[发明专利]一种Cr-V系热作模具钢及其制备方法

说明书

本发明公开一种Cr‑V系热作模具钢及其制备方法。钢中化学成分按重量百分比为：C：0.28％～0.32％；Si：0.6％～1.0％；Mn：0.2％～0.8％；P≤0.005％；S≤0.002％；V：2.50％～4.00％；Cr：4.00％～4.50％；Ni：0.20％～1.00％；N：0.01％～0.03％，Cu≤0.015％，余量为Fe和不可避免的杂质。钢坯加热温度1240～1320℃，开轧温度1190～1250℃，平均道次压下量30～100mm，终轧温度950～1050℃；开冷温度850～900℃，冷却速率5～10℃/s，终冷温度400～500℃；退火温度800～900℃，保温5～10min/mm，350℃以下采用出炉堆垛方式降低内应力；退火后钢板进行调质处理。生产的成品钢板具有优良的韧性和等向性能。

技术领域

本发明属于合金钢生产领域，特别涉及到高等向性热作模具钢热轧钢板的制造方法。

背景技术

热作模具钢从使用性上一般要求材料具有较高的高温强度、耐磨性，高的等向韧度等。以国内外普遍认同的美国工具钢标准为例，目前通用模具钢大致分为三大系列Cr、W、Mo，分别表示为H10～H19、H21～H26和H42～H43。由于合金化体系的区别，这三大系列热作钢在使用温度、用途上又各有不同。

一般认为以H11、H13为代表的Cr系品种应用最为广泛和最具代表性，这类钢一般具有较高的淬透性和高的韧性，良好的抗热裂能力以及耐磨损能力，但是当使用温度提高至550℃以上时，高温抗软化能力较弱，此外该类型的国产钢等向性能较差。相比之下以3Cr2W8V为代表的W系钢种可以在650℃高温使用，但是由于等向性、热疲劳性、韧性以及导热性能均较差，在欧美一些国家已逐渐被废弃。

CN200810101342.7专利申请公开了一种无钼低成本热作模具钢，其化学成分按质量百分比计为：C：0.38％～0.42％、Si：0.9％～1.1％、P≤0.03％、S≤0.03％、Mn：0.3％～0.5％、W：1.9％～2.2％、V：0.25％～0.45％、Cr：4.8％～5.2％、Nb：0.08％～0.15％，去除了Mo，增加了W、Nb、V，应用于棒材，缺乏经济性。

对于热作钢的改进，国际上主要的一个方向是“低Si高Mo”，主要以Si＜0.25％和2％～3.5％Mo为主要特征，代表钢种有QRO90SUPREME系列等。其中降低Si的目的概括来说主要是有利于减少偏析及共晶碳化物的控制，此外有助于韧性提高和裂纹扩展速率。不足在于切削性能有所下降。

CN201210146712.5的专利申请公开了高硅高锰型高热稳定性热作模具钢及其热处理工艺，其化学成分按质量百分比计为：C：0.25％～0.45％、Si：0.8％～2.0％、P≤0.02％、S≤0.02％、Mn：0.8％～2.0％、Cr：3.5％～4.5％、Mo：0.6％～2.2％、V：0.4％～0.8％，Si较原型热作钢提高近一倍，显然在提高专利中提到的“热稳定性、疲劳性能等”的同时，其弊端也显而易见，有研究表明Si的加入量过多，会使碳化物聚集的过时效速度增大，以至于难以控制。提高Mn的目的在于提高钢的淬透性及抗热裂能力，此外Mn为弱碳化物析出元素，Mn的加入带来了Cr、Mo、V碳化物形成元素的缺失，不利于于碳化物(尤其是晶界析出物)的细化，对于长期使用的稳定性不利。因此该类技术及相应产品在我国应用较少。

CN200810201979.3的专利申请公开了高锰低铬型高强韧性热作模具钢及其制备方法，其化学成分按质量百分比计为：C：0.35％～0.65％、Si：0.3％～1.0％、P＜0.02％、S＜0.01％、Mn：0.3％～1.0％、Cr：3.5％～5.5％、Mo：2％～3％、V：0.4％～0.8％、Ni：1.0％～2.0％、Nb≥0.15％，在原型钢的基础上提高了Mo的含量，加入V以及贵重金属W，此外采用了基于电渣重熔的热锻生产工艺，成本极高。