[发明专利]一种耐高温模具钢及其制造方法

说明书

一种耐高温模具钢及其制备方法,该模具钢主要有下列质量百分含量的化学成分组成：C：0.2～0.3％，Si：0.2～0.4％，Mn：0.3～0.8％，W：7.0～9.0％，Mo：1.0～4.0％，Cr：6.0～8.0％，Co：6.0～10.0％，V：0～1.0％，Nb：0～0.5％，Re：0～0.05％，Zr：0～0.5％，Ti：0～1.0％，其余为Fe和杂质。优点在于：该种模具钢的成分配比科学合理，抗高温能力强，性能稳定，大大延长了模具的使用寿命，使用过程中不易变形，抗拉强度高，制模精度高。

技术领域

本发明属于工模具钢技术领域，特别涉及一种耐高温模具钢及其制备方法。

背景技术

用模具加工成型零件具有生产效率高、质量好、节约材料和成本等一系列优点，应用范围及其广泛。热锻模具钢是一种重要的模具材料，由于热锻模服役是与高温金属长时间接触，受到巨大的挤压力、冲压力、弯曲力、摩擦力及热冲击交变应力等复杂作用，这就要求热锻模具钢具有良好的强韧性、冷热疲劳性及高温热稳定性等。常用的高耐热热作钢是3Cr2W8V、4CrMnSiMoV和4Cr5MoSiV1钢。图1给出了这三种钢的高温力学性能，从图中可以看出，4Cr5MoSiV1钢和3Cr2W8V钢分别在温度低于600℃和650℃时高温抗拉强度均在1000MPa以上，高温硬度高于300HV；从图2可知，400-600℃下4CrMnSiMoV和4Cr5MoSiV1 的高温冲击韧性均高于3Cr2W8V，当温度高于650℃时，虽然高温冲击韧性均有所提升，但高温强度和硬度均急剧下降，不能满足650℃以上高温工况所需的性能(见图1、图2)。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐高温模具钢及其制造方法，通过设计C、 Si、Cr、W、V等合金元素，尤其是针对性能要求进行了元素含量的优化匹配，并合理添加Nb、Co等合金元素,发明能够在650℃以上使用的耐高温模具钢。该模具钢在650℃以上具有良好的强韧性和热稳定性，优异综合性能。

本发明的耐高温模具钢的成分质量百分含量为：C：0.2～0.3％，Si： 0.2～0.4％，Mn：0.3～0.8％，W：7.0～9.0％，Mo：1.0～4.0％，Cr：6.0～ 8.0％，Co：6.0～10.0％，其余为Fe和不可避免的杂质。

在上述耐高温模具钢基础上还可以选自下列元素的一种或几种：V： 0～1.0％，Nb：0～0.5％，Re：0～0.05％，Zr：0～0.5％，Ti：0～1.0％。

上述各元素作用及配比依据：即各元素作用：

1、碳：钢中碳主要形成碳化物，在回火过程中在淬火马氏体基体上弥散析出产生两次硬化现象。另外重要的是，保持相对较低的含碳量以使钢的Ms点处于相对较高的温度水平，使钢在淬冷至室温时获得以马氏体为主加少量残余奥氏体和均匀分布的碳化物组织，并经回火后获得均匀的回火马氏体组织。避免使过多残余奥氏体在工作温度下发生转变影响工件的工作性能或变形。

2、铬：铬对钢的耐磨损性、高温强度、热态硬度、韧度和淬透性都有有利的影响，同时它溶入基体中会显著改善钢的耐蚀性能。含Cr量小于6％Cr对提高钢回火抗力是有利的，但未能构成二次硬化；当含Cr大于6％的钢淬火后在550℃回火会出现二次硬化效应。铬一部分溶入钢中起固溶强化作用，另一部分与碳结合，按含铬量高低以(Fe,Cr)3C、(Fe, Cr)7C3和M23C6形式存在，从而来影响钢的性能。另外，Cr能阻止V4C3 的生成和推迟Mo2C的共格析出，从而提高该钢耐热变形性能。