CN85100822A - 热作模具钢 - Google Patents
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Abstract
一种工作温度可达700℃左右的热作模具钢，
可以轧制成不同规格的钢材，做为黑色或有色金
属的热挤压模具，精锻用模具或铝、铜合金的压
铸用模具。这种热作模具钢含有0.30～0.50％(重
量)碳、0.20～1.00％(重量)硅、0.20～1.00％
(重量)锰、2.00～4.00％(重量)铬、0.80～
2.00％(重量)钒、1.50～3.50％(重量)钼。
此外还含有一种或一种以上的＜2.00(重量)镍、
＜0.30％(重量)铌、＜4.00％(重量)钴和＜0.01％
(重量)硼。
Description
本发明是关于一种热作模具钢，该模具钢具有高的热稳定性，同时兼有良好的塑性和冷热疲劳性，其工作温度可达700℃左右。
目前国内常用的热作模具钢是3Cr2W8V（H21）、4Cr5MoV1Si（H13），这两种钢有的高温强度低、有的冷热疲劳性很差，不能适应高温下工作的热挤模具的性能要求。最近国外公布的UHBQRO80M钢（见《国外金属材料》一九八三年第一期第一至六页），虽然冷热疲劳性有所提高，但热强度仍然较低。
本发明的目的在于提供一种热作模具钢，它具有高温强度高、冷热疲劳性能好，成本低廉的优点，可以满足热挤黑色金属和有色金属模具的要求。
本发明提供了一种热作模具钢，其基本化学成份范围如下：0.30～0.50%（重量）碳、0.20～1.00%（重量）硅、0.20～1.00%（重量）锰、2.00～4.00%（重量）铬、0.80～2.00%（重量）钒、1.50～3.50%（重量）钼。此外还含有一种或一种以上的＜2.00%（重量）镍、＜0.30%（重量）铌、＜4.00%（重量）钴和＜0.01%（重量）硼，余为铁和杂质。
本模具钢可在电弧炉中冶炼，最佳热处理工艺为：淬火温度1090～1130℃、回火温度650～700℃。
第1表给出本发明的试样和对比钢种的化学成份。对比钢A为3Cr2W8V，对比钢B为UHBQRO80M。
第2表给出了发明钢的实施例和对比钢经过相应于晶粒度9～10级的加热温度淬火，700℃回火两次，每次保温1.5小时后的室温硬度的相对值。
高温强度是用短圆柱试样（φ＝6mm），在WJ-10型万能材料试验机上测定的短时高温强度。发明钢与对比钢经相应于晶粒9～10级的加热温度淬火，不同温度回火后的硬度均为HRC41-42。第3表给出了700℃时发明钢与对比钢的相对强度。
在高温短时拉伸试样上测量的断面收缩率表示高温塑性。发明钢与对比钢在600℃（高温脆性区）时的相对塑性示于第4表。
本发明的热作模具钢，含有适量的镍、铌、钴、硼等元素，使得本发明钢具有较高的高温强度和良好的冷热疲劳性能及工艺性能。为此，本发明确定了如下成份范围：
（1）0.30～0.50%（重量）碳、0.20～1.00%（重量）硅、0.20～1.00%（重量）锰、2.00～4.00（重量）铬、0.80～2.00%（重量）钒、1.50～3.50%（重量）钼，此外含有＜2.00%（重量）镍或＜0.30%（重量）铌，余为铁和杂质，以提高钢的高温强度或韧性，细化晶粒。
（2）0.30～0.50%（重量）碳、0.20～1.00%（重量）硅、0.20～1.00%（重量）锰、2.00～4.00%（重量）铬、0.80～2.00%（重量）钒、1.50～3.50%（重量）钼，还含有＜2.00%（重量）镍和＜0.30（重量）铌，余为铁和杂质，以同时提高钢的高温强度和韧性，改善材料的工艺性能。
（3）在上述第（2）种合金成份的基础上，还含有＜4.00%（重量）钴，余为铁和杂质，以进一步提高钢的高温强度，增加钢的导热性，改善冷热疲劳性能。
（4）在上述第（2）种合金成份的基础上，还含有＜0.01%（重量）硼，余为铁和杂质，可以进一步提高材料的高温强度。
确定上述成份范围的理由是：
1.碳，是使淬火马氏体得到足够硬度的保证。它与碳化物形成元素形成的各种碳化物是钢获得高温强度的重要组织因素。适量的过剩碳化物可阻止晶粒长大，提高耐磨性。适宜的碳含量为0.30～0.45%（重量）。
2.钒，与碳形成稳定性高硬度高的MC型碳化物。含钒马氏体回火时析出弥散的MC型碳化物是钢高温强化的重要组分。过高的钒含量将形成大块的MC型碳化物，对钢的强韧性不利。适宜的钒含量为0.80～2.00%（重量）。
3.钼，含钼马氏体回火时弥散析出的M2C型碳化物能提高高温强度。同时钼能提高基体的再结晶温度，对高温强度也有利。但含量过多时不利于强韧性。适宜的钼含量为2.00～4.00%（重量）。
4.钴，是非碳化物形成元素。含钴马氏体回火时析出的碳化物弥散度增大，而且均匀。同时使长大速度减缓，从而提高钢的高温强度。过高的钴含量将影响本发明的经济性，同时对钢的塑韧性不利。适宜的钴含量为4.00%（重量）以下。
5.铬，它的主要作用是提高钢的淬透性和抗氧化性。过高的铬含量有损于钢的高温强度。适宜的铬含量为2.00～4.00%（重量）。
6.镍，作用与钴相似，是非碳化物形成元素，通过固溶强化方式来提高钢的强度。与此同时对塑性也有改善。含量过高会使冷、热加工的工艺性能恶化。适宜的镍含量在2.00%（重量）以下。
7.铌，它是比钒还强的碳化物形成元素。钢中少量的铌主要以碳化铌（NbC）的形式存在。NbC在高温加热时难以溶入奥氏体，可以阻止奥氏体晶粒长大，从而提高了韧性，改善了热加工的工艺性能。适宜的铌含量为0.10～0.30%（重量）。
8.硼，微量的硼可以通过强化晶界来提高钢的高温强度，改善晶界碳化物的析出状态，有利于改善塑性。适宜的硼含量在0.01%（重量）以下。
按本发明制造的热作模具钢，可以轧制成不同规格的钢材，可做为黑色或有色金属的热挤压模具，精锻用模具或铝、铜合金的压铸用模具。
本发明钢用于制造上述模具，可以提高模具使用寿命一倍。若按年用钢量200吨推算，每年可获直接经济效益近100万元。
第2表
Claims (6)
1、一种热作模具钢，基本化学成份为：0.30～0.50%(重量)碳、0.20～1.00%(重量)硅、0.20～1.00%(重量)锰、2.00～4.00%(重量)铬、0.80～2.00%(重量)钒、1.50～3.50%(重量)钼，其特征在于还含有一种或一种以上适量的镍、铌、钴和硼，余为铁和杂质。
2、根据权利要求1的热作模具钢，其特征是含有＜2.00%（重量）镍。
3、根据权利要求1的热作模具钢，其特征是含有＜0.30%（重量）铌。
4、根据权利要求2的热作模具钢，其特征是含有＜0.30%（重量）铌。
5、根据权利要求4的热作模具钢，其特征是含有＜4.00%（重量）钴。
6、根据权利要求4的热作模具钢，其特征是含有＜0.01%（重量）硼。
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