％和余量的Fe。将C含量设定为热作模具钢的成分，能够提高材料淬透性和淬硬性同时还可以形成合金碳化物，改善耐磨性；降低Si含量，以提高材料的韧性；将Cr含量保持与热作模具钢1.2367中Cr含量相同，同时降低V含量，提高Mo含量能够减少含V共晶碳化物的生成，降低对韧性的影响，并保证材料具有较好的抗回火软化性，增加Nb元素，促进组织中C析出，形成细小弥散的碳化物，在热处理过程中阻止奥氏体晶粒长大。但不能保证截面性能均匀性。申请号为2021107556193的专利《一种耐高温和高韧性的热作模具钢及其生产工艺》公开了一种耐高温和高韧性的热作模具钢及其生产工艺，热作模具钢由如下重量百分比的成分组成：C：0.31％
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0.42％；Si：0.17％
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0.28％；Mn：0.40％
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0.60％；Cr：4.90％
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5.15％；Mo：2.40％
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2.65％；V：0.55％
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0.60％；Ni：0.20％
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0.35％；P≤0.01％；S≤0.003％；Cu≤0.10％；[H]≤1.5ppm；[O]≤18ppm；[N]≤75ppm；Fe余量，该专利技术优化了热作模具钢的原料配占比，在电炉冶炼、精炼、真空脱气和二次真空脱气步骤中，将C、Mn、Cr、Si、V、Mo以及Ni等元素的含量限制在精准的调控范围内，真空脱气和二次真空脱气进一步降低了钢液中N、H、O气体元素含量，该专利技术相比常规的热作系列模具钢相比提高了耐高温性能和抗回火性能，但抗机械应变性能难以保证。申请号为202110755631.4的专利《一种耐高温和高韧性的新型热作模具钢及其生产工艺》公开了一种耐高温和高韧性的新型热作模具钢及其生产工艺，热作模具钢由如下重量百分比的成分组成：C：0.30％
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0.40％；Si：0.17％
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0.27％；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗机械应变性及高均匀性的模具钢，其特征在于，按重量百分比计，包括以下组分：C：0.35％～0.45％，Si：0.80％～1.00％，Mn：0.60％～0.80％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：4.4％～5.4％，Mo：1.30％～1.50％，V：0.90％～1.10％，Zn：0.30％～0.50％，Al：0.10％～0.20％，余量为Fe及不可避免杂质。2.根据权利要求1所述的一种抗机械应变性及高均匀性的模具钢，其特征在于，所述模具钢，Al+Zn为0.5％～0.6％。3.根据权利要求1所述的一种抗机械应变性及高均匀性的模具钢，其特征在于，所述模具钢，Si+Mn+Al为1.65％～1.85％。4.根据权利要求1所述的一种抗机械应变性及高均匀性的模具钢，其特征在于，所述模具钢，Si/Zn为2.0～2.7。5.根据权利要求1所述的一种抗机械应变性及高均匀性的模具钢，其特征在于，所述模具钢钢板厚度80～180mm。6.根据权利要求1所述的一种抗机械应变性及高均匀性的模具钢，其特征在于，所述模具钢钢板硬度为48～51HRC，厚度截面硬度差≤1.5HRC；所述模具钢在温度为20～600℃循环，温度加热到600℃时保温80s，随后进入循环冷却水中，冷却10s，以此为一次冷热循环，取钢板心部试样经700次、1000次、1300次热疲劳，硬度分别为46～47HRC、47～48HRC、45～46HRC。7.据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯丹竹，潘瑞宝，黄健，范刘群，张建平，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：