[发明专利]一种挤压轮用热作模具钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于热作模具钢技术领域，涉及一种连续挤压成型包覆机的挤压轮用热作模具钢及其制造方法。

背景技术

热作模具在工作中承受很大的压力和冲击载荷，而且冲击频率很高，模具和高温金属接触，还要经受反复的加热和冷却，在时冷时热的状态下，容易使模具的工作表面产生热疲劳裂纹（朱宗元.我国热作模具钢性能数据集(续)[J].机械工程材料,2001,25(8):38-42.）。挤压轮是连续挤压成型包覆机的主要工作部件之一，其工作寿命直接影响到连续挤压的生产成本和生产效率。在其服役过程中，由于时冷时热的工作条件及与被加工材料的强烈挤压与摩擦，很容易造成挤压轮的过早失效。挤压轮一般在室温～590℃循环温度下工作，其主要失效形式是脆性断裂和热疲劳破坏（王颖,樊志新,宋宝韫.TLJ400型连续挤压机挤压轮温度场测定与模拟[J].有色金属加工,2007,36(4):42-45.；王春亮,杨 力,陆 慧.H13钢铜材挤压轮开裂分析[J].理化检验-物理分册,2009,第45卷增刊:89-92.）。目前一般选择H13钢作为挤压轮用钢，但使用寿命不高。为了提高使用寿命，降低成本，开发新型高性能挤压轮用热作模具钢是最根本的方法。主要有以下几种方法：

（1）在H13钢的基础上增加Cr含量。“一种新型铬系热作模具钢及其热处理工艺”（CN101403074）和“—新型变质热作模具钢”（ZL 200410010656.8）专利技术，Cr含量增至7.00～11.00 wt%，其比H13钢晶粒更细小，耐热性、韧性和抗压强度都有所提高，但上述专利技术中未公开耐热性、韧性和抗压强度的具体数据，且其成本高，主要用于特殊工作条件。

（2）在H13钢的基础上降低Cr含量，增加Mo含量。“一种热作模具钢及其制备方法”（CN101798661A）和“一种具有良好热强性及高韧性的热作模具钢”（CN101440456）专利技术，这类钢的Mo含量为2.00～3.00wt%，高温强度高、热稳定性和抗热疲劳性能优良，但生产成本过高。

（3）在H13钢的基础上加入微量元素如Ni、Nb和RE等。“铌微合金化高强度热作模具钢及其制备方法”（CN101302599）和“复合微合金化高热强性 热作模具钢及其制备”（CN101709428A）专利技术，这类技术提高了钢的热强性和热稳定性，但会形成大颗粒伪共晶碳化物,同时由于加入了较高Mo和稀土元素，使成本增加。

（4）在H13钢的基础上增加Mn、Si含量。“高热稳定性高强度的热作模具钢”（CN1012220422）和“一种高硅低碳型高热强性热作模具钢”（CN101280394）专利技术，前者Mn含量高达10.5～14.5 wt%，后者Si含量为1.4～1.6 wt%，这类钢的最大优点是热稳定性好，可以在700℃条件下保持较高硬度，但其生产成本较高且在400-600℃下的综合性能比H13没有明显提高，主要用于高温条件下工作。

（5）在H13钢的基础上开发奥氏体热作模具钢。如“含氮奥氏体热作模具钢及其制备方法”（CN101942606A）专利技术，虽具有高热稳定性、高强度和高韧性，但其生产成本偏高（含Mn 10.0-15.0 wt%, Mo 1.5-3.5 wt%），主要用于高温条件下工作。

发明内容

本发明旨在克服现有技术权项，目的是提供一种成本低廉，热稳定性和热疲劳性好的挤压轮用热作模具钢及其制造方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：将废钢或铁水与废钢经电炉冶炼，电渣重熔或真空感应熔炼后进行热锻和热处理，即得挤压轮用热作模具钢。

所述挤压轮用热作模具钢的化学成分及质量百分含量是：C为0.30～0.50wt%，Si为0.80～1.20wt%，Mn为0.2～0.5wt%，Cr为3.00～5.00wt%，Mo为1.00～1.50 wt %，V为0.70～1.20wt%，N为0.005～0.03wt%，P<0.030wt%，S<0.030wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述热锻的工艺为：将电渣重熔或真空感应熔炼后的钢锭加热至1150～1250℃，均热1.5～2.5h，始锻温度1100～1150℃，终锻温度>900℃，锻造比≥5，自然冷却至室温。

所述热处理的工艺为：

（1）锻坯球化退火：加热温度到700～730℃，保温1～3h，在860～880℃条件下保温1～3h，随炉冷却至500℃以下，出炉自然冷却。