專利名稱:熱作模具鋼的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于一種熱作模具鋼，該模具鋼具有高的熱穩(wěn)定性，同時(shí)兼有良好的塑性和冷熱疲勞性，其工作溫度可達(dá)700℃左右。
目前國內(nèi)常用的熱作模具鋼是3Cr2W8V(H21)、4Cr5MoV1Si(H13)，這兩種鋼有的高溫強(qiáng)度低、有的冷熱疲勞性很差，不能適應(yīng)高溫下工作的熱擠模具的性能要求。最近國外公布的UHBQRO80M鋼(見《國外金屬材料》一九八三年第一期第一至六頁)，雖然冷熱疲勞性有所提高，但熱強(qiáng)度仍然較低。
本發(fā)明的目的在于提供一種熱作模具鋼，它具有高溫強(qiáng)度高、冷熱疲勞性能好，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，可以滿足熱擠黑色金屬和有色金屬模具的要求。
本發(fā)明提供了一種熱作模具鋼，其基本化學(xué)成份范圍如下0.30～0.50%(重量)碳、0.20～1.00%(重量)硅、0.20～1.00%(重量)錳、2.00～4.00%(重量)鉻、0.80～2.00%(重量)釩、1.50～3.50%(重量)鉬。此外還含有一種或一種以上的＜2.00%(重量)鎳、＜0.30%(重量)鈮、＜4.00%(重量)鈷和＜0.01%(重量)硼，余為鐵和雜質(zhì)。
本模具鋼可在電弧爐中冶煉，最佳熱處理工藝為淬火溫度1090～1130℃、回火溫度650～700℃。
第1表給出本發(fā)明的試樣和對比鋼種的化學(xué)成份。對比鋼A為3Cr2W8V，對比鋼B為UHBQRO80M。
第2表給出了發(fā)明鋼的實(shí)施例和對比鋼經(jīng)過相應(yīng)于晶粒度9～10級的加熱溫度淬火，700℃回火兩次，每次保溫1.5小時(shí)后的室溫硬度的相對值。
高溫強(qiáng)度是用短圓柱試樣(φ＝6mm)，在WJ-10型萬能材料試驗(yàn)機(jī)上測定的短時(shí)高溫強(qiáng)度。發(fā)明鋼與對比鋼經(jīng)相應(yīng)于晶粒9～10級的加熱溫度淬火，不同溫度回火后的硬度均為HRC41-42。第3表給出了700℃時(shí)發(fā)明鋼與對比鋼的相對強(qiáng)度。
在高溫短時(shí)拉伸試樣上測量的斷面收縮率表示高溫塑性。發(fā)明鋼與對比鋼在600℃(高溫脆性區(qū))時(shí)的相對塑性示于第4表。
本發(fā)明的熱作模具鋼，含有適量的鎳、鈮、鈷、硼等元素，使得本發(fā)明鋼具有較高的高溫強(qiáng)度和良好的冷熱疲勞性能及工藝性能。為此，本發(fā)明確定了如下成份范圍(1)0.30～0.50%(重量)碳、0.20～1.00%(重量)硅、0.20～1.00%(重量)錳、2.00～4.00(重量)鉻、0.80～2.00%(重量)釩、1.50～3.50%(重量)鉬，此外含有＜2.00%(重量)鎳或＜0.30%(重量)鈮，余為鐵和雜質(zhì)，以提高鋼的高溫強(qiáng)度或韌性，細(xì)化晶粒。
(2)0.30～0.50%(重量)碳、0.20～1.00%(重量)硅、0.20～1.00%(重量)錳、2.00～4.00%(重量)鉻、0.80～2.00%(重量)釩、1.50～3.50%(重量)鉬，還含有＜2.00%(重量)鎳和＜0.30(重量)鈮，余為鐵和雜質(zhì)，以同時(shí)提高鋼的高溫強(qiáng)度和韌性，改善材料的工藝性能。
(3)在上述第(2)種合金成份的基礎(chǔ)上，還含有＜4.00%(重量)鈷，余為鐵和雜質(zhì)，以進(jìn)一步提高鋼的高溫強(qiáng)度，增加鋼的導(dǎo)熱性，改善冷熱疲勞性能。
(4)在上述第(2)種合金成份的基礎(chǔ)上，還含有＜0.01%(重量)硼，余為鐵和雜質(zhì)，可以進(jìn)一步提高材料的高溫強(qiáng)度。
確定上述成份范圍的理由是1.碳，是使淬火馬氏體得到足夠硬度的保證。它與碳化物形成元素形成的各種碳化物是鋼獲得高溫強(qiáng)度的重要組織因素。適量的過剩碳化物可阻止晶粒長大，提高耐磨性。適宜的碳含量為0.30～0.45%(重量)。
2.釩，與碳形成穩(wěn)定性高硬度高的MC型碳化物。含釩馬氏體回火時(shí)析出彌散的MC型碳化物是鋼高溫強(qiáng)化的重要組分。過高的釩含量將形成大塊的MC型碳化物，對鋼的強(qiáng)韌性不利。適宜的釩含量為0.80～2.00%(重量)。
3.鉬，含鉬馬氏體回火時(shí)彌散析出的M2C型碳化物能提高高溫強(qiáng)度。同時(shí)鉬能提高基體的再結(jié)晶溫度，對高溫強(qiáng)度也有利。但含量過多時(shí)不利于強(qiáng)韌性。適宜的鉬含量為2.00～4.00%(重量)。
4.鈷，是非碳化物形成元素。含鈷馬氏體回火時(shí)析出的碳化物彌散度增大，而且均勻。同時(shí)使長大速度減緩，從而提高鋼的高溫強(qiáng)度。過高的鈷含量將影響本發(fā)明的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)對鋼的塑韌性不利。適宜的鈷含量為4.00%(重量)以下。
5.鉻，它的主要作用是提高鋼的淬透性和抗氧化性。過高的鉻含量有損于鋼的高溫強(qiáng)度。適宜的鉻含量為2.00～4.00%(重量)。
6.鎳，作用與鈷相似，是非碳化物形成元素，通過固溶強(qiáng)化方式來提高鋼的強(qiáng)度。與此同時(shí)對塑性也有改善。含量過高會(huì)使冷、熱加工的工藝性能惡化。適宜的鎳含量在2.00%(重量)以下。
7.鈮，它是比釩還強(qiáng)的碳化物形成元素。鋼中少量的鈮主要以碳化鈮(NbC)的形式存在。NbC在高溫加熱時(shí)難以溶入奧氏體，可以阻止奧氏體晶粒長大，從而提高了韌性，改善了熱加工的工藝性能。適宜的鈮含量為0.10～0.30%(重量)。
8.硼，微量的硼可以通過強(qiáng)化晶界來提高鋼的高溫強(qiáng)度，改善晶界碳化物的析出狀態(tài)，有利于改善塑性。適宜的硼含量在0.01%(重量)以下。
按本發(fā)明制造的熱作模具鋼，可以軋制成不同規(guī)格的鋼材，可做為黑色或有色金屬的熱擠壓模具，精鍛用模具或鋁、銅合金的壓鑄用模具。
本發(fā)明鋼用于制造上述模具，可以提高模具使用壽命一倍。若按年用鋼量200噸推算，每年可獲直接經(jīng)濟(jì)效益近100萬元。
第2表
權(quán)利要求
1.一種熱作模具鋼，基本化學(xué)成份為0.30～0.50%(重量)碳、0.20～1.00%(重量)硅、0.20～1.00%(重量)錳、2.00～4.00%(重量)鉻、0.80～2.00%(重量)釩、1.50～3.50%(重量)鉬，其特征在于還含有一種或一種以上適量的鎳、鈮、鈷和硼，余為鐵和雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的熱作模具鋼，其特征是含有＜2.00%(重量)鎳。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的熱作模具鋼，其特征是含有＜0.30%(重量)鈮。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2的熱作模具鋼，其特征是含有＜0.30%(重量)鈮。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4的熱作模具鋼，其特征是含有＜4.00%(重量)鈷。
6.根據(jù)權(quán)利要求
4的熱作模具鋼，其特征是含有＜0.01%(重量)硼。
專利摘要
一種工作溫度可達(dá)700℃左右的熱作模具鋼，可以軋制成不同規(guī)格的鋼材，做為黑色或有色金屬的熱擠壓模具，精鍛用模具或鋁、銅合金的壓鑄用模具。這種熱作模具鋼含有0.30～0.50％(重量)碳、0.20～1.00％(重量)硅、0.20～1.00％(重量)錳、2.00～4.00％(重量)鉻、0.80～2.00％(重量)釩、1.50～3.50％(重量)鉬。此外還含有一種或一種以上的＜2.00(重量)鎳、＜0.30％(重量)鈮、＜4.00％(重量)鈷和＜0.01％(重量)硼。
文檔編號C22C38/48GK85100822SQ85100822
公開日1985年10月10日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者崔, 何向山, 劉亞平 申請人:華中工學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan