一种高强高韧热锻模具用钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种高强高韧热锻模具用钢及其制备方法，所述模具用钢的化学成分及质量百分含量为

【技术实现步骤摘要】
一种高强高韧热锻模具用钢及其制备方法


[0001]本专利技术属于模具钢
，具体涉及一种高强高韧热锻模具用钢及其制备方法
。

技术介绍

[0002]热锻模具是航空航天
、
汽车工业
、
机械设备
、
国防军工等领域的重要工艺装备，是热作模具钢典型应用领域之一
。
国外热锻模具成本占锻造成本的8～
15
％，国内热锻模具成本占锻造成本高达
30
～
40
％，热锻模具用钢的产品质量直接影响锻件的生产成本
。
[0003]高耐热热锻模具在使用过程中模具表面需承受
600
～
700℃
高温，模腔承受三向压应力，模腔表面与热态坯料发生剧烈摩擦
。
随着制造业升级，热锻零部件强度不断提高
、
热锻设备不断升级，对模具材料强韧性
、
热稳定性
、
抗热疲劳性等综合性能要求越来越高，如选材不当，必然出现模具模腔塌陷
、
超差和模具开裂的早期失效问题，影响生产进度，增加生产成本
。
[0004]H13
钢是中耐热型热作模具钢代表，因其良好的强韧性
、
耐磨性及抗热疲劳性，在热锻模
、
热挤压模
、
有色金属压铸模等领域应用广泛，最佳使用温度为
550℃
以下，不满足高强高耐磨的锻件生产要求
>。3Cr2W8V
是高耐热型热作模具钢代表，其高温强度高
、
热稳定性强，在压力机锻模
、
挤压模
、
黑色金属压铸模等领域应用广泛，最佳使用温度为
650℃
以下，但其韧性低
、
冷热疲劳性能差，易出现模具掉块和脆性断裂，对模具设计
、
加工精度
、
装配间隙等方面要求较高，应用受到一定限制
。
[0005]因此，开发一种综合性能优异，适用于
600℃
以上温度工作的高强高韧的热锻模具用钢及其制备方法具有重要的现实意义
。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种高强高韧热锻模具用钢及其制备方法，通过优化合金成分，在保证高强度
、
高硬度
、
高韧性的基础上，提高模具钢的回火稳定性和热稳定性，满足复杂
、
精密
、
高寿命热锻模具的使用要求
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：
[0008]一种高强高韧热锻模具用钢，其化学成分及质量百分含量为
C
：
0.48
～
0.55
％，
Si
：
0.20
～
0.40
％，
Mn
：
0.30
～
0.50
％，
Cr
：
3.60
～
4.00
％，
Mo
：
3.60
～
4.00
％，
V
：
0.30
～
0.60
％，
W
：
0.30
～
0.60
％，
Nb
：
0.05
～
0.15
％，
P≤0.020
％，
S≤0.010
％，余量为
Fe
和不可避免的杂质
。
[0009]本专利技术高强高韧热锻模具用钢成分设计符合降
Cr、Si
增
Mo
理念，减轻偏析，提高抗热疲劳性和热稳定性，适当降低
V
含量
、
增加
W、Nb
含量，提高高温强度
、
耐磨性和抗回火稳定性
。
部分元素的作用机理如下：
[0010](1)C
：
C
含量是影响钢淬硬性的唯一因素，相对较高的
C
含量是保证材料强度
、
硬度和耐磨性的基础
。
本专利技术钢中控制
C
含量范围为
0.48
～
0.55
％
。
[0011](2)Cr
：在本专利技术钢中，
Cr
主要作用是保证钢的淬透性，较高淬透性是生产大截面模具材料的必要前提
。Cr
23
C6二次碳化物可提高钢的高温强度和耐磨性，但其稳定性不高，且会随着回火温度升高逐渐粗化，降低回火硬度
。
据此，控制
Cr
含量范围为
3.60
～
4.00
％
。
[0012](3)Mo、W
：在本专利技术钢中，
Mo
和
W
主要作用是强化回火时的二次硬化效果，提高热强性和红硬性
。W
在提高耐磨性和热稳定性方面作用优于
Mo
，但
W
含量提高对降低模具钢韧性作用更为明显，因此，当模具材料要求高强性基础上，对韧性有要求的情况下，通常采用高
Mo
低
W
的成分设计，故控制
Mo
含量范围为
3.60
～
4.00
％，控制
W
含量范围为
0.30
～
0.60
％
。
[0013](4)V、Nb
：
V、Nb
均是强碳化物形成元素，二次析出的
MC
型碳化物较为稳定，不易聚集长大，提高钢的固溶强化效果
。
未熔的
V、Nb
碳化物弥散分布在基体上，对晶界起到强钉扎作用，细化晶粒效果明显，对提高模具钢高强韧性和回火稳定性十分优异
。
过量的
V、Nb
易在铸态组织中的枝晶间形成共晶碳化物，增加偏析倾向
。
为保证模具钢可锻性和成分均匀性，控制
V
含量范围为
0.30
～
0.60
％，控制
Nb
含量范围为
0.05
～
0.15
％
。
[0014](5)Si
：
Si
不是本专利技术钢的主要强化元素，
Si
含量过高，带状偏析越严重，造成材料各向异性，降低材料塑韧性，因此控制
Si
含量范围为
0.20
～
0.40本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高强高韧热锻模具用钢，其特征在于，所述热锻模具用钢的化学成分及质量百分含量为
C
：
0.48
～
0.55%
，
Si
：
0.20
～
0.40%
，
Mn
：
0.30
～
0.50%
，
Cr
：
3.60
～
4.00%
，
Mo
：
3.60
～
4.00%
，
V
：
0.30
～
0.60%
，
W
：
0.30
～
0.60%
，
Nb
：
0.05
～
0.15%
，
P≤0.020%
，
S≤0.010%
，余量为
Fe
和不可避免的杂质
。2.
根据权利要求1所述的一种高强高韧热锻模具用钢，其特征在于，所述模具用钢调质处理后回火硬度
49
～
52HRC
，横向冲击功
≥9J。3.
根据权利要求1所述的一种高强高韧热锻模具用钢，其特征在于，所述模具用钢调质处理后，
650℃
保温
5h
，硬度值下降
4HRC
以内，
650℃
保温
10h
，硬度值下降
7HRC
以内
。4.
基于权利要求1～3任意一项所述高强高韧热锻模具用钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：（1）熔炼：将配料熔炼，然后经过精炼
、
真空脱气，浇铸成电极棒；（2）保护气氛电渣重熔：对所述电极棒进行表面修磨或抛丸处理，然后进行保护气氛电渣重熔，得到的电渣锭去应力退火，加热温度
650
～
700℃
，保温时间2～
4h
；（3）高温均...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊明强，张雲飞，赵英利，王金宝，祁立国，王建强，马瑞楠，马超，赵峥嵘，
申请(专利权)人：河钢集团有限公司河钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：