本发明专利技术提供一种Cr3系列热作模具钢，所述热作模具钢以重量％计，包含C0.38～0.50％，Si 0.15～0.70％，Mn 0.30～0.90％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr2.80～3.50％，Ni 1.40～2.00％，Mo1.80～2.60％，V0.10～0.50％，Al0.020～0.10％，Nb 0.02～0.20％，余量的Fe。本发明专利技术提出一种新的Cr3系列热作模具钢(记为YD3系列模具钢)的化学成分配方，与现有的Cr3Mo3(4Cr3Mo3SiV，H10)系热作模具钢比较，YD3系列模具钢C、Mn、Cr含量相当，降低了Mo、V、Si含量，添加Ni元素、添加了Nb元素、添加了Al元素。从而提高了韧性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铁基合金领域，具体涉及一种用于锻造模具的合金及其应用。
技术介绍
5CrNiMo和5CrNiMoV是当前工业上的主要模具材料(GB/T11880-89模锻锤和大型机械锻压机用模块技术条件)；GB1299-2000合金工具钢；《我国热作模具钢性能数据集》，朱宗元，机械工程材料，第25卷第12期，P12；其中5CrNiMo模具钢热强性和耐磨性较差。我国锻造用模具材料品种较少，应用最多的是GB/T11880-89中的5CrNiMo、5CrNiMoV、4Cr2MoVNi(B2)；GB/T1299-2000中的H13；这些品种中依据使用硬度来衡量，高的高，低的低，缺少中间硬度的品种，GB/T11880-89中的5Cr2NiMoVSi属于硬度适中的品种，但因脆性大，易于开裂，应用不广泛。故需开发合金化和硬度处于5CrNiMo和H13中间的或高于H13的系列品种。H13(4Cr5MoSiV1)是世界应用最广泛的高合金热作模具钢,用途有型腔复杂、承受冲击载荷较大的锤锻模，锻造压力机上的整体模具或镶块，以及热挤模、热切边模、压铸模等，具有较高的热硬性和耐磨性(《H13模具钢的应用与发展》，李彩文，王孟君，武星星，中国材料科技与设备，2009年，第4期)。H13钢原是美国的一个钢种，在我国一般称作4Cr5MoSiV1钢。热作模具钢要求材料具有高的淬透性、高的高温强度、高的耐磨性、高的韧度、高的抗热裂能力和高的耐熔损性能等。H13钢之所以被广泛应用，是因为它具有以下特性：①具有高的淬透性和高的韧性；②优良的抗热裂能力，在工作场合可予以水冷；③具有中等的耐磨性，可采用渗碳或渗氮工艺来提高其表面硬度；④在较高温度下具有抗软化能力；⑤热处理变形小；⑥良好的切削加工性能。H13的缺点在于不适合制造大中型、大型和超大型模具，易于开裂。故国内开发了大截面热作模具钢。锻压模块的厚度≥350～500mm的称为大型模块，厚度≥500mm的称特大型模块。我国开发了45Cr2NiMoVSi(45Cr2)、5Cr2NiMoVSi(5Cr2)、3Cr2MoVNi(B2)和3Cr2MoWVNi(B3)(JBT8431-1996《热锻成形模具钢及其热处理技术条件》)等大截面热作模具钢，与5CrNiMo相比，45Cr2和5Cr2钢提高了淬透性、高温强度、热稳定性，而冲击韧性相当，抗热磨损和抗热疲劳的性能也好于5CrNiMo，(《模具材料应用手册》，林慧国、火树鹏、马绍弥主编，机械工业出版社第二版，P410)。但45Cr2和5Cr2易于开裂。
技术实现思路
针对本领域存在的问题，本专利技术目的是提供一种适于大中小型模具的Cr3系列热作模具钢。本专利技术的另一目的是提出所述Cr3系列热作模具钢制得的模具。本专利技术的第三个目的是提出用所述Cr3系列热作模具钢制得的模具的热处理方法。实现本专利技术上述目的的具体技术方案为：一种Cr3系列热作模具钢，所述热作模具钢以重量％计，包含C0.38～0.50％，Si0.15～0.70％，Mn 0.30～0.90％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr2.80～3.50％，Ni 1.40～2.00％，Mo1.80～2.60％，V0.10～0.50％，，Al0.020～0.10％，Nb 0.02～0.20％，余量的Fe。本专利技术提出的新型Cr3系列热作模具钢的化学成分配方，材料命名为YD3，与现有的Cr3Mo3(4Cr3Mo3SiV，H10)系热作模具钢比较，YD3系列模具钢C、Mn、Cr含量相当，降低了Mo、V、Si含量，添加Ni元素、添加了Nb元素、添加了Al元素。从而提高了韧性。现有技术中，热作模具钢的主要合金元素和范围为:C0.26-0.75％、Si0.10-1.2％、Mn0.20-1.60％、Cr0.5-5.5％、Mo0-3.4％、W0-7.9％、V0-1.4％、Ni0-4.3％、Co0-4.5％、AL0-0.7％、Nb0-0.3％，每一种成分含量的变化对钢的组织和性能起着有益作用和不利的作用，本专利技术目标是专利技术一种Cr3的碳化物含量较Cr5略低的高强韧性的替代H13的热作模具钢，取每一种元素的常处，规避其短处，重点考虑的方面如下：1)C在钢中的作用扩大γ相区，但因渗碳体的形成，不能无限固溶；随含量的增加，提高钢的硬度和强度，但降低其塑性和韧性。提高钢的淬透性；降低Ms点,故保持相对较低的碳含量,使钢的Ms取于相对较高的水平，淬火获得较多的板条马氏体组织提高韧性,同时也能降低在回火后钢中的碳化物数量提高韧性，故C比5CrNiMo降低0.1～0.2％。为提高钢的耐磨性,应使钢获得马氏体+合金碳化物组织,与含铬5％的钢比,Cr降低2％，故为了提高合金碳化物含量，C比Cr5系列(H13)略有提高至0.38-0.50％，保持在形成一定量的合金碳化物的水平上。故本专利技术钢种取C 0.38-0.50％。2)、硅在钢中的作用:(1)提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。(2)Si是提高回火抗力的有效元素.Si降低碳在铁素体中的扩散速度,使回火析出的碳化物不易聚集,增加了回火稳定性；(3)提高钢的高温抗氧化性能；(4)不利方面易使钢呈现带状组织,使钢的横向性能降低。Si的不利方面还有是增加钢中的碳偏析，其不利作用较比其有利作用大，故Si取满足冶炼脱氧的要求的略高水平。故本专利技术钢种取Si0.15～0.70％。3)、锰在钢中的作用(1)锰提高钢的淬透性。(2)锰和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，Mn又可形成碳化物，从而提高钢的强度、硬度和耐磨性。(3)锰对钢的高温瞬时强度有所提高。(4)锰强烈降低钢的Ms点,增加淬火钢中的残余奥氏体量,有利的方面可提高韧性,不利的方面可增加变形量；锰钢的主要缺点是，①含锰较高时，有较明显的回火脆性现象；②锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对过热较敏感，故在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服。Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，Mn在钢中必须达到一定的量，Mn/S必须大于等于8。本专利技术钢种主要利用其提高淬透性和提高耐磨性的方面,故取其在较高的含量,与H13相比提高了Mn含量。故专利技术钢种Mn取0.30～0.90％。4)、铬在钢中的作用(1)铬可提高钢的强度和硬度。(2)铬可提高钢的高温机械性能。(3)使钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性(4)阻止石墨化(5)提高淬透性。(6)形成碳化物,提高耐磨性(7)增加回火稳定性(8)Cr对钢共析点的影响，它和Mn大致相似，降低共析点的含C量。缺点：①铬是显著提高钢的脆性转变温度②铬能促进钢的回火脆性。Cr主要是碳化物形成元素，增加耐磨性，提高耐热性，提高抗回火稳定性。Cr3系列的Cr含量与Cr5和Cr1比取中等偏上的水平。故本专利技术钢种Cr取2.8-3.5％。5)、镍在钢中的作用(1)可提高钢的强度，且提高其韧性，改善疲劳抗力。(2)镍可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性。(3)镍可以提高钢的抗腐蚀能力，不仅能耐酸，而且能抗碱和大气的腐蚀。(4)提高淬透性，(5)扩大奥氏体区,增加淬火钢中的残余奥氏体量,有利的方面可提高韧性,不利的方面可增加变形量；(6)增加树枝晶,提高横向性能，(7)本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Cr3系列热作模具钢，其特征在于，所述热作模具钢以重量％计，包含C0.38～0.50％，Si 0.15～0.70％，Mn 0.30～0.90％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr2.80～3.50％，Ni 1.40～2.00％，Mo1.80～2.60％，V0.10～0.50％，，Al0.020～0.10％，Nb 0.02～0.20％，余量的Fe。
【技术特征摘要】
1.一种Cr3系列热作模具钢，其特征在于，所述热作模具钢以重量％计，包含C0.38～0.50％，Si 0.15～0.70％，Mn 0.30～0.90％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cr2.80～3.50％，Ni 1.40～2.00％，Mo1.80～2.60％，V0.10～0.50％，，Al0.020～0.10％，Nb 0.02～0.20％，余量的Fe。2.根据权利要求1所述Cr3系列热作模具钢，其特征在于，采用以下方法制备而得：电炉或转炉冶炼，LF炉精炼，真空脱气，模铸或连铸，退火，电渣重熔，缓冷，退火，锻造，正火，球化退火，扩氢，粗加，检验，粗加，调质，精加，检验。3.用权利要求1或2所述的Cr3系列热作模具钢制造的模具。4.一种合金模具的热处理方法，所述合金模具为低合金钢用锤锻或机锻模具，其特征在于，所述合金模具为权利要求1或2所述的Cr3系列热作模具钢制备，所述合金模具的热处理步骤：S1淬火：≤680℃装炉，保持在680℃温度下等温，等温的时间按工件的有效尺寸0.6min/mm计算，然后随炉升温至800℃保持等温；等温时间按0.6min/mm计算，再随炉升温至930～970℃，保持时间按1.0～1.2min/mm计算，冷却至150～180℃后立即回火；S2一次回火：≤280℃装炉，保持在280℃温度下，等温时间按工件的有效尺寸0.6min/mm计算，升温至565～605℃保温，冷却至表面温度100～150℃后冷却，确保模具冷至...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘孝忠，于成文，
申请(专利权)人：营口市特殊钢锻造有限责任公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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