CN106967930A - 一种高耐热性、高稳定性和高韧性的模具钢及其制造工艺 - Google Patents

一种高耐热性、高稳定性和高韧性的模具钢及其制造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高耐热性、高稳定性和高韧性的热作模具钢及其制造工艺，按重量百分比计，其基体由如下组分组成：C 0.37‑0.42％，Si 0.40‑0.60％，Mn 0.38‑0.55％，Cr 4.50‑5.50％，Ni 0.08‑0.20％，Mo 1.40‑1.80％，V 0.40‑0.80％，Nb 0.01‑0.03％，Ti 0.02‑0.05％，Os 0.01‑0.03％，La 0.04‑0.06％，Co 0.006‑0.012％，W 0.005‑0.010％，Cu≤0.06％，S≤0.005％，P≤0.015％，余量为Fe，本发明的热作模具钢具有优异的中心部开裂性，耐热软化性良好，能够保持长时间的高硬度，热稳定性好，导热性好。

Description

一种高耐热性、高稳定性和高韧性的模具钢及其制造工艺
技术领域
本发明涉及一种模具钢及其制造工艺，尤其涉及一种具有高耐热性、高稳定性和高韧性的热作模具钢及其制造工艺。
背景技术
随着我国工业的发展，模具钢的需求量迅速增加。在机械行业诸多产品中，模具被列为重点支持发展的产业，极大地促进了模具工业的发展。
热作模具一般是在高温、热冲击等恶劣工作条件下工作的，因此要求热作模具钢具有优良的综合性能。目前，工业生产上广泛使用的是H13钢。H13是最常用的热作模具钢之一，最早由美国在上世纪下半叶开发，由于其具有十分优异的浮透性，以及韧性好、耐磨性高、热疲劳好等特点，在热作模具钢中，H13的综合性能十分突出，因此，它迅速成为世界主流的热作模具钢。
H13钢在600℃以下工作，具有良好的热稳定性和抗热疲劳性能，较好的强韧性结合，但在600℃以上，材料的强度和热稳定性急剧下降，失去了原来的优异性能。而高耐热性的H21钢在高温条件下抗热疲劳性能较差，模具常常因发生龟裂纹而失效，这大大降低了模具的使用寿命，增加了生产成本。
虽然近几年我国模具钢产量不断攀升，模具钢的制造水平取得了长足的进步，但热作模具钢与美、日、法及瑞士等国际先进水平相比还存在较大的差距。而进口模具钢的价格很贵，一般为国产钢的3～5倍。
鉴于上述热作模具钢的现状，许多国内外钢铁厂和研究机构都致力于开发新型高性能的热作模具钢的，已经取得一定的研究成果，研发了一大批热作模具钢，但其更多的是侧重某一方面的性能，因而其应用领域有限。
发明内容
本发明针对现有热作模具钢在大型挤压模具上质量不够稳定方面存在的不足，提供一种兼有高耐热性、高稳定性和高韧性的热作模具钢及其制造工艺。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种高耐热性、高稳定性和高韧性的模具钢，其特征在于，按重量百分比计，其基体由如下组分组成：C 0.37-0.42％，Si 0.40-0.60％，Mn 0.38-0.55％，Cr 4.50-5.50％，Ni 0.08-0.20％，Mo 1.40-1.80％，V 0.40-0.80％，Nb 0.01-0.03％，Ti 0.02-0.05％，Os0.01-0.03％，La 0.04-0.06％，Co 0.006-0.012％，W 0.005-0.010％，Cu≤0.06％，S≤0.005％，P≤0.015％，余量为Fe。
进一步，按重量百分比计，其基体由如下组分组成：C 0.38％，Si 0.45％，Mn0.42％，Cr 4.70％，Ni 0.10％，Mo 1.50％，V 0.50％，Nb 0.02％，Ti 0.03％，Os 0.01％，La 0.04％，Co 0.008％，W 0.005％，Cu≤0.06％，S≤0.005％，P≤0.015％，余量为Fe。
进一步，按重量百分比计，其基体由如下组分组成：C 0.39％，Si 0.50％，Mn0.50％，Cr 5.10％，Ni 0.12％，Mo 1.60％，V 0.60％，Nb 0.02％，Ti 0.04％，Os 0.01％，La 0.04％，Co 0.010％，W 0.007％，Cu≤0.06％，S≤0.005％，P≤0.015％，余量为Fe。
进一步，按重量百分比计，其基体由如下组分组成：C 0.41％，Si 0.55％，Mn0.49％，Cr 5.15％，Ni 0.18％，Mo 1.50％，V 0.70％，Nb 0.02％，Ti 0.05％，Os 0.01％，La 0.05％，Co 0.011％，W 0.008％，Cu≤0.06％，S≤0.005％，P≤0.015％，余量为Fe。
进一步，按重量百分比计，其基体由如下组分组成：C 0.40％，Si 0.50％，Mn0.48％，Cr 5.16％，Ni 0.16％，Mo 1.50％，V 0.70％，Nb 0.02％，Ti 0.04％，Os 0.01％，La 0.06％，Co 0.010％，W 0.007％，Cu≤0.06％，S≤0.005％，P≤0.015％，余量为Fe。
模具钢中各个元素的作用如下：
碳是强化机体组织和扩大奥氏体区域的元素，当碳含量增加时，可以适当降低锰的含量，从而减轻钢的冷作硬化现象。同时，碳含量的提高，可以提高基体的强度，并可以和其他合金元素形成不同的M2C和MC型碳化物，达到强化基体的效果；但碳含量过高时，将对钢的韧性造成负面影响，并降低钢的抗冷热疲劳性能。
硅是钢中常见的元素之一，硅和氧的亲和力仅次于铝和钛，而强于锰、铬、钒。所以在炼钢的过程中，用作还原剂和脱氧剂。硅在钢中不形成碳化物，而是以固溶体的形态存在于奥氏体中，它提高钢中固溶体的强度和冷加工变形硬化率的作用极强，仅次于磷。硅有利于碳化物在高温时效过程中析出，还可以增加析出碳化物的弥散度，提高高温抗氧化能力和基体抗力。
锰是该发明钢中形成奥氏体的基本元素，可以达到稳定奥氏体相，并可以增加材料的机体强度，在高温时可以使得材料保持奥氏体组织，材料高温时获得稳定的奥氏体组织的相。由于高锰钢存在冷作硬化现象，当其含量过高时，不利于机加工，因此锰的含量要选在一个合理的范围内。
铬加入钢中能显著改善钢的机加工性能和抗氧化性能，增加钢的抗腐蚀能力。铬也可溶入奥氏体中，起固溶强化作用。铬元素同时可以增加材料的淬透性，并在材料的冷却过程中析出相应的合金碳化物起到强化作用。另外，铬与锰的配合可形成稳定的奥氏体，因此可以减少锰的加入量。
镍是非碳化物的形成元素，一般固溶于基体，可以提高钢的淬透性、韧性和导热性。
钼属于缩小奥氏体相区的元素，钼在钢中存在于固溶体相和碳化物中。在碳化物相中，当钼含量较低时，与铁及碳形成复合的渗碳体，当含量较高时，则形成它自己的特殊碳化物。钼的扩散速度远小于碳的扩散速度。钼在钢中的作用可归纳为提高淬透性、提高热强性、防止回火脆性、提高剩磁和矫顽力，提高在某些介质中的抗蚀性与防止点蚀倾向等。钼溶入奥氏体中，固溶强化基体，也可以形成碳化物，增强了钢的高温强度、硬度和耐磨性。当钼的含量超过2.5％时，容易造成钢的脱碳，其含量要得到合理控制。
钒是强化铁素体和奥氏体相区形成元素之一，它与碳、氮、氧都有极强的亲和力，与之形成相应的极为稳定的化合物。在钢中主要以MC碳化物的形态存在。它在钢中的主要作用是：细化钢的组织和晶粒，提高晶粒粗化温度，从而降低钢的过热敏感性，并提高钢的强度和韧性；增加钢的回火稳定性。钒是强碳化物形成元素，在时效过程中，通过钒与碳的结合，弥散析出大量的VC，强化基体。碳化钒的显微硬度(HV)达2500-2800，当其含量超过一定值后，就会因共格析出合金碳化物而硬化。钒在奥氏体热作模具钢中，还可以细化奥氏体晶粒，增加钢的强度和韧性，提高钢的耐磨性。
铌：可制成耐高温高强度的特种合金和铜；
钛：钛具有熔点高、比重小、比强度高、韧性好、抗疲劳、耐腐蚀、导热系数低、高低温度耐受性能好、在急冷急热条件下应力小等特点，钛的密度为4.506-4.516克/立方厘米(20℃)，高于铝而低于铁、铜、镍。但比强度位于金属之首，钛具有可塑性。
钴：钴是生产耐热合金、硬质合金、防腐合金、磁性合金和各种钴盐的重要原料，具有光泽的钢灰色金属，熔点1493℃、比重8.9，比较硬而脆，钴是铁磁性。
钨：钢灰色或银白色，硬度高，熔点高，常温下不受空气侵，钨是熔点最高的难熔金属，可提高钢的高温硬度。
铜：少量的铜可以提高钢的强度和韧性，合金钢中铜含量超过1.5％，会使钢变脆。
磷在高锰钢中是非常有害的元素，其在钢液中溶解度极低，并常以磷化物薄膜出现在晶界上，使铸件易于产生裂纹，特别是碳含量高时，更加剧了磷的这一危害性。
硫，一般认为它是残存在钢中的有害元素之一，所以在优质钢中规定其含量不得大于0.04％，即使在普通碳素钢中，也限定不得大于0.005％。在某种条件下，害处可以转化成益处，如在含硫易切削钢中，就是提高其硫和锰的含量，使形成较多的硫化锰微粒，以改善钢的切削加工性能。
镧,主要起以下作用：1)净化钢液。稀土具有脱氧脱硫作用，减少并细化钢中的夹杂物。2)变质夹杂。稀土加入钢中生成球状稀土氧化物或硫化物，取代长条状硫化锰夹杂，使硫化物形态得到完全控制，提高钢的韧塑性特别是横向冲击韧性，改善钢材的各向异性。稀土使高硬度氧化铝夹杂转变成球状硫氧化物，显著地提高钢的抗疲劳性能。3)微合金化。稀土在钢中有一定的固溶量，它在晶界的偏聚能抑制磷、硫及低熔点杂质铅、锡、砷、锑、铋在晶界的偏析或与这些杂质形成熔点较高的化合物，消除低熔点杂质的有害作用；稀土净化和强化晶界，阻碍晶间裂纹的形成和扩展，有利于改善钢的塑性尤其是高温塑形；稀土还能促进等温转变贝氏体组织的形成。
锇，是金属中密度最大的金属，但其共价半径特别小，原子排列非常紧密，化学性质稳定，锇在钢中的存在能够细化晶粒，使得各个元素能够更好的融合，提高不同元素之间的结合力，最终提高钢的性能。
钢中磷和硫在凝固过程中形成磷化物和硫化物在奥氏体晶界沉淀。因而产生晶间脆性，使钢的塑性降低，还会使钢锭锻轧时在偏析区产生裂纹，降低了钢的力学性能。
本发明的有益效果是：
本发明的热作模具钢具有优异的中心部开裂性和韧性，耐热软化性良好，能够保持长时间的高硬度，可以在与H13同等条件下进行热处理、氮化处理，热稳定性好，导热性好。
本发明还要求保护上述模具钢的制造工艺，包括如下步骤：
1)电炉冶炼：按照基体的化学组成进行配料，置于电炉中进行冶炼，冶炼过程中对炉中的化学成分进行分析，待化学组成符合要求后出钢，浇筑成电极棒；
2)电渣重熔：渣系的物料组成为：按重量分数计，氧化铝20-30％、氧化镁5-10％、氧化钙20-30％、氟化钙30-50％、氧化硅2％，重熔过程中的工艺条件控制如下：电压50-70V；电流10000-12000A；熔炼填充比0.62-0.76；溶速580-680kg/h；
3)锻造：将步骤2)得到的钢绽进行锻造，锻造过程的工艺参数为：钢锭的加热温度为：1200-1250℃，保温时间≧7h；开锻温度为1100℃-1150℃，终锻温度为850-900℃，锻造压缩比≧7；
4)正火：将步骤3)所得的钢锭置于900-1050℃下正火，保温10-14h；
5)球化退火：球化退火，于840-870℃下保温10-12h，然后再于740-760℃下保温8-10h，后降温至450℃以下，降温速度小于25℃/h，出炉空冷，得到所述热作模具钢。
进一步，步骤2)中所述渣系的物料组成为：按重量分数计，氧化铝20％、氧化镁5％、氧化钙25％、氟化钙48％、氧化硅2％。
进一步，步骤3)中保温时间为7-9h，锻造压缩比为7-10。
进一步，步骤5)中降温速度为15-20℃/h。
上述制造工艺的有益效果如下：
工艺中采用了电渣重熔的二次冶炼过程，通过渣系对钢进行提纯，去除了钢中的杂质，使得本发明所得的热作模具钢具有非常优异的性能，适用于各种领域。
附图说明
图1为实施例1所得模具钢和H13的抗开裂性测试结果；
图2为实施例1所得模具钢和H13的抗拉强度测试结果；
图3为实施例1所得模具钢和H13的高温硬度测试结果；
图4为实施例1所得模具钢和H13的微观组织形貌；
图5为实施例1所得模具钢和H13的淬火回火硬度测试结果；
图6为实施例1所得模具钢的静态CCT曲线；
图7为实施例1所得模具钢和H13的氮化测试结果。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：
一种热作模具钢，按重量分数计，其基体由如下元素组成：
C为O.37％,Si为0.40％,Mn为O.38％,Cr为4.50％,Ni为0.08％，Mo为1.40％,V为O.40％,Nb 0.01％，Ti 0.02％，Os 0.01％，La 0.04％，Co 0.006％，W 0.005％，Cu为≤0.06％，S为≤0.005％，P为≤0.015％，余量为Fe。
上述热作模具钢的制造工艺如下：
1)电炉冶炼：按照实施例1的基体的化学组成进行配料，置于电炉中进行冶炼，冶炼过程中对炉中的化学成分进行分析，待化学组成符合要求后出钢；
2)电渣重熔：渣系的物料组成为：按重量分数计，氧化铝20％、氧化镁5％、氧化钙25％、氟化钙48％、氧化硅2％，重熔过程中的工艺条件控制如下：电压50-70V；电流10000-12000A；熔炼填充比0.68；溶速580kg/h；
3)锻造：将步骤2)得到的钢锭进行锻造，锻造过程的工艺参数为：钢锭的加热温度为：1200-1250℃，保温时间7h；开锻温度为1100℃-1150℃，终锻温度为850-900℃，锻造压缩比为7；
4)正火：将步骤3)所得的钢锭置于1000-1050℃下正火，保温10h；
5)球化退火：球化退火，于840-870℃下保温10h，然后再于740-760℃下保温8h，后降温至450℃以下，降温速度为20℃/h，出炉空冷，得到所述热作模具钢。
实施例2：
一种热作模具钢，按重量分数计，其基体由如下元素组成：
C为0.42％，Si为0.60％，Mn为0.55％，Cr为5.50％，Ni为0.20％，Mo为1.80％，V为0.80％，Nb 0.03％，Ti 0.05％，Os 0.03％，La 0.06％，Co 0.012％，W 0.010％，Cu为≤0.06％，S为≤0.005％，P为≤0.015％，余量为Fe。
上述热作模具钢的制造工艺如下：
1)电炉冶炼：按照实施例2的基体的化学组成进行配料，置于电炉中进行冶炼，冶炼过程中对炉中的化学成分进行分析，待化学组成符合要求后出钢；
2)电渣重熔：渣系的物料组成为：按重量分数计，氧化铝25％、氧化镁7％、氧化钙20％、氟化钙46％、氧化硅2％，重熔过程中的工艺条件控制如下：电压50-70V；电流10000-12000A；熔炼填充比0.62；溶速580kg/h；
3)锻造：将步骤2)得到的钢锭进行锻造，锻造过程的工艺参数为：钢锭的加热温度为：1200-1250℃，保温时间9h；开锻温度为1100℃-1150℃，终锻温度为850-900℃，锻造压缩比为8；
4)正火：将步骤3)所得的钢锭置于1000-1050℃下正火，保温12h；
5)球化退火：球化退火，于840-870℃下保温10h，然后再于740-760℃下保温8h，后降温至450℃以下，降温速度为15℃/h，出炉空冷，得到所述热作模具钢。
实施例3：
一种热作模具钢，按重量分数计，由如下元素组成：
C为0.38％，Si为0.45％，Mn为0.42％，Cr为4.70％，Ni为0.10％，Mo为1.50％，V为0.50％，Nb 0.02％，Ti 0.03％，Os 0.01％，La 0.04％，Co 0.008％，W 0.005％，Cu为≤0.06％，S为≤0.005％，P为≤0.015％，余量为Fe。
上述热作模具钢的制造工艺如下：
1)电炉冶炼：按照实施例3的基体的化学组成进行配料，置于电炉中进行冶炼，冶炼过程中对炉中的化学成分进行分析，待化学组成符合要求后出钢；
2)电渣重熔：渣系的物料组成为：按重量分数计，氧化铝30％、氧化镁5％、氧化钙20％、氟化钙43％、氧化硅2％，重熔过程中的工艺条件控制如下：电压50-70V；电流10000-12000A；熔炼填充比0.76；溶速630kg/h；
3)锻造：将步骤2)得到的钢锭进行锻造，锻造过程的工艺参数为：钢锭的加热温度为：1200-1250℃，保温时间9h；开锻温度为1100℃-1150℃，终锻温度为850-900℃，锻造压缩比为9；
4)正火：将步骤3)所得的钢锭置于1000-1050℃下正火，保温12h；
5)球化退火：球化退火，于840-870℃下保温10h，然后再于740-760℃下保温8h，后降温至450℃以下，降温速度为15℃/h，出炉空冷，得到所述热作模具钢。
实施例4：
一种热作模具钢，按重量分数计，由如下元素组成：
C为0.39％，Si为0.50％，Mn为0.50％，Cr为5.10％，Ni为0.12％，Mo为1.60％，V为0.60％，Nb 0.02％，Ti 0.04％，Os 0.01％，La 0.04％，Co 0.010％，W 0.007％，Cu为≤0.06％，S为≤0.005％，P为≤0.015％，余量为Fe。
上述热作模具钢的制造工艺如下：
1)电炉冶炼：按照实施例4的基体的化学组成进行配料，置于电炉中进行冶炼，冶炼过程中对炉中的化学成分进行分析，待化学组成符合要求后出钢；
2)电渣重熔：渣系的物料组成为：按重量分数计，氧化铝23％、氧化镁5％、氧化钙20％、氟化钙50％、氧化硅2％，重熔过程中的工艺条件控制如下：电压50-70V；电流10000-12000A；熔炼填充比0.76；溶速630kg/h；
3)锻造：将步骤2)得到的钢锭进行锻造，锻造过程的工艺参数为：钢锭的加热温度为：1200-1250℃，保温时间9h；开锻温度为1100℃-1150℃，终锻温度为850-900℃，锻造压缩比为8；
4)正火：将步骤3)所得的钢锭置于1000-1050℃下正火，保温14h；
5)球化退火：球化退火，于840-870℃下保温10h，然后再于740-760℃下保温8h，后降温至450℃以下，降温速度为25℃/h，出炉空冷，得到所述热作模具钢。
实施例5：
一种热作模具钢，按重量分数计，由如下元素组成：
C为0.41％，Si为0.55％，Mn为0.49％，Cr为5.15％，Ni为0.18％，Mo为1.50％，V为0.70％，Nb 0.02％，Ti 0.05％，Os 0.01％，La 0.05％，Co 0.011％，W 0.008％，Cu为≤0.06％，S为≤0.005％，P为≤0.015％，余量为Fe。
上述热作模具钢的制造工艺如下：
1)电炉冶炼：按照实施例5的基体的化学组成进行配料，置于电炉中进行冶炼，冶炼过程中对炉中的化学成分进行分析，待化学组成符合要求后出钢；
2)电渣重熔：渣系的物料组成为：按重量分数计，氧化铝23％、氧化镁5％、氧化钙20％、氟化钙50％、氧化硅2％，重熔过程中的工艺条件控制如下：电压50-70V；电流10000-12000A；熔炼填充比0.76；溶速630kg/h；
3)锻造：将步骤2)得到的钢锭进行锻造，锻造过程的工艺参数为：钢锭的加热温度为：1200-1250℃，保温时间9h；开锻温度为1100℃-1150℃，终锻温度为850-900℃，锻造压缩比为8；
4)正火：将步骤3)所得的钢锭置于1000-1050℃下正火，保温14h；
5)球化退火：球化退火，于840-870℃下保温10h，然后再于740-760℃下保温8h，后降温至450℃以下，降温速度为20℃/h，出炉空冷，得到所述热作模具钢。
实施例6：
一种热作模具钢，按重量分数计，由如下元素组成：
C为0.40％，Si为0.50％，Mn为0.48％，Cr为5.16％，Ni为0.16％，Mo为1.50％，V为0.70％，Nb 0.02％，Ti 0.04％，Os 0.01％，La 0.06％，Co 0.010％，W 0.007％，Cu为≤0.06％，S为≤0.005％，P为≤0.015％，余量为Fe。
上述热作模具钢的制造工艺如下：
1)电炉冶炼：按照实施例6的基体的化学组成进行配料，置于电炉中进行冶炼，冶炼过程中对炉中的化学成分进行分析，待化学组成符合要求后出钢；
2)电渣重熔：渣系的物料组成为：按重量分数计，氧化铝23％、氧化镁5％、氧化钙20％、氟化钙50％、氧化硅2％，重熔过程中的工艺条件控制如下：电压50-70V；电流10000-12000A；熔炼填充比0.76；溶速630kg/h；
3)锻造：将步骤2)得到的钢锭进行锻造，锻造过程的工艺参数为：钢锭的加热温度为：1200-1250℃，保温时间9h；开锻温度为1100℃-1150℃，终锻温度为850-900℃，锻造压缩比为8；
4)正火：将步骤3)所得的钢锭置于1000-1050℃下正火，保温14h；
5)球化退火：球化退火，于840-870℃下保温10h，然后再于740-760℃下保温8h，后降温至450℃以下，降温速度为20℃/h，出炉空冷，得到所述热作模具钢。
实施例7：
一种热作模具钢，按重量分数计，由如下元素组成：
C为0.39％，Si为0.52％，Mn为0.50％，Cr为5.22％，Ni为0.18％，Mo为1.58％，V为0.65％，Nb 0.02％，Ti 0.04％，Os 0.01％，La 0.06％，Co 0.010％，W 0.007％，Cu为≤0.06％，S为≤0.005％，P为≤0.015％，余量为Fe。
上述热作模具钢的制造工艺如下：
1)电炉冶炼：按照实施例7的基体的化学组成进行配料，置于电炉中进行冶炼，冶炼过程中对炉中的化学成分进行分析，待化学组成符合要求后出钢；
2)电渣重熔：渣系的物料组成为：按重量分数计，氧化铝23％、氧化镁5％、氧化钙20％、氟化钙50％、氧化硅2％，重熔过程中的工艺条件控制如下：电压50-70V；电流10000-12000A；熔炼填充比0.76；溶速630kg/h；
3)锻造：将步骤2)得到的钢锭进行锻造，锻造过程的工艺参数为：钢锭的加热温度为：1200-1250℃，保温时间9h；开锻温度为1100℃-1150℃，终锻温度为850-900℃，锻造压缩比为8；
4)正火：将步骤3)所得的钢锭置于1000-1050℃下正火，保温14h；
5)球化退火：球化退火，于840-870℃下保温10h，然后再于740-760℃下保温8h，后降温至450℃以下，降温速度为20℃/h，出炉空冷，得到所述热作模具钢。
为了验证本发明提供的热作模具钢的性能，我们将实施例1所得的热作模具钢与现在常用的热作模具钢4Cr5MoSiV1/H13(美国牌号)即H13进行了性能实验的测试，具体如下：
1、热膨胀和传热率测试：
我们将实施例1的模具钢与H13置于不同的温度下，分别测定其热膨胀系数和传热率，其结果如表1所示。
表1：本发明所得的热作模具钢与H13的热膨胀系数和传热率数据对比
2.抗开裂性测试：
我们将实施例1和H13的模具钢采用尺寸淬火强度1025℃(淬火冷却12℃/min)，硬度为48±1hrc的试验片，进行抗开裂性实验，结果如图1所示。
3.高温强度的考察
将实施例1和H13的模具钢分别置于不同的温度下，测试模具钢的抗拉强度，检测结果如图2所示。
4.回火稳定性的考察
我们将实施例1的模具钢和H13置于600℃环境下测试其硬度随时间的变化情况，结果如图3所示。
5.微观组织形貌
我们将实施例1的模具钢和H13进行了金相分析，用的是金相显微镜，结果如图4所示。
6.淬火回火硬度测试
试验片尺寸15×15×20mm，淬火工艺：1025℃×1Hr(淬火冷却12℃/min)回火工艺：450～700℃×90min 2次，结果如图5所示。
7、CCT曲线
实施例1所得的模具钢的静态CCT曲线如图6所示。
8、氮化特性
我们将实施例1的模具钢和H13采用如下氮化工艺进行氮化，氮化种类：气体氮化，氮化时间：560℃×140min，母材硬度：50±1HRC，结果如图7所示。
由上述数据和结果可知，本发明的热作模具钢兼有高耐热性、高稳定性和高韧性，性能优于所有的现有模具钢，大大拓宽了现有模具钢的应用领域。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高耐热性、高稳定性和高韧性的模具钢，其特征在于，按重量百分比计，其基体由如下组分组成：C 0.37-0.42％，Si 0.40-0.60％，Mn 0.38-0.55％，Cr 4.50-5.50％，Ni0.08-0.20％，Mo 1.40-1.80％，V 0.40-0.80％，Nb 0.01-0.03，Ti 0.02-0.05％，Os 0.01-0.03％，La 0.04-0.06％，Co 0.006-0.012％，W 0.005-0.010％，Cu≤0.06％，S≤0.005％，P≤0.015％，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的模具钢，其特征在于，按重量百分比计，其基体由如下组分组成：C 0.38％，Si 0.45％，Mn 0.42％，Cr 4.70％，Ni 0.10％，Mo 1.50％，V 0.50％，Nb0.02％，Ti 0.03％，Os 0.01％，La 0.04％，Co 0.008％，W 0.005％，Cu≤0.06％，S≤0.005％，P≤0.015％，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的模具钢，其特征在于，按重量百分比计，其基体由如下组分组成：C 0.39％，Si 0.50％，Mn 0.50％，Cr 5.10％，Ni 0.12％，Mo 1.60％，V 0.60％，Nb0.02％，Ti 0.04％，Os 0.02％，La 0.04％，Co 0.010％，W 0.007％，Cu≤0.06％，S≤0.005％，P≤0.015％，余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的模具钢，其特征在于，按重量百分比计，其基体由如下组分组成：C 0.41％，Si 0.55％，Mn 0.49％，Cr 5.15％，Ni 0.18％，Mo 1.50％，V 0.70％，Nb0.02％，Ti 0.05％，Os 0.03％，La 0.05％，Co 0.011％，W 0.008％，Cu≤0.06％，S≤0.005％，P≤0.015％，余量为Fe。
5.根据权利要求1所述的模具钢，其特征在于，按重量百分比计，其基体由如下组分组成：C 0.40％，Si 0.50％，Mn 0.48％，Cr 5.16％，Ni 0.16％，Mo 1.50％，V 0.70％，Nb0.02％，Ti 0.04％，Os 0.03％，La 0.06％，Co 0.010％，W 0.007％，Cu≤0.06％，S≤0.005％，P≤0.015％，余量为Fe。
6.一种权利要求1-5中任一项所述的模具钢的制造工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)电炉冶炼：按照基体的化学组成进行配料，置于电炉中进行冶炼，冶炼过程中对炉中的化学成分进行分析，待化学组成符合要求后出钢，浇筑成电极棒；
2)电渣重熔：渣系的物料组成为：按重量分数计，氧化铝20-30％、氧化镁5-10％、氧化钙20-30％、氟化钙30-50％、氧化硅2％，重熔过程中的工艺条件控制如下：电压50-70V；电流10000-12000A；熔炼填充比0.62-0.76；溶速580-680kg/h；
3)锻造：将步骤2)得到的钢绽进行锻造，锻造过程的工艺参数为：钢锭的加热温度为：1200-1250℃，保温时间≧7h；开锻温度为1100℃-1150℃，终锻温度为850-900℃，锻造压缩比≧7；
4)正火：将步骤3)所得的钢锭置于900-1050℃下正火，保温10-14h；
5)球化退火：球化退火，于840-870℃下保温10-12h，然后再于740-760℃下保温8-10h，后降温至450℃以下，降温速度小于25℃/h，出炉空冷，得到所述热作模具钢。
7.根据权利要求6所述的模具钢的制造工艺，其特征在于，步骤2)中所述渣系的物料组成为：按重量分数计，氧化铝20％、氧化镁5％、氧化钙25％、氟化钙48％、氧化硅2％。
8.根据权利要求6所述的模具钢的制造工艺，其特征在于，步骤3)中保温时间为7-9h，锻造压缩比为7-10。
9.根据权利要求6所述的热作模具钢的制造工艺，其特征在于，步骤5)中降温速度为15-20℃/h。
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