CN116334496A

CN116334496A - 一种具有细小共晶碳化物的模具钢及其制备方法

Info

Publication number: CN116334496A
Application number: CN202310476343.4A
Authority: CN
Inventors: 冯丹竹; 田斌; 潘瑞宝; 于明光; 范刘群; 朱隆浩
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2023-04-28
Filing date: 2023-04-28
Publication date: 2023-06-27
Anticipated expiration: 2043-04-28
Also published as: CN116334496B

Abstract

本发明提供了一种具有细小共晶碳化物的模具钢及其制备方法，该模具钢的成分按重量百分比计如下：C：0.45％～0.55％，Si：1.00％～1.30％，Mn：0.90％～1.10％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：3.70％～4.70％，Mo：2.50％～3.50％，W：1.50％～2.50％，Co：1.00％～1.50％，Zn：0.20％～0.30％，余量为Fe及不可避免杂质；制备方法包括冶炼、连铸、加热、轧制、热处理，应用本发明生产的模具钢板无缺口室温心部横向冲击韧性为191～195J；室温硬度在46～49HRC，厚度截面硬度差≤2HRC；具有良好的热稳定性，600℃保温36h后硬度保持41～43HRC、650℃保温36h后硬度保持35.5～37.4HRC、700℃保温36h后硬度保持30～32HRC。

Description

一种具有细小共晶碳化物的模具钢及其制备方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种具有均匀弥散分布且细小共晶碳化物的模具钢及其制备方法。

背景技术

我国制造业的飞速发展，工业上对服役温度较高的热锻模具钢提出更高要求：一是可制造尺寸较大、形状复杂的零件，这就需要制造出相应的大截面积模具钢；二是需要能在更高温度下工作的模具，这就需要模具钢有更好的热强性及热稳定性。

共晶碳化物在钢坯凝固过程中形成，较高的合金含量使钢液处于过饱和状态，较大的过冷度使得共晶点变为伪共晶区，即使此时析出的碳化物成分不同于共晶成分，但其组织特征与共晶组织相同，这中碳化物一般称为共晶碳化物。这种共晶碳化物一般以网状形式分布于等轴晶晶粒间，在热加工过程中，根据不同的工艺，共晶碳化物被打碎成条带状或不规则的颗粒。共晶碳化物尺寸、形貌、数量、分布直接影响模具钢的力学性能、热稳定性及使用寿命等，模具钢若具有均匀弥散分布且细小的共晶碳化物可显著提高材料的使用寿命降低制造成本，简化生产工序，满足工业上对服役温度较高的热锻模具钢的要求。

国内许多单位在开发研制新型模具钢、提高产品质量、优化生产工艺、提高模具寿命等方面做了大量的工作。申请号为202011030378.8的专利《一种高韧性高硬度的冷热兼具型模具钢及其制备方法》中公开了一种高韧性高硬度的冷热兼具型模具钢，其成分百分比为：C：0.75％～0.85％，Si：0.8％～1.2％，Mn：0.3％～0.7％，Cr：5.0％～6.0％，Mo：2.2％～2.6％，V：0.4％～0.7％，P＜0.025％，S＜0.003％，余量为Fe。将C含量设定在热作模具钢与冷作模具钢的成分之间，能够提高材料的淬性同时还可以形成合金碳化物，改善耐磨性；降低Si含量，以提高材料韧性，降低V含量提高Mo含量能够减少V共晶碳化物的生成，降低对韧性的影响，并保证材料具有较好的抗回火软化性，实施例结果显示，模具钢的硬度为56～64HRC，冲击韧性为80～140J。但其碳含量过高会增加模具钢的冷脆性和时效敏感性，还会降低其耐蚀性，改善模具钢耐磨性需要合金碳化物细小弥散分布，否则会对性能产生不利影响。

申请号为202010896482.9的专利《一种高韧性高硬度模具钢及其制备方法》中公开了一种高韧性高硬度模具钢，其成分百分比为：C：0.70％～0.85％，Si：0.10％～0.40％，Mn：0.30％～0.70％，Cr：4.85％～5.35，Mo：2.25％～2.55％，V：0.40％～0.70％，P＜0.02％，S＜0.003％，余量为Fe。将C含量设定在热作与冷作模具钢的成分之间，能够条材料淬透性和淬硬性同时还可以形成合金碳化物，改善耐磨性；降低Si含量，以提高材料的韧性；将Cr含量保持与热作模具钢H13中Cr含量相同，同时降低V含量，提高Mo含量能够减少含V共晶碳化物的生成，降低对韧性的影响，并保证材料具有较好的抗回火软化性。但难以保证模具钢组织上碳化物的均匀分布及性能的均匀性。

申请号为202010836798.9的专利《一种低成本且高温下具有高热导率的模具钢及其制备方法》中公开一种模具钢，其成分百分比为：C：0.28％～0.34％，Cr：0.38％～0.45％，Si：0.68％～0.74％，Mn：0.40％～0.48％，Mo：1.05％～1.15％，V≤0.08％，其余为铁和不可避免杂质。通过调整Cr、Si、Mn、Mo、V等含量来提高其热导率，Mo含量较低，高温下仍具有高热导率，虽然降低Si、Cr等元素含量，这些元素可恶化热导率，但同时难以保证材料的淬透性、热稳定性、强度硬度及耐磨性等重要性能。

申请号为201410194383.0的专利《一种具有良好耐蚀性和韧性的超高强度模具钢》其成分质量分数为C：0.08％～0.32％、Si：≤0.8％、Mn：≤0.5％、Cr：5％～10％、Ni：6.0％～8.0％、Co：1.3％～1.8％、W：0.9％～1.1％、V：0.2％～0.5％、Nb：0.08％～0.15％、N：≤0.002％、O：≤0.0015％、Mo：0.9％～1.4％、Ti：0.05％～0.4％、S：0.011％～0.025％。该种模具钢经过锻造加工手段可广泛应用于要求高强度高韧性的汽车行业。但锻造成本高，成材率低，且该种塑料模具钢难以保证冲击性能。

申请号为201410124967.0的专利《一种具有抗腐蚀性的塑料模具钢及其制造方法》中公开了一种具有抗腐蚀性的塑料模具钢，其成分质量分数为C：0.20％～0.32％，Si：0.12％～0.15％，Mn：0.05％～0.15％，P：0.06％～0.08％，S：0.01％～0.015％，N：0.1％～0.15％，Ni：3.5％～4.0％，Cr：8.5％～10.5％，Cu：0.25％～0.45％，Mo：0.45％～0.5％，Cr+Ni＝12％～14.5％。在保证了塑料模具钢原有强度、延伸率、耐磨性和切削性能下，大大提高了耐蚀性能，但韧性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种兼顾成本及模具钢性能，使模具钢组织上具有均匀弥散分布且细小的共晶碳化物，性能上具有良好热稳定性等且生产工艺高效经济，满足市场经济需求的具有细小共晶碳化物的模具钢及其制备方法。

本发明目的是这样实现的：

成分设计上采用Mo、Cr、W、Co、Zn共同作用，不添加V、Ni等贵金属元素，Mo、Cr、Co、Zn按照比例添加，在保证钢具有均匀弥散分布且细小的共晶碳化物的同时提高钢的热稳定性及抗热疲劳性等，同时降低成本。

一种具有细小共晶碳化物的模具钢，该模具钢的成分按重量百分比计如下：C：0.45％～0.55％，Si：1.00％～1.30％，Mn：0.90％～1.10％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：3.70％～4.70％，Mo：2.50％～3.50％，W：1.50％～2.50％，Co：1.00％～1.50％，Zn：0.20％～0.30％，余量为Fe及不可避免杂质。

所述模具钢中Mo/Cr＝0.67～0.75。

所述模具钢中Mo+W＝5.0％～5.5％。

所述模具钢中Co/Zn＝5.0～6.0。

所述模具钢钢板厚度为80～180mm。

所述模具钢钢板中具有细小共晶碳化物，且平均直径为1.0～1.5μm共晶碳化物数量百分比为66.8％～67.7％，圆度为1.0～1.5共晶碳化物数量百分比为62.6％～63.6％，

所述模具钢板无缺口室温心部横向冲击韧性为191～195J；室温硬度在46～49HRC，厚度截面硬度差≤2HRC；具有良好的热稳定性，600℃保温36h后硬度保持41～43HRC、650℃保温36h后硬度保持35.5～37.4HRC、700℃保温36h后硬度保持30～32HRC。

本发明成分设计理由如下：

C：在本发明模具钢中，一部分碳固溶于基体中起到固溶强化作用，一部分与合金元素相互作用，以合金碳化物的形式析出。碳含量可直接影响本发明钢的强度、塑韧性、高温强度及热稳定性，尤其是在回火过程中，由马氏体和残余奥氏体分解的碳化物弥散分布在α相上，从而提高模具钢强度、韧性等综合性能。若碳含量过低，会降低基体硬度及耐磨损性能，若碳含量过高会增加本发明钢的冷脆性和时效敏感性，使钢的焊接性能下降，还会降低钢的耐蚀性。因此，本发明选择加入C：0.45％～0.55％，与其他合金元素共同作用，通过本发明的制备方法，获得细小均匀弥散分布的共晶碳化物，使该种模具钢具有优异的综合性能、较稳定的组织结构及热稳定性。

Si：本发明中Si可提高淬透性和基体强度，有利于二次硬化，可提高该种模具钢在高温回火过程中析出合金碳化物的弥散度，使其更加均匀弥散分布。Si限制钢中碳的迁移速率，在高温回火时提供合金元素的优先析出部位，使得模具钢在高温时才析出细小弥散的碳化物，提高本发明模具钢的热稳定性。此外，它可扩散至ε-碳化物中，以固溶的方式提高ε的稳定性，在回火过程中，推迟渗碳体的出现。这个过程可以有效缩短第一类回火脆性的温度区间，从而调整回火马氏体的强韧性配合。但Si含量过高易出现比较严重的偏析情况而出现带状组织，使钢的各向异性显著，不利于承受复杂机械载荷，且可提高模具钢的脆性转变温度，因此，本发明为保证材料横向冲击韧性，同时发挥Si的有益作用，抑制δ铁素体的形成，本发明中选择加入Si含量为1.00％～1.30％。

Mn：本发明中Mn一是起到固溶强化作用，虽然其固溶强化效果弱于C，但其对钢塑性影响较小，几乎不降低钢的延展性；二是提高淬透性，其是提高淬透性最显著的元素；三是可使二次硬化温度提前，促进碳化物的溶解，奥氏体化加热过程中有较多的碳化物溶入基体，同其他强碳化物元素结合形成碳化物，从而使二次硬化峰值提高。但含Mn量过高对韧性和高温性能有不利影响，且易产生元素富集发生偏析使基体材料成分及组织不均匀，造成终态钢板全板性能差异大，因此本发明适量添加Mn，可不需添加Ni元素，同样起到稳定奥氏体作用，淬火时使更多的碳化物溶入基体，同其他强碳化物元素结合形成碳化物，充分发挥有利效果，因此本发明中选择加入Mn含量为0.90％～1.10％。

P、S：S以MnS的形式分布于钢中，MnS在热轧过程中沿着轧制方向伸长，使得硫易切削钢的横向力学性能显著降低，加剧了钢材的各向异性，同时它导致基体内部产生空洞并成为氧化向纵深发展的通道，降低该种模具钢的热稳定性。P虽能适量提高铁素体硬度，改进零件的表面光洁度和切削性能，但其较容易在奥氏体晶界发生偏析使基体材料晶界上原子间结合力减弱，造成材料回火脆性大，磷元素在晶界偏析还会造成脆性断口遗传，而且S、P过多会影响钢的均质性及纯净度。综合考虑炼钢成本及其对钢的影响，本发明选择加入P≤0.015％，S≤0.015％。

Cr：可提高钢的淬透性并具有二次强化作用，促进合金化，推迟珠光体和贝氏体转变，增加钢的硬度和耐磨性而不会使钢变脆，可确保大截面积模具制造和生产。Cr元素易与碳元素结合，可形成各种硬质碳化物。这些碳化物分布于钢的基体之中，对提高本发明模具钢的硬度、耐磨性及热稳定性能发挥着重要作用。若Cr含量过高，在高温回火或长时间回火时，碳化物中其他合金元素被Cr代替，形成粗大且较软的高铬碳化物，从而降低模具钢的热强性和热稳定性。为此，本发明添加适量Cr，一方面保证固溶于基体后能显著增强钢的透性，确保大截面积模具制造和生产，一方面保证本发明模具钢的热强性和热稳定性，此外，本发明中加入适量Cr，能在表面上形成非常致密的Cr₂O₃氧化膜，提高钢的耐蚀性。在Zn等合金元素的共同作用下可增大钢中Cr的扩散率，降低其在钢板心部聚集形成偏析，因此本发明选择加入Cr含量为3.70％～4.70％。

Mo：在本发明中Mo的作用一是溶入基体以固溶强化的方式增强模具钢的强度及硬度。固溶于基体的Mo会在位错周围偏聚以降低集体晶格畸变程度，并形成柯氏气团或铃木气团对位错钉扎，阻碍位错的开动，提高模具钢的屈服强度，甚至出现屈服平台，在回火时由于气团的钉扎作用，α相内位错难以聚集合并或对消，使得亚晶粒出现温度推迟，明显阻碍了α相的回复、甚至再结晶，增加了材料的回火稳定性；二是在后续回火时析出MC和M₂C碳化物，这两种碳化物尺寸细小，分布弥散，对二次硬化作用贡献极大。但过量的Mo导致Mo₂C转变为M₆C，沿原奥氏体晶界、马氏体板条界析出，大颗粒状的M₆C会使材料脆化，也会降低韧性，但含量过少会导致由Mo产生的二次硬化效果不显著。因此本发明选择加入Mo含量为2.50％～3.50％。

本发明控制Mo/Cr＝0.67～0.75，一方面可改善本发明模具钢的淬透性，确保大截面模具钢厚度方向组织性能的均匀性；一方面可减少M₂₃C₆和M₇C₃碳化物的形成，而形成较多稳定性高的MC和M₂C型简单碳化物，保证模具钢的热强性和热稳定性；一方面可降低脱碳氧化的程度，此外，在不降低本发明模具钢韧性的同时，可保证其二次硬化效果。

W：W是铁素体形成元素，减小奥氏体相区，强碳化物形成元素，在中温回火时析出MC和M₂C碳化物，这两种碳化物尺寸细小，分布弥散，对二次硬化作用贡献极大。可以形成WC碳化物，碳化钨有很高的硬度和耐磨性，从而可显著提高红硬性和热强性。但如果W的含量过高，使钢中共晶碳化物数量过多，导致W、Mo等增强热强性元素固溶于基体中，析出的含量减少，高温下阻碍晶粒长大以及位错运动的作用减弱，同时添加过量的W会使材料脆化，降低钢的塑韧性。因此本发明选择加入W：1.50％～2.50％。

本发明模具钢在非平衡凝固过程中容易形成介稳定的片状共晶碳化物，并以扇形分布于等轴晶间。这种片状的共晶碳化物经轧制等热加工可分解，若分解不完全则会部分保留，并遗传至终态钢板组织中，不利于力学性能及热稳定性，因此需控制Mo+W＝5.0％～5.5％，使共晶碳化物接近球状，显著减少尖角情况，缓解共晶碳化物的偏聚，从而提高本发明模具钢的抗回火软化能力以及热稳定性。

Co：Co属于非碳化物形成元素，在模具钢中不与碳结合形成碳化物，也很少固溶于其他碳化物中，主要固溶于基体中起到极强的固溶强化作用。淬火时，Co可以提高钢在高温加热时的组织稳定性，因而允许使用更高的温度淬火，从而获得更高的淬火硬度，同时又能保持较为细小的晶粒尺寸。本发明中，Co与Cr、Mo、W等元素共同作用可增加碳在α相中的活度，促使回火二次硬化时合金碳化物析出生核率的增加，从而促进碳化物的析出；也可在高温回火和长时间回火时能阻碍碳化物长大。因此Co有效地使二次硬化峰增高，提高了热作模具钢的抗回火软化能力、高温硬度强度以及耐高温蠕变性。但过量的Co会增加成本且使模具钢难以热加工，并且有较为强烈的脱碳倾向，同时降低韧性，因此本发明选择加入Co含量为1.00％～1.50％。

Zn：本发明中添加适量Zn元素作用有三，一是增加基体金属与氧化膜之间的附着力，因其对基体金属有“钉扎”作用，为基体金属在高温时仍然具有较高的强度及稳定性，增大钢中Cr的扩散率，有助于在钢的表面形成Cr₂O₃，提高材料的抗氧化性能；二是可改善该种模具钢铸态组织中共晶碳化物形态，使网状共晶碳化物断网，并成球状均匀弥散分布；三是减轻基体材料中P、Mn等易偏析元素的富集与偏析，释放材料内部储存的大量的畸变能，使P、Mn等元素对晶界的作用减弱，分布更加均匀，提高材料冲击韧性及组织性能的均匀性，延长模具使用寿命。因此，本发明中Zn：0.20％～0.30％。

本发明添加适量的Co元素，有效地使二次硬化峰增高，提高了热作模具钢的抗回火软化能力、高温硬度强度以及耐高温蠕变性。但在该种模具钢中其可促进Mo、W的析出在厚度截面的中心富集，导致中心偏析，恶化组织均匀性，从而造成各项异性，降低终态钢板的综合力学性能，为弥补Co元素带来的不利影响，充分发挥其有利效果，本发明控制Co/Zn＝5.0～6.0，使元素分布更加均匀，使该种模具钢更适用于制造大截面模具，生产尺寸较大、形状复杂的零件。

本发明技术方案之二是提供一种具有细小共晶碳化物的模具钢de制备方法，包括冶炼、连铸、加热、轧制、热处理，

(1)加热：将连铸板坯加热至1240℃～1280℃，均热段保温4～5h，本发明的模具钢合金含量较高，通常需要较高板坯加热温度，较长的保温时间使合金元素在基体中充分固溶，改善板坯成分不均匀性，减轻成分偏析，进而减轻后续的组织偏析，使大尺寸共晶碳化物溶解。

(2)轧制：控制开轧温度为1050℃～1080℃，钢板轧制时前二个道次的压下率为20％～24％。采用大压下率可以提高变形渗透深度，使粗大的柱状晶得以破碎，形成细小均匀的晶粒，焊合中心组织缺陷，终轧温度为980℃～1030℃，控制精轧第一道次的压下率为17％～20％得到80～180mm厚度钢板。钢板下线温度300～400℃。下线后立即采用“下铺上盖”方式堆垛缓，缓冷时间为36～48h。

(3)热处理：

包括高温正火预处理+正火+二次回火；具体工艺如下：

高温正火预处理：将钢板加热至1050～1100℃，保温3～4h，出炉空冷至室温，本发明中采用高温正火预处理工艺可使钢板在回火工艺设置区间内强度和韧性显著提高，同时消除了沿晶界分布的未溶碳化物和带状碳化物，增加了奥氏体中的合金度，细化了晶粒，而且分布均匀，这种组织使位错滑移阻力增大，增大了回火后的碳化物弥散度，使该种模具钢热强性、热稳定及疲劳强度显著提高。

正火：将钢板加热至1020～1050℃，保温2～3h，出炉空冷至室温。本发明的模具钢合金含量较高，生成碳化物的能力较强，常规热处理温度较低，无法消除沿晶碳化物链，而采用本发明的高温正火预处理及二次正火工艺后可促使晶界处的碳化物能够在高温下完全扩散到奥氏体晶粒中去，使带状碳化物得以消除，本发明中的钢板经历两次γ～M相转变，使其组织成分更加均匀，晶粒细小，共晶碳化物细小均匀弥散分布，这种组织使位错滑移阻力增大，为回火热处理做了组织准备，可使回火后的碳化物弥散度增加，显著提高该种模具钢的热稳定性和热疲劳抗性。

二次回火：第一次回火温度为580～610℃，保温时间3～4h，空冷至室温，然后进行第二次回火热处理，温度为560～590℃，保温3～4h，空冷至室温。本发明的一次回火主要作用一是降低正火后产生的内应力，使组织稳定，并使硬度和韧性达到综合协调；二是为了使残余奥氏体分解，如果未分解的残余奥氏体过多，在模具钢使用时奥氏体分解的淬火马氏体将成为裂纹源导致早期开裂，使材料时效报废。采用二次回火工艺的作用一是使一次回火转变产物继续回火，消除残余应力，使整个组织均匀化，提高材料韧性；二是使组织为均匀的回火马氏体并有大量的细小析出相弥散分布在基体上，这些析出相具有较高的热稳定性，有利于提高材料的高温强度，正是由于在回火马氏体基体上弥散析出的大量细小碳化物，才使本发明的模具钢在回火后保持强度的同时具有较好的韧性，增强了其热疲劳抗力及热稳定性。采用两次回火工艺对防止模具在使用过程中过早开裂及提高模具使用寿命具有重要作用。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用Mo、Cr、W、Co、Zn共同作用，不添加V、Ni等贵金属元素，Mo、Cr、Co、Zn按照比例添加，在保证钢具有均匀弥散分布且细小的共晶碳化物的同时提高钢的热稳定性及热疲劳抗性等，同时降低成本。

(2)采用铁水预处理—冶炼—LF—RH—连铸—板坯加热—轧制—矫直—缓冷—正火预处理—正火—两次回火的工艺生产，使二次正火后钢中共晶碳化物平均直径在1.0～1.5μm范围内占66.8％～67.7％，无大尺寸共晶碳化物且尺寸均匀性好，无聚集情况，圆度在1.0～1.5范围内占62.6％～63.6％，共晶碳化物圆度小、形貌接近球状，共晶碳化物均匀弥散分布且尺寸小，对晶界扩散长大起到钉扎作用，提高组织均匀性，并为后续工艺做组织准备。

(3)钢板在正火后进行两次回火处理，第一次回火温度为580～610℃，第二次回火温度为560～590℃，对回火前共晶碳化物的分布及形貌并不会产生影响，一次回火后钢板心部硬度在48～51HRC，二次回火后终态室温硬度在46～49HRC，厚度截面硬度差≤2HRC；终态钢板无缺口室温心部横向冲击韧性为191～195J；具有良好的热稳定性，600℃保温36h后硬度保持41～43HRC、650℃保温36h后硬度保持35.5～37.4HRC、700℃保温36h后硬度保持30～32HRC。

(4)本发明的模具钢具有均匀弥散细小的共晶碳化物，避免其不利影响，发挥其对力学性能和热稳定性的有益作用，兼顾强韧性匹配和热稳定性及高效经济的生产工艺，适于应用范围不断扩大的模具市场，及不断提高的应用要求，达到国际先进模具材料水平，应用前景广阔。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行包括冶炼、连铸、加热、轧制、热处理；

(1)加热：将连铸板坯加热至1240℃～1280℃，均热段保温4～5h；

(2)轧制：控制开轧温度为1050℃～1080℃，钢板轧制时前二个道次的压下率为20％～24％；终轧温度为980℃～1030℃，控制精轧第一道次的压下率为17％～20％；钢板下线温度300～400℃；

(3)热处理：

包括高温正火预处理+正火+二次回火；具体工艺如下：

高温正火预处理：将钢板加热至1050～1100℃，保温3～4h，出炉空冷至室温；

正火：将钢板加热至1020～1050℃，保温2～3h，出炉空冷至室温；

二次回火：第一次回火温度为580～610℃，保温时间3～4h，空冷至室温，然后进行第二次回火热处理，温度为560～590℃，保温3～4h，空冷至室温。

进一步，轧制后下线后立即采用“下铺上盖”方式堆垛缓，缓冷时间为36～48h。

进一步，第一次回火后钢板心部硬度为48～51HRC。

进一步，步骤(3)正火后钢板中具有细小共晶碳化物，平均直径为1.0～1.5μm共晶碳化物占66.8％～67.7％，圆度为1.0～1.5共晶碳化物占62.6％～63.6％。

本发明实施例钢的成分见表1。本发明实施例钢的加热、轧制主要工艺参数见表2。本发明实施例钢的热处理主要工艺参数见表3。本发明实施例钢钢板心部试样共晶碳化物直径分布及数量见表4。本发明实施例钢钢板钢板心部试样共晶碳化物圆度统计情况见表5。本发明实施例钢一次回火后钢板心部平均硬度见表6。本发明实施例钢洛氏硬度性能见表7。本发明实施例钢室温心部冲击韧性见表8。本发明实施例钢热稳定性表9。

表1本发明实施例钢的成分(wt％)

表2本发明实施例钢的加热、轧制主要工艺参数

表3本发明实施例钢的热处理主要工艺参数

表4本发明实施例钢钢板心部试样共晶碳化物直径分布及数量

注：每个实施例在1500倍下随机选取50个视场，统计共晶碳化物直径分布、数量及圆度分布比例

表5本发明实施例钢钢板钢板心部试样共晶碳化物圆度统计情况

表6本发明实施例钢一次回火后钢板心部平均硬度

实施例	一次回火硬度/HRC
		1	49.5
2	50.0
		3	48.8
4	51.0
		5	50.5
6	48.0
		7	49.0
8	48.5
		9	50.7
10	49.8
		11	45.2
12	45.9
		13	46.1

表7本发明实施例钢洛氏硬度性能

表8本发明实施例钢室温心部冲击韧性

注：冲击试样为尺寸为10×7×55mm(无缺口)

表9本发明实施例钢热稳定性

/>

由上可知，应用本发明生产的模具钢钢板厚度为80～180mm。模具钢钢板中平均直径为1.0～1.5μm共晶碳化物占66.8％～67.7％，圆度为1.0～1.5共晶碳化物占62.6％～63.6％，模具钢板无缺口室温心部横向冲击韧性为191～195J；室温硬度在46～49HRC，厚度截面硬度差≤2HRC；具有良好的热稳定性，600℃保温36h后硬度保持41～43HRC、650℃保温36h后硬度保持35.5～37.4HRC、700℃保温36h后硬度保持30～32HRC。

为了表述本发明，在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，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，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种具有细小共晶碳化物的模具钢，其特征在于，该模具钢的成分按重量百分比计如下：C：0.45％～0.55％，Si：1.00％～1.30％，Mn：0.90％～1.10％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：3.70％～4.70％，Mo：2.50％～3.50％，W：1.50％～2.50％，Co：1.00％～1.50％，Zn：0.20％～0.30％，余量为Fe及不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的一种具有细小共晶碳化物的模具钢，其特征在于，所述模具钢中Mo/Cr＝0.67～0.75。

3.根据权利要求1所述的一种具有细小共晶碳化物的模具钢，其特征在于，所述模具钢中Mo+W＝5.0％～5.5％。

4.根据权利要求1所述的一种具有细小共晶碳化物的模具钢，其特征在于，所述模具钢中Co/Zn＝5.0～6.0。

5.根据权利要求1所述的一种具有细小共晶碳化物的模具钢，其特征在于，所述模具钢钢板中具有细小共晶碳化物，且平均直径为1.0～1.5μm共晶碳化物数量百分比为66.8％～67.7％，圆度为1.0～1.5共晶碳化物数量百分比为62.6％～63.6％。

6.根据权利要求1所述的一种具有细小共晶碳化物的模具钢，其特征在于，所述模具钢板无缺口室温心部横向冲击韧性为191～195J；室温硬度在46～49HRC，厚度截面硬度差≤2HRC；具有良好的热稳定性，600℃保温36h后硬度41～43HRC、650℃保温36h后硬度35.5～37.4HRC、700℃保温36h后硬度30～32HRC；所述模具钢钢板厚度为80～180mm。

7.一种权利要求1-6任一项所述的一种具有细小共晶碳化物的模具钢的制备方法，包括冶炼、连铸、加热、轧制、热处理；其特征在于：

(2)轧制：开轧温度1050℃～1080℃，钢板轧制时前二个道次的压下率为20％～24％，终轧温度980℃～1030℃；

(3)热处理：

包括高温正火预处理+正火+二次回火；具体工艺如下：

8.根据权利要求7所述的一种具有细小共晶碳化物的模具钢的制备方法，其特征在于：轧制后下线后立即采用“下铺上盖”方式堆垛缓，缓冷时间为36～48h。

9.根据权利要求7所述的一种具有细小共晶碳化物的模具钢的制备方法，其特征在于：第一次回火后钢板心部硬度为48～51HRC。

10.根据权利要求71所述的一种具有细小共晶碳化物的模具钢的制备方法，其特征在于，步骤(3)正火后钢板中具有细小共晶碳化物，平均直径为1.0～1.5μm共晶碳化物占66.8％～67.7％，圆度为1.0～1.5共晶碳化物占62.6％～63.6％。