专利名称:高性能热作模具钢的制作方法
本发明属于合金模具钢领域。主要适用于高温高负荷条件下的热作模具。
当前，国内外广泛应用的高合金热作模具钢主要有两种即4Cr5MoV1Si(《模具用钢和热处理》，冯晓曾等著，1984年7月出版)和3Cr2W8V(GB1299-77)。相应于这两个钢号的其它外国钢号有美国的H13、H21，西德的X40CrMoV51、X30WCrV93、日本的SKD61、SKD5(《Thysson Edelst.Techn.Ber》1979年第3期，181～185)。4Cr5MoVlSi钢有较好的高温强度和良好的韧性以及淬透性，已成为各国，特别是西欧各国通用的热作模具钢。但该钢的高温强度仍较低，600℃温度下的强度为64kgf/mm2。只能在500～550℃温度范围内应用。3Cr2W8V钢也是广泛应用的热作模具钢，它的温度强度优于4Cr5MoVlSi钢，600℃时的高温强度达85kgf/mm2。可在600℃下使用。它的缺点是当使用温度大于600℃，其高温强度不足，另外，抗热震性能差，在需要水冷的条件下易产生早期开裂;淬透性不足;韧性不足。因此，模具使用寿命低，给生产效率和产品质量带来严重的影响。
本发明的目的在于提供一种高温性能优于4Cr5MoVlSi，全面性能优于3Cr2W8V，且可在600℃以上温度应用的高性能热作模具钢。
本发明高性能热作模具钢的化学成分(重量%)为0.35～0.44%C，0.20～0.50%Si，0.80～1.10%Mn，2.40～3.00%Cr，2.00～2.50%Mo，1.10～1.50%W，1.10～1.30%V。
在化学成分设计上，本发明具有如下特点采用了以钒的碳化物MC为主的强化相，从而使钢能在较好的韧性条件下仍能保持比较高的高温强度。3Cr2W8V钢在使用条件下的碳化物主要是M6C和M7C3，与MC相比，它们在回火或使用时较不稳定，容易聚集、长大，从而降低了高温性能，而MC强化相则克服了这一缺点。为确保良好的韧性和较高的高温强度，采用较低的碳量，以锰来提高淬透性。铬除了与碳形成一定的碳化物外，还具有提高大尺寸钢材淬透性和抗氧化的作用，但为了确保MC型碳化物，铬含量应小于3%。钼和钨是强烈形成碳化物的元素，钼的加入大大提高淬透性，钨的加入提高了抗回火稳定性，另外，保持一定数量的钼、钨形成的M6C型碳化物，对MC的稳定化有益处，Mo、W加入量以( (W)/2 +Mo)＝2.55～3.50为宜。为了保证形成以MC型为主的碳化物，钒含量必须大于1.1%。
本发明生产工艺简单。可采用电弧炉、真空炉冶炼。热加工可采用锻、轧。锻造加热温度为1100～1150℃，终锻温度≥850℃。热处理一般采用调质处理，淬火温度为1060～1110℃，回火温度为550～650℃。
根据本发明化学成分范围所生产的热作模具钢，具有优异的高温强度和韧性，以及良好的抗回火稳定性。为了比较，在本发明进行试验的同时，将3Cr2W8V钢置于与本发明完全相同的冶炼加工和性能测试等试验条件下，进行了对比试验，所得结果分别列入下列的各表中。表1、2列举了两个钢号在不同回火温度下和同一回火温度不同回火时间下的硬度值。表3、4列举了两个钢号在室温和高温下的缺口冲击韧性。表5列举了两个钢号的高温性能。由上述各表中看出，在高温强度、缺口冲击韧性和抗回火稳定性等诸方面，本发明均全面优于3Cr2W8V
表1 不同回火温度下的硬度
钢。本发明可在≥650℃温度条件下满意地工作。
表2 回火时间对硬度的影响(淬火温度本发明为1060℃，3Cr2W8V钢为1100℃)
表3 室温缺口冲击韧性(淬火温度本发明1060℃，3Cr2W8V钢为1100℃)
表4 高温缺口冲击韧性(本发明与3Cr2W8V的淬火温度分别为1060℃和1100℃，分别回火到硬度HRC47.8和47.0)
表5 高温屈服强度和断面收缩率(热处理同表4)
实施例一根据本发明所设计的化学成分范围在真空高频感应炉上冶炼了4炉钢，其具体化学成分列入表6，钢锭经热锻和热处理后，进行室温和高温性能试验，所得诸性能列入表7。
表6 实施例一的化学成分(重量%)
实施例二采用电弧炉+30吨炉外精炼冶炼了一炉本发明钢种，其化学成分(重量%)为0.38%C、0.25%Si、1.00%Mn、2.57%Cr、2.0%Mo、1.11%W、1.10%V、0.006%S、0.020%P。钢锭经锻造、热处理后，分别用作加工紫铜、黄铜、合金钢、碳钢的模具，进行一次性使用寿命试验，其结果列入表8，为了比较，将3Cr2W8V等原用模具材料的一次性使用寿命(使用条件相同)也列入表中，由表看出，本发明的一次性使用寿命较原用的3Cr2W8V钢分别提高了1.2～3.2倍。
表8 实施例二中本发明用作模具的一次性使用寿命(次数)
权利要求
一种热作模具钢其特征在于化学成分(重量%)为0.35～0.44%C，0.20～0.50%Si，0.80～1.10%Mn，2.40～3.00%Cr，2.00～2.50%Mo，1.10～1.50%W，1.10～1.30%V，余为Fe。
专利摘要
本发明系热作模具钢4Cr
文档编号C22C38/24GK86101666SQ86101666
公开日1987年10月21日 申请日期1986年3月29日
发明者任民恩, 张梅清, 刘建华, 王世章, 朱景璋, 訾忠贤 申请人:冶金工业部钢铁研究总院, 抚顺钢厂导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan