CN102242316A

CN102242316A - H13模具钢及其制备方法

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Publication number: CN102242316A
Application number: CN2011101789887A
Authority: CN
Inventors: 浦建明; 浦嫣花; 符寒光
Original assignee: JIANGSU HUANLI STRIP ROLL CO Ltd
Current assignee: JIANGSU HUANLI STRIP ROLL CO Ltd
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2031-06-29
Also published as: CN102242316B

Abstract

一种 H13 模具钢及其制备方法，属于耐磨材料技术领域。其化学元素重量 % 为： 0.40 ～ 0.46% 的 C,6.00 ～ 6.30% 的 Cr,0.50 ～ 0.65% 的 V,0.30 ～ 0.45% 的 Mo,0.85 ～ 1.05% 的 Mn,1.25 ～ 1.55% 的 Si,0.12 ～ 0.25% 的 W,0.008 ～ 0.018% 的 Nb,0.008 ～ 0.015% 的 Ta,0.08 ～ 0.12% 的 Ti,0.003 ～ 0.006% 的 B,0.08 ～ 0.15% 的 Al,0.03 ～ 0.06% 的 N,0.06 ～ 0.12% 的 Y,<0.025% 的 S 和 <0.030% 的 P, 余量为 Fe 。优点：贵重合金元素钼、钒含量较低，且不需要进行锻造加工，可以铸代锻，使 H13 钢的成本明显下降；可以明显改善 H13 钢的性能，实现钨渣铁合金变废为宝；可以明显细化凝固组织，提高 H13 钢的力学性能；具有优异的耐磨性，用做热作模具，使用寿命提高。

Description

H13模具钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及模具钢及其制备方法，特别涉及一种H13模具钢及其制备方法，属于耐磨材料技术领域。

背景技术

用模具加工成型零件具有生产效率高、质量好、节约材料和成本低等一系列优点，应用范围极其广泛。热作模具钢是一类重要的模具材料，由于热作模具是在高温下长时间工作的，随着服役时间的延长其组织将发生变化，性能也会相应地发生改变，因此，这就要求热作模具钢具有良好的强韧性、冷热疲劳性能及高温热稳定性等。

4Cr5MoSiV1（即H13钢，以下同）是既可用于热锻模具，又可用于热挤压模具，还可以用于压铸模具的中合金热作模具钢。H13钢最早由美国在上世下半叶开发，由于其具有十分优异的淬透性，以及韧性好、耐磨性高、抗热疲劳好等特点，在热作模具钢中，H13钢的综合性能表现十分突出，因此，它迅速被生产厂家所接受并成为主流热作模具钢，并陆续被世界各发达国家所采用。H13钢的主要特性是：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具有中等耐磨损能力，还可以采用渗碳或渗氮工艺来提高其表面硬度，但会略为降低抗热裂能力；④因其含碳量较低，回火中二次硬化能力较差；⑤在较高温度下具有抗软化能力，但使用温度高于540℃时硬度出现迅速下降(即最高工作温度为540℃)；⑥热处理的变形小；⑦中等和高的切削加工性；⑧中等抗脱碳能力。更为令人注意的是，它还可用于制造航空工业上的重要构件。

近年来，H13钢这种国际上广泛使用的主流空冷硬化热作模具钢也被引进我国，主要应用于热镦锻、挤压和压铸模具的制造。对于铝合金压铸模材料，近20年来，进口压铸设备大都用H13钢模具。它主要是用来代替50年代研制的3Cr2W8V钢，并克服了3Cr2W8V钢韧性低、耐磨性差、热疲劳抗力小等缺点。

为了改善H13钢的性能，中国发明专利申请CN101240400A公开了一种低成本热作模具钢。该钢的具体化学成分(重量％)为：C：0.38-0.42％，Si：0.9-1.1％，S≤0.030％，P≤0.030％， Mn：0.3-0.5％，W：0.9-1.2％，Mo：0.45-0.55％，Cr：4.8-5.2％，V：0.25-0.45％， Nb：0.08-0.15％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明钢能替代较高合金含量H13，具有与H13合金综合性能相当且具有良好的抗回火稳定性、低成本的优点；合理的合金化配比比H13钢节约合金成本20％以上，具有更好的经济效益。

中国发明专利申请CN101240399A还公开了一种低铬低成本热作模具钢。该钢的具体化学成分(重量％)为：C：0.38-0.42％，Si：0.9-1.1％，S≤0.030％， P≤0.030％，Mn：0.3-0.5％，W：0.9-1.2％，Mo：0.45-0.55％，Cr：2.8-3.2％， V：0.25-0.45％，Nb：0.08-0.15％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明钢能替代含有较高合金含量的H13，并与H13综合性能相近且具有良好的抗回火稳定性、低铬低成本的优点；合理的合金化配比比H13钢节约合金成本20％以上，具有更好的经济效益。

中国发明专利申请CN101240401A披露了一种无钼低成本热作模具钢。该钢的具体化学成分(重量％)为：C：0.38-0.42％，Si：0.9-1.1％，S≤0.030％， P≤0.030％，Mn：0.3-0.5％，W：1.9-2.2％，Cr：4.8-5.2％，V：0.25-0.45％， Nb：0.08-0.15％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明钢能替代含有较高合金含量的H13，具有与H13综合性能相当且具有良好的抗回火稳定性、无钼低成本的优点；合理的合金化配比比H13钢节约合金成本20％以上，具有更好的经济效益。

中国发明专利申请CN101476082A还披露了一种高性能低成本热作模具钢，其化学成分按重量wt％含有： C：0.30～0.45、Si：0.4～1.0、Mn：0.55～1.0、Cr：2.7～3.5、Mo：1.8～2.6、V：0.6～1.2、N：0.005～0.05，其余为Fe。本发明添加兼有固溶强化、弥散强化以及细化晶粒和抑制M ₂₃ C ₆ 碳化物颗粒聚集长大的合金元素，使其达到高的热强性、热稳定性与热疲劳抗力的同时，又保持良好的韧性与工艺性能，其主要性能显著优于目前国内外工业常用的H13(4Cr5MoSiV1)等同类热作模具钢。本发明在含3％Cr、5％Cr和10％Cr类型钢的基础上，***研究了单加或复加不同含量W、 Mo、V在不同温度条件下对组织性能和使用性能的影响外，还深入研究了N、Al和稀有金属元素的影响规律；研究发现本类型钢的热稳定性与其中形成的碳化物点阵类型密切相关，且随着碳化物形成元素的原子半径增加而提高。从而为发展新型热作模具钢提供了重要的启示。

中国发明专利申请CN101121954A揭示了一种H13钢真空控时急冷热处理工艺，该热处理工艺包括加热保温、淬火、回火，加热保温后的淬火采用的淬火介质为含5～10％NaCl 的盐水，淬火处理时间为1～5分钟。本发明采用了特殊的控时急冷工艺手段，既避免了盐水淬火中产生开裂的危险，又大大提高淬火质量，有效地提高了H13钢回火后的冲击韧性，从而大大提高模具的使用寿命。

中国发明专利申请CN101255488A还揭示了一种H13钢真空热处理质量优化工艺，包括加热保温、淬火、回火，所述的淬火工艺淬火采用的淬火介质为5～10％的盐水，处理件在淬火槽中冷却至室温，然后回火处理。本发明的工艺有效地提高了H13钢模具的淬火态硬度和冲击韧性；使得模具更加耐用，延长了使用寿命。具有可观的实用价值和经济价值。

中国发明专利申请CN101538643A推荐了H13钢高压气体分级快冷的淬火工艺，在工件近表面和心部各设置有热电偶，在奥氏体化温度保温结束后，进行快速冷却，当表面温度达到 400℃-450℃时，通过调节气体压力和/或气体流速来减小气体冷却能力，等心部温度达到400℃-450℃时，再通过调节气体压力和/或气体流速增加气体冷却能力，直到淬火结束。该工艺方法确保工件开始分级时即进入慢冷状态，分级结束后即进行快速冷却，采用该淬火工艺处理的H13模具，具有变形小，组织优良，性能好的特点。

中国发明专利申请CN101768659A还推荐了一种连轧管机用超长芯棒的热处理工艺，根据现场环境，考虑热作模具钢的热处理特点，超长芯棒采用4Cr5MoSiV1钢(H13)作原料，经过锻造、校直、粗车外圆，超声波探伤检测合格后，在中频感应加热炉上进行热处理，其热处理工艺包括：一次中频淬火，三次中频回火工艺处理。该超长芯棒中频热处理工艺的有益效果是：工艺简单，操作方便，速度快，氧化脱炭少，节省材料；热处理后无需校直，制造成本低，效率高；加热均匀，芯表温差极小，温控精度高，表面及皮下四象限硬度均匀，冲击值可提高10％，延迟芯棒的使用龟裂现象，使用寿命可延长2倍以上；该工艺也适用于满足普通浮动芯棒、限动芯棒的热处理；且低耗能，对环境无污染。

中国发明专利申请CN101818234A公诸了一种压铸模用H13类钢的淬火工艺。其包括以下步骤：分级加热阶段、N2冷却阶段和油冷阶段。本发明在材料淬火组织转变稳定温度区时进行处理件淬火冷却介质的变换，即将处理件从真空高压气淬炉冷却转移到淬火油炉冷却，则可以利用淬火油炉冷却速度快的特点使冷却曲线快速避开贝氏体组织转变区，进入马氏体组织转变区，使处理件微观组织尽可能转变为马氏体，减少或避免沿晶界析出的碳化物、贝氏体和残余奥氏体，从而提高处理件的综合机械性能，提高模具使用的可靠性。尤其适合于较大型和复杂的工件淬火，在不开裂的情况下保证工件的淬火质量。

中国发明专利申请CN101709423A还公诸了一种通过加氮改进H13模具钢性能的方法，本发明是对传统H13钢的化学成分进行改进，通过加入固溶氮元素提高模具钢的强度、硬度和耐磨性，并且不降低韧性。氮元素采用添加氮化铬中间合金的方法加入，其他元素采用常规方法。熔炼时为保证氮元素收得率，减少熔炼过程的溢出和凝固时形成气泡，要严格控制熔炼温度在熔点以上50℃之内，在合金全部溶化后迅速浇铸。含氮H13模具钢的化学成分百分含量如下：碳：0.28～0.40，硅：0.8～1.2，锰：0.2～0.5，铬：4.75～5.5，钼：1.10～1.75，钒：0.8～1.2，氮：0.02～0.08，磷≤0.03，硫≤0.03，余量：铁。经热处理后的锻件达到如下性能：硬度值53～55HRC，抗拉强度1800MPa以上，屈服强度1480MPa以上，冲击吸收功值稳定在15～16J之间。强度、硬度高于H13钢，韧性不低于H13钢。

但是，国内外开发的H13钢主要化学成分及含量为：0.32～0.45％C，4.75～5.50％Cr，1.10～1.75％Mo，0.8～1.2％V，0.8～1.2％Si，0.20～0.80％Mn。不仅贵重合金元素加入量多，而且都要进行锻造加工，能耗高、材料利用率低、生产周期长和生产成本高。

鉴于上述已有技术，有必要加以改进，对此，本申请人做了大量试验，进行了有益的探索，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有助于显著降低钼和钒之类的贵金属元素的含量而藉以体现资源的节约性和经济的廉价性、有利于显著改善耐磨性和力学性能的H13模具钢。

本发明的还有一个目的在于提供一种H13模具钢的制备方法，该方法不仅能保障H13模具钢的所述技术效果的全面体现，并且有益于体现以铸代锻而藉以缩短生产周期和降低能源消耗。

本发明的目的是这样来达到的，一种H13模具钢，其化学元素重量%为：0.40～0.46%的C, 6.00～6.30%的Cr, 0.50～0.65%的V, 0.30～0.45%的Mo, 0.85～1.05%的Mn, 1.25～1.55%的Si, 0.12～0.25%的W, 0.008～0.018 %的Nb, 0.008～0.015%的Ta, 0.08～0.12%的Ti, 0.003～0.006%的B, 0.08～0.15%的Al, 0.03～0.06%的N, 0.06～0.12%的Y, <0.025%的S和<0.030%的P, 余量为Fe。

一种H13模具钢，其化学元素重量%为：0.40%的C, 6.29%的Cr, 0.51%的V, 0. 45%的Mo, 0.86%的Mn, 1.28%的Si, 0.12%的W, 0.009 %的Nb, 0.015%的Ta, 0.09%的Ti, 0.004%的B, 0.15%的Al, 0.03%的N, 0.07%的Y, 0.008%的S和0.028%的P, 余量为Fe。

一种H13模具钢，其化学元素重量%为：0.45%的C, 6.11%的Cr, 0.55%的V, 0. 37%的Mo, 0.99%的Mn, 1.41%的Si, 0.21%的W, 0.016 %的Nb, 0.012%的Ta, 0.12%的Ti, 0.004%的B, 0.10%的Al, 0.05%的N, 0.09%的Y, 0.009%的S和0.029%的P, 余量为Fe。

一种H13模具钢，其化学元素重量%为：0.44%的C, 6.02%的Cr, 0.62%的V, 0. 31%的Mo, 1.02%的Mn, 1.53%的Si, 0.22%的W, 0.017 %的Nb, 0.008%的Ta, 0.10%的Ti, 0.005%的B, 0.09%的Al, 0.04%的N, 0.12%的Y, 0.014%的S和0.026%的P, 余量为Fe。

本发明的还有一个目的是这样来达到的，一种H13模具钢的制备方法，采用感应电炉熔炼，包括以下步骤：

1）先将废钢、碳素铬铁、低碳铬铁、钨渣铁合金和钼铁混合加热熔化，钢水温度达到1550℃以上时，加入硅铁和锰铁，然后依次加入金属铝和钒铁，炉前调整成分合格后将钢水温度升至1600～1650℃，依次加入钛铁和含氮锰铁，然后出炉；

2）钢水入钢包30～50%时，将颗粒直径1.5～3.5mm的硼铁和钇基稀土，采用厚度小于0.5mm的钢板包裹后，随钢水冲入钢包；

3）钢水温度达到1490～1520℃时，将钢水直接浇注成铸件或铸锭；

4）铸件或铸锭经粗加工后直接由热处理工艺进行热处理，得到H13模具钢。

在本发明的一个具体的实施例中，步骤4）所述的热处理工艺是将粗加工好的H13钢材料随炉加热至800～850℃，保温2～3h，然后继续随炉加热至920～950℃,保温1.5～2.5h，再继续加热至1050～1070℃，保温0.5～1.2h，而后入油冷却0.5～1.0h，最后将油冷后的H13钢材料加热至500～525℃，保温4～8h，炉冷至温度低于180℃后出炉空冷至室温，最终将热处理后的H13钢材料加工至规定尺寸和精度。

本发明提供的技术方案将金属元素铬的含量提高至6.00～6.30%，将贵金属元素钼的含量降低至0.30～0.45%以及将贵金属元素钒的含量降低至0.50～0.65%，从而极致地体现了资源节约和经济廉价的长处；配方中的钨能保证模具钢的高温性能，并且钨由铁合金厂冶炼所剩的工业废渣提供，不仅可以防止资源的巨大浪费，而且还可保护环境；加入的硼元素可细化凝固组织，改善钢的力学性能；加入的氮、铝和稀土等元素可实现H13模具钢的以铸代锻，既可缩短生产周期，又可降低能耗。具体可概括为以下四个方面：

1）本发明贵重合金元素钼、钒含量较低，且不需要进行锻造加工，可以铸代锻，使H13钢的成本明显下降，比常用H13钢降低30～35%；

2）本发明用钨渣铁合金补充钨、锰、铌、钽和钛，可以明显改善H13钢的性能，实现钨渣铁合金变废为宝；

3）本发明经稀土钇元素、钛、氮和铝等复合变质处理，可以明显细化凝固组织，提高H13钢的力学性能，其中抗拉强度超过1850MPa，冲击韧性超过38J/cm ² ，断裂韧性大于75MPa.m ^1/2 ；

4）本发明适当提高硅、锰含量，并加入硼改善淬透性，加入钨渣铁合金进行微合金化，可以将H13钢的硬度稳定在57～59 HRC，具有优异的耐磨性，用做热作模具，使用寿命比普通H13钢提高20～28%。

具体实施方式

如业界所知，合金材质的性能是由金相组织决定的，而一定的组织取决于化学成分和热处理工艺，本发明化学成分是这样确定的：

碳：碳是提高材料淬透性和淬硬性最重要的元素之一，另外还可以形成合金碳化物，改善耐磨性，但是加入量过多，淬火组织是高碳马氏体，脆性大，因此，其含量控制在0.40～0.46%。

铬：铬加入H13钢主要是为了提高高温性能，确保高温下组织和性能稳定，铬是缩小γ相区的元素，加入量过多，淬火组织中易出现低硬度的铁素体，因此，其加入量控制在6.00～6.30%。

钒和钼：钒加入H13钢，部分形成高硬度的VC颗粒，起细化晶粒和改善耐磨性作用，部分进入基体，可以提高基体淬透性，并改善H13钢的高温性能。钼加入H13钢中，主要是提高钢的抗回火稳定性，并消除钢的回火脆性。但是钒、钼都是价格昂贵的合金元素，加入量过多，将增加钢的生产成本，因此，将钒含量控制在0.50～0.65%，钼含量控制在0.30～0.45%。

硅和锰：H13钢中加入硅和锰除了起脱氧作用外，主要是利用它们进入基体，起固溶强化作用，改善H13钢的强度和耐磨性，此外，锰还可以明显提高H13钢的淬透性，但是，加入量过多，淬火组织中残留奥氏体过多，反而降低H13钢的耐磨性。硅加入量过多，H13钢的脆性加大，因此将硅含量控制在1.25～1.55%，锰含量控制在0.85～1.05%。

钨、铌、钽和钛：钨、铌、钽和钛是强碳化物形成元素，形成的碳化物硬度高，可以提高H13钢耐磨性，另外，溶于基体的部分钨, 铌, 钽和钛，可以提高基体强度，有利于改善H13钢的耐磨性。另外，钨、铌、钽和钛具有良好的细化凝固组织和碳化物的作用，有利于提高H13钢的强度和韧性。钨、铌、钽是昂贵合金元素，为了降低H13钢的生产成本，加入钨渣铁合金补充钨、铌、钽和钛。钨渣铁合金是铁合金厂冶炼钨铁所剩的工业废渣，其中仍含有一定量的钨、锰、铌、钽和钛等合金元素，这些废渣若再次提取合金，成本高、不经济，但弃之又十分可惜。长期大量堆积还会造成环境污染，造成资源的巨大浪费。本发明将钨渣铁合金直接加入感应电炉中冶炼，可以对H13起良好的微合金化作用。合适的钨加入量是0.12～0.25％，合适的铌加入量是0.008～0.018％，合适的钽加入量是0.008～0.015％，合适的钛加入量则是0.08～0.12％。

硼：加入适量的硼主要是为了改善H13钢的淬透性，加入量过多，在晶界易出现脆性的硼化物，降低H13钢的强度和韧性，合适的加入量为0.003～0.006%。

氮和铝：氮和铝可以在钢水凝固前形成细小均匀分布的高熔点AlN颗粒，起钢水外来凝固核心的作用，促进H13钢凝固组织的明显细化，还可减轻元素偏析，提高H13钢的力学性能。加入量过多，AlN颗粒粗大，反而损害H13钢的性能，合适的铝加入量为0.08～0.15%，合适的氮加入量为0.03～0.06%。

钇：H13钢中加入稀土元素钇的主要目的是起脱氧、脱硫和改善凝固组织的作用，加入量过多，稀土夹杂物增多，反而损害钢的性能，合适的钇加入量为0.06～0.12%。

本发明热处理工艺是这样确定，本发明热处理包括淬火和回火处理，淬火的目的是提高合金元素在高温奥氏体的固溶量，改善淬透性和获得高硬度的马氏体。H13钢中合金元素数量较多，因此，在加热过程中，需要在800～850℃进行保温2～3h的均热处理，然后继续随炉加热至920～950℃，并均热保温1.5～2.5h。H13钢的淬火加热温度是1050～1070℃，高温下H13钢晶粒易粗化，因此保温时间限制在0.5～1.2h，直接入水冷却因冷速太高易开裂，而入油冷却0.5～1.0h，可得到高硬度的马氏体组织。入油冷却时间不能过长，否而易出现裂纹，入油冷却时间控制在0.5～1.0h，效果最好。最后在500～525℃保温4～8h，可以达到消除应力和稳定组织的目的。

下面结合实施例对本发明做进一步详述。

实施例1：

采用5000公斤中频感应电炉冶炼H13钢，具体工艺步骤是：

1）先将废钢、碳素铬铁、低碳铬铁、钨渣铁合金和钼铁混合加热熔化，钢水温度达到1558℃时，加入硅铁和锰铁，然后依次加入金属铝和钒铁，炉前调整成分合格后将钢水温度升至1647℃，依次加入钛铁和含氮锰铁，然后出炉；

2）钢水入钢包30～50%时，将颗粒直径1.5～3.5mm的硼铁和钇基稀土，用厚度小于0.5mm的钢板包裹后，随钢水冲入钢包；

3）钢水温度达到1518℃时，将钢水直接浇注成铸件；

4）铸件经粗加工后直接进行热处理，热处理工艺是将粗加工好的H13钢材料随炉加热至800℃，保温3h，然后继续随炉加热至950℃,保温1.5h，再继续加热至1050℃，保温1.2h，然后入油冷却1.0h，最后将油冷后的H13钢材料加热至500℃，保温8h，炉冷至温度低于180℃后出炉空冷至室温。最终将热处理后的H13钢材料加工至规定尺寸和精度。H13钢材料的化学成分见表1，H13钢材料的力学性能见表2。

实施例2：

采用5000公斤中频感应电炉冶炼H13钢，具体工艺步骤是：

1）先将废钢、碳素铬铁、低碳铬铁、钨渣铁合金和钼铁混合加热熔化，钢水温度达到1561℃时，加入硅铁和锰铁，然后依次加入金属铝和钒铁，炉前调整成分合格后将钢水温度升至1604℃，依次加入钛铁和含氮锰铁，然后出炉；

3）钢水温度达到1491℃时，将钢水直接浇注成铸锭；

4）铸锭经粗加工后直接进行热处理，热处理工艺是将粗加工好的H13钢材料随炉加热至850℃，保温2h，然后继续随炉加热至920℃,保温2.5h，再继续加热至1070℃，保温0.5h，然后入油冷却0.5h，最后将油冷后的H13钢材料加热至525℃，保温4h，炉冷至温度低于180℃后出炉空冷至室温。最终将热处理后的H13钢材料加工至规定尺寸和精度。H13钢材料的化学成分见表1，H13钢材料的力学性能见表2。

实施例3：

采用10000公斤工频感应电炉冶炼H13钢，具体工艺步骤是：

1）先将废钢、碳素铬铁、低碳铬铁、钨渣铁合金和钼铁混合加热熔化，钢水温度达到1556℃时，加入硅铁和锰铁，然后依次加入金属铝和钒铁，炉前调整成分合格后将钢水温度升至1630℃，依次加入钛铁和含氮锰铁，然后出炉；

3）钢水温度达到1505℃时，将钢水直接浇注成铸锭；

4）铸锭经粗加工后直接进行热处理，热处理工艺是将粗加工好的H13钢材料随炉加热至830℃，保温2.5h，然后继续随炉加热至940℃,保温2h，再继续加热至1060℃，保温1h，然后入油冷却0.8h，最后将油冷后的H13钢材料加热至510℃，保温6h，炉冷至温度低于180℃后出炉空冷至室温。最终将热处理后的H13钢材料加工至规定尺寸和精度。H13钢材料的化学成分见表1，H13钢材料的力学性能见表2。

表1为本发明实施例1至3的 H13模具钢的化学元素重量%

元素

C

Cr

V

Mo

Mn

Si

W

Nb

Ta

实施例1

0.40

6.29

0.51

0.45

0.86

1.28

0.12

0.009

0.015

实施例2

0.45

6.11

0.55

0.37

0.99

1.41

0.21

0.016

0.012

实施例3

0.44

6.02

0.62

0.31

1.02

1.53

0.22

0.017

0.008

元素

Ti

B

Al

N

Y

S

P

Fe

实施例1

0.09

0.004

0.15

0.03

0.07

0.008

0.028

余量

实施例2

0.12

0.004

0.10

0.05

0.09

0.009

0.029

余量

实施例3

0.10

0.005

0.09

0.04

0.12

0.014

0.026

余量

表2为本发明实施例1至3的 H13模具钢的力学性能

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将本发明H13模具钢用于制造冲击载荷大的锻模，热挤压模，精锻模；铝、铜及其合金压铸模，与普通H13模具钢相比，其贵重合金元素钼、钒含量较低，且不需要进行锻造加工，可以铸代锻，其成本明显下降，比常用H13钢降低30～35%。此外，本发明H13模具钢使用安全，使用中无开裂、剥落现象出现，其使用寿命比普通H13模具钢提高20～28%。应用本发明H13模具钢具有很好的经济和社会效益。所用的钨渣铁合金是铁合金厂冶炼钨铁所剩的工业废渣，其中仍含有一定量的合金元素，这些废渣若再次提取合金，成本高、不经济，但弃之又十分可惜，长期大量堆积还会造成环境污染，造成资源的巨大浪费。此外，为了改善H13钢的耐磨性，还加入少量硼元素，为了细化凝固组织，改善H13钢的力学性能，还加入少量氮、铝和稀土等元素，实现H13钢的以铸代锻，可缩短生产周期，降低能耗，明显降低生产成本。

Claims

1.一种H13模具钢，其特征在于其化学元素重量%为：0.40～0.46%的C, 6.00～6.30%的Cr, 0.50～0.65%的V, 0.30～0.45%的Mo, 0.85～1.05%的Mn, 1.25～1.55%的Si, 0.12～0.25%的W, 0.008～0.018 %的Nb, 0.008～0.015%的Ta, 0.08～0.12%的Ti, 0.003～0.006%的B, 0.08～0.15%的Al, 0.03～0.06%的N, 0.06～0.12%的Y, <0.025%的S和<0.030%的P, 余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种H13模具钢，其特征在于其化学元素重量%为：0.40%的C, 6.29%的Cr, 0.51%的V, 0. 45%的Mo, 0.86%的Mn, 1.28%的Si, 0.12%的W, 0.009 %的Nb, 0.015%的Ta, 0.09%的Ti, 0.004%的B, 0.15%的Al, 0.03%的N, 0.07%的Y, 0.008%的S和 0.028%的P, 余量为Fe。

3.根据权利要求1所述的一种H13模具钢，其特征在于其化学元素重量%为：0.45%的C, 6.11%的Cr, 0.55%的V, 0. 37%的Mo, 0.99%的Mn, 1.41%的Si, 0.21%的W, 0.016 %的Nb, 0.012%的Ta, 0.12%的Ti, 0.004%的B, 0.10%的Al, 0.05%的N, 0.09%的Y, 0.009%的S和0.029%的P, 余量为Fe。

4.根据权利要求1所述的一种H13模具钢，其特征在于其化学元素重量%为：0.44%的C, 6.02%的Cr, 0.62%的V, 0. 31%的Mo, 1.02%的Mn, 1.53%的Si, 0.22%的W, 0.017 %的Nb, 0.008%的Ta, 0.10%的Ti, 0.005%的B, 0.09%的Al, 0.04%的N, 0.12%的Y, 0.014%的S和0.026%的P, 余量为Fe。

5.一种如权利要求1所述的H13模具钢的制备方法，采用感应电炉熔炼，其特征在于包括以下步骤：

2）钢水入钢包30～50%时，将颗粒直径1.5～3.5mm的硼铁和钇基稀土，采用厚度小于0.5mm的钢板包裹后，随钢水冲入钢包；

3）钢水温度达到1490～1520℃时，将钢水直接浇注成铸件或铸锭；

4）铸件或铸锭经粗加工后直接由热处理工艺进行热处理，得到H13模具钢。

6.根据权利要求5所述的H13模具钢的制备方法，其特征在于步骤4）所述的热处理工艺是将粗加工好的H13钢材料随炉加热至800～850℃，保温2～3h，然后继续随炉加热至920～950℃,保温1.5～2.5h，再继续加热至1050～1070℃，保温0.5～1.2h，而后入油冷却0.5～1.0h，最后将油冷后的H13钢材料加热至500～525℃，保温4～8h，炉冷至温度低于180℃后出炉空冷至室温，最终将热处理后的H13钢材料加工至规定尺寸和精度。