专利名称：热作模具钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属材料技术领域的合金钢，具体是一种热作模具钢。
技术背景热作模具钢目前广泛使用的钢号是H13， GB/T1299-2000钢号4Cr5MoSiVl， 等效引进ASTM标准的H13钢。它强韧兼备，有良好的抗热疲劳和热稳定性。热 作模具钢服役的工作状况相当复杂，在使用温度超过60(TC时，H13由于耐热性 不足将失去原来的优良性能，高耐热性的3Cr2W8V钢又因韧性差、抗热疲劳性能 不好，模具常龟裂而早期失效。提高H13钢的耐热性、保持其强韧性的同时提高 其使用温度是目前的主要任务。经对现有技术的女献检索发现，提高H13钢的耐热性现有几个途径 一是添 加1%A1等以改善钢的性能。2004年授权的发明专利——申请号00117148.8就 是H13+1%A1 (另加0. 3%Nb未谈实施)用于Al型材热挤压模具，主要通过改善 表面氮化层，较大幅度提高了钢的抗熔损性能，发明人推断除热挤外，还适应热 压铸和热锻。第二个途径是调整H13化学成份和优化生产工艺。已公开的发明专利 200610116358. 6，其化学成份特征在于碳比H13低约15%，不用Si作合金元素， 降低Cr约25%，提高Mo约60%并加超过1%W进一步补充Mo的作用。公开的对比 数据显示，600'C回火后硬度值比H13高5%，其600'C回火稳定性明显比H13高， 且其韧性好。该钢强韧兼备，耐热性优于H13，但缺乏〉600-70(TC的描述与数 据。同属于这个途径的国外己商品化的8418钢(瑞典)，L 2367钢(德国)，表 明类似的成份调整尚难适用于〉600-650 °C使用温度场合。 第三个途径是添加适量Co， W、 Mo。国外有资料报道，对含SiP/。的Al热压铸，A1液温度达750。C，由于抗热熔 损和耐热性要求高，H13型、8418型均不满足要求，特别指出含钴质量百分数为C: 0.36-0.44P:《0.030Mo: 1.60-2.20 Co: 0.50-1.50Mn: 0.20-0.80 Cr: 3.00-4.00 V: 0.80-1.50Mn: 0.40-0.80 Cr: 3.20-3.80 V: 0.80-1.204的H19-4Cr4W4MoV2Co4适用于热熔损比韧性更重要的场合。 发明内容本发明针对现有技术的不足，提供一种热作模具钢，使其硬度达到52HRC， 具有高的耐热性又有适度韧性支持，适合超过60(TC至70(TC下做热作模具使用。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明所述的热作模具钢，包含的组分 及其质量百分数为Si: 0.25-0.50 S:《0.030 W: 1.50-2.00 余量为Fe。 本发明上述组分质量百分数优选范围为 C: 0.36-0.42 Si: 0.25-0.50P:《0.020 S:《0.012Mo: 1.60-2.00 W: 1.50-1.80Co: 0. 50-1. 00 余量为Fe。本发明按H13工艺与流程制备。 本发明的设计依据是C:综合力学性能良好的， 一般均为中碳钢。以H13含碳量为基，强调高韧性而高强韧的选偏低碳量，强调够用韧性支持下尽可能提高热强性宜选偏高的碳量。本发明碳量0. 36-0. 44%为H13的中上限，恰与公开发明专利200610116358. 6 的碳量0. 30-0. 36%，形成衔接。Cr:是淬透性和在40-50HRC硬度下有高韧性的重要保证。在要求尽可能提 高热强性的状况下，由于Cr形成高铬碳化物，对碳化钒析出有阻碍作用，会降 低钢的热强性，把H13的5%Cr降低为3-4%，降低幅度25%。Mo和W:都是强碳化物形成元素，可提高高温强度和热稳定性。二者作用互 补，搭配使用效果好。本发明Mo+l/1.8W达2. 7与专利200610116358. 6相当。 (H13为1. 5)V:是更强的碳化物形成元素，钒的碳化物硬度最高，颗粒细小分布弥散， 有力促进钢的二次硬化效果和抗回火软化能力，从而提高耐热性，加 1%，与H13钢相同。Co:钴是非碳化物形成元素，熔于基体，可阻碍晶粒长大；熔于碳化物，可 提高碳化物的稳定性，都有助于钢的耐热性提高。但Co会使韧性恶化，故选少量加入。本发明加入量为0. 5-1. 5°/0，比H19低一半。Si:也是非碳化物形成元素，在要求高温工作具高热强性的条件下，Si强化基体等作用已消失，促进脱碳等负面影响浮出， 一般不单独作合金元素使用。与现有技术相比，本发明通过调整H13化学成份并添加不大于质量百分数 1.5的钴，获得有适度韧性支持的高热强热作模具钢，这种钢经热处理后的使用 硬度为45-52HRC，具有高的耐热性又有适度韧性支持，适合超过600'C至70(rC 下做热作模具使用。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下 进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限 于下述的实施例。实施例l: 0142mm扒皮圆钢1、 冶炼按本实施例的合金钢，其组分的质量百分数为C : 0. 42 Si : 0. 48 Mn : 0. 22 P : 0. 021 S : 0. 020 Cr:3.80 Mo:1.98 W:1.80 V:1.18 Co: 0.99 余量为Fe。2、 感应炉冶炼加电渣重熔。冶炼浇注O130ram电极棒，电渣重熔成850 kg 钢锭并退火，工艺按H13现行工艺执行。3、 锻造按H13工艺开坯并成cP150mm黑皮材，缓冷退火。4、 粗车成0142mm成品，质量检验合格(含内部质量、表面质量和尺寸公差)。实施例2:热锻模块钢 160鹏X220mmX325ram1、 冶炼按本实施例的合金钢，其组分的质量百分数为C: 0.44 Si: 0.31 Mn: 0.75 P: 0.020 S: 0.010 Cr:3.96Mo:2. 18W: 1.97V: 1.49Co: 1,47 余量为Fe。2、 感应炉冶炼加电渣重熔。冶炼浇注0n30ram电极棒，电渣重熔成850 kg钢锭并退火，工艺按H13现行工艺执行。3、 锻造按H13工艺开210方坯，坯缓冷修磨并经超声波探伤合格，再加热 并锻成160mmX220mm扁钢，热切成模坯。4、 模坯经机加工并热处理到48HRC后，使用寿命约9千次。实施例3:热锻模块 135mmX135mmX230mm1. 冶炼按本实施例的合金钢，其组分的质量百分数为C: 0.37Si: 0.32Mn: 0.53P: 0.018 S: 0.010Cr:3.43 Mo:1.92 W: 1.56 V:0.83 Co: 0.92 余量为Fe。2. 感应炉冶炼加电渣重熔。冶炼浇注①130mm电极棒，电渣重熔成850 kg钢 锭并退火，工艺按H13现行工艺执行。3. 锻制开坯电渣锭按H13工艺开成210方坯。缓冷退火后切成模块用坯。4. 模块锻制采用镦拔工艺提高模块组织均匀性，纵向镦粗，横向拔长，端 面找平。5. 模块经退火，超声探伤等检验合格。6. (制模)机加工——淬回火处理，达到要求的47土1HRC——精加工成模具。7. (使用)模锻件为汽车零件，加热到 120(TC后锻制，每分钟锻成15个， 零件出模温度超过IOO(TC,模具间隙时间约1分钟，用粉状物润滑兼冷却，工 况要求模具材料在适度韧性支持下有高的抗回火稳定性和耐热性。8. 本实施例的合金钢使用寿命达1万次，高的1.3万次，满足使用要求。实施例4:板手热锻模坯 110raraX110mmX280腿1. 本实施例包含的组分及其质量百分数为C: 0.42Si: 0.47Mn: 0.61P: 0.023 S: 0.010Cr:3.78 Mo:1.96 W: 1.79 V: 1. 19 Co: 0.98 余量为Fe。2. 感应炉冶炼加电渣重熔。冶炼浇注电极棒，电渣重熔成850 kg钢锭并退火， 锻造热锻成210方坯，坯缓冷修磨并经超声探伤合格，再加热并锻成110X110方钢，热切成模坯后缓冷、退火.工艺按H13现行工艺执行。3.模坯经机加工并热处理到52. 1服C，经多次试锻，寿命稳定在4千次以上， 用户表示满意。原用3Cr2W8V寿命极不稳定。实施例5:多辊轧机中间辊坯 O125X12501. 本实施例包含的组分及其质量百分数为C: 0.36Si: 0.26Mn: 0.39P: 0.019 S: 0.017Cr: 3.02 Mo: 1.62 W: 1.51 V: 0.83 Co: 0.51余量为Fe。2. 感应炉冶炼加电渣重熔。冶炼浇注电极棒，电渣重熔成1500 kg钢锭并退 火，工艺按H13现行工艺执行。3. 锻造按H13工艺开坯，并成0125定尺材，缓冷退火。4. 粗加工后辊坯经快速均细化热处理后，再整体淬回火，硬度按50-52HRC 控制。5. 中间辊通过试用，可以顺利正常使用。
权利要求
1. 一种热作模具钢，其特征在于，包含的组分及其质量百分数为C0.36-0.44 Si0.25-0.50 Mn0.20-0.80P≤0.030 S≤0.030Cr3.00-4.00Mo1.60-2.20W1.50-2.00 V.0.80-1.50Co0.50-1.50余量为Fe。
2、 根据权利要求1所述的热作模具钢，其特征是，包含的组分及其质量百分数为C: 0.36-0.42 Si: 0.25-0.50 Mm 0.40-0.80P:《0.020 S:《0.012 Cr: 3.20-3.80Mo: 1.60-2.00 W: 1.50-1.80 V: 0.80-1.20Co: 0.50-1.00 余量为Fe。
全文摘要
本发明涉及一种材料技术领域的热作模具钢，包含的组分及其质量百分数为C 0.36-0.44，Si 0.25-0.50，Mn 0.20-0.80，P≤0.030，S≤0.030，Cr 3.00-4.00，Mo 1.60-2.20，W 1.50-2.00，V 0.80-1.50，Co 0.50-1.50，余量为Fe。这种钢经热处理后的使用硬度为45-52HRC，具有高的耐热性又有适度韧性支持，适合超过600℃至700℃下做热作模具使用。
文档编号C22C38/30GK101250668SQ200810035538
公开日2008年8月27日 申请日期2008年4月3日 优先权日2008年4月3日
发明者卢南法, 安全长, 耀 沈, 潘干群, 田庆亮, 珣 蔡, 陈跃南 申请人:上海交通大学;浙江一胜特工模具股份有限公司