[发明专利]一种低温高韧高温高强及高淬透性热模钢及制备技术

说明书

本发明属于模具钢领域，尤其涉及一种低温低韧高温高强及高淬透性热模钢，所述热模钢包括以下组分：C：0.15‑0.35％，Si：0.40‑0.90％，Mn：≤0.80％，Cr：1.50‑2.40％，Ni：2.50‑4.50％，Mo:1.00‑1.60％，V:0.10‑0.40％，W:0.20‑0.90％，P:≤0.02％，S≤0.02％，其余为基体Fe和不可避免的杂质，以上％为质量百分比。经调质处理后本发明材料的‑40℃的V型孔低温冲击功可达到30J以上，其700℃高温强度可达到380MPa以上，淬透性可达200mm以上，保证其组织内外均匀。本发明材料可适用于要求低温高韧性高温高强度以及高淬透性的特殊工况的热作模具。

技术领域

本发明属于模具钢技术领域，尤其涉及一种低温高韧高温高强及高淬透性热模钢及制备技术。

背景技术

热作模具钢主要分为热成形模、热挤压模和压力铸造模具，这些模具在实际工况下除了承受高温高载荷外，还会承受急冷急热的温度变化，因此容易引起热疲劳裂纹，热疲劳抗力的高低直接影响热作模具钢的使用寿命(文献1)。文献研究表明(文献2)，提高材料的高温强度和韧性可以提高材料的疲劳抗力从而提高疲劳寿命，这是由于高的强度可减少每一热循环的塑性应变幅和较好的韧性则使局部的应力集中得到松弛；还有研究认为(文献3)，高的强度可以延缓模具钢的疲劳裂纹萌生和高的塑韧性可以延缓热疲劳裂纹的扩展。而且，许多地区冬天温度可低至-40℃，需提高材料的-40℃低温韧性保证模具材料服役更加安全。另外，很多大型热作模具产品尺寸较大，因此热作模具钢需要高淬透性保证模具内外组织性能一致。综上所述，为提高热作模具钢使用寿命而提出以下新的要求：700℃高温强度需提高至350MPa，-40℃的V形孔冲击功需达到30J以上，淬透性达到现用传统热作模具钢水平。

热传统作模具钢主要分为三类：高合金热模钢、中合金热模钢和低合金热模钢。文献(文献4)报道，高合金热作模具钢3Cr2W8V，700℃高温抗拉强度415MPa；中高合金热作模具钢H13，700℃高温抗拉强度为292MPa；低合金热作模具钢5CrMnMoSiV钢，其700℃高温抗拉强度为137MPa。3Cr2W8V和H13两种材料的常温冲击韧性分别为13J和21J，5CrMnMoSiV钢的室温冲击韧性34.7J。因此，三种材料-40℃低温冲击韧性与其室温相比会更低，一般仅室温的1/2-1/3。综上说明现有热作模具钢不能同时满足低温高韧性和高温高强度的要求。

随着经济和工业的发展，模具服役条件日益苛刻，同时为使该热作模具钢可以在极冷地区的安全使用，现代制造业对模具的高温强度、低温韧性和淬透性提出更高的要求。因此，需同时具有低温高韧、高温高强及高淬透性的热模钢。

文献1：夏鹏成，陈蕴博，葛学元，等.热作模具钢热疲劳性能的研究现状与发展趋势[J].金属热处理.2008(12):1-6.

文献2：冯晓曾，刘剑虹.3Cr2W8V、4Cr5MoSiVl钢热疲劳机理及热疲劳抗力的差异[J].安徽工学院学报.1988(2):1-9.

文献3：刘剑虹.热作模具钢3Cr2W8V4Cr5MoSiV1热疲劳机理的研究[D].1987.

文献4：朱宗元.我国热作模具钢性能数据集(续Ⅱ)[J].机械工程材料,2001(3).

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明针对现有技术不足，热作模具钢在低温环境服役的安全性，采用多元复合强化原理，提供一种低温高韧高温高强及高淬透性热模钢，其优势在于，采用低碳和中低合金成分设计与制备的组织调控技术，使之具有低温高韧性、高温高强度和高淬透性。

用于解决技术问题的方法