本发明是关于析出硬化型热作模具钢，该钢经淬火较低温度回火后，易于切削加工，具有高的高温强度，同时兼有优异的高温韧性。 目前，国内析出硬化型热作模具钢尚属空白。国外七十年代研制的DH75、DH22、YHD3等同类钢种，尽管高温韧性高，但仍存在其他问题。一是如DH75、DH22钢的高温强度不太高，YHD3钢（见《铁钢》（铁ヒ钢）杂志1982年第2号315～323页;1982年第10号1638～1647页）中加入了1%（重量）的钴，高温强度有所改善，可是钢的成本相应地提高了;二是上述钢种经淬火较低温度回火后，硬度均为HRC40～43，模具切削性能较差。
本发明旨在提供一种高温强度和高温韧性高、切削加工性能良好、价格便宜的易切削析出硬化型热作模具钢。该钢种适用于各种不同截面尺寸、型腔深而复杂的大中型热锻模具。
本发明钢采用低碳、多元合金化原理。既使基体固溶强化，又使碳化物弥散强化，因此具有高的高温强韧性。本发明钢的成份范围为：0.10～0.30%（重量）碳、0.30～3.00%（重量）硅、0.50～1.00%（重量）锰、1.00～4.00%（重量）铬、＜4.00%（重量）钼、0.20～1.20%（重量）钒、0.50～2.00%（重量）镍，另外还含有一种或两种以上的＜0.20%（重量）铌、＜0.20%（重量）锆和＜0.003%（重量）钙，余为铁和杂质。
本发明钢及对比钢均在中频感应炉中冶炼，锭重50公斤。在控制氧、硫、铝含量的情况下，将锆、钙等微量元素的中间合金用插入法加入后立即出钢。
试样淬火加热温度均为1000±5℃，分别用油冷及半冷方式冷却（时间60分钟），然后各自在不同温度下回火两次，每次2小时。
表1示出本发明钢与对比钢YHD3的化学成份。
确定上述成份范围的理由是：
碳，随着含碳量提高，钢的析出硬化效果愈加显著，从而提高钢的强度和抗回火稳定性。但含碳量超过0.3%（重量）时，韧性则明显降低;淬火较低温度回火后，硬度有所提高，不利于改善切削加工性能。含碳量在0.16～0.22%（重量）范围内，钢在使用过程中表层和心部强韧性配合良好，有好的切削加工性能。
镍，适量的镍可以提高钢的冲击值和贝氏体的淬透性。镍含量以0.50～2.00%（重量）为宜。
硅，在贝氏体转变时，硅抑制渗碳体的析出，使残余奥氏体富碳，提高残余奥氏体的稳定性。钢经500～600℃回火后，硅可促进钢的二次硬化效应，提高钢的高温强度。因此本发明钢可用硅取代部分钴。硅含量以0.80～1.50%（重量）为宜。
铬、钼、钒，这三种元素均是强碳化物形成元素。铬除在钢中形成富铬地碳化物外，还部分溶入富钼的M6C和富钒的MC中，降低M6C和MC的稳定性，在淬火加热时，促进M6C和MC溶入奥氏体中，提高贝氏体的淬透性;回火时改善析出硬化性，强化基体，增加钢的高温强度和抗回火稳定性。尤其是当这三种元素复合加入，相互间有较好配比时，可进一步提高钢的析出硬化效果。本发明钢的铬、钼、钒含量分别以1.00～4.00%（重量）、＜4.00%（重量）、0.20～1.20%（重量）为宜。
钙，本发明钢中，当氧含量和铝含量一定时，加入0.0008～0.002%（重量）钙可使SiO2、Al2O3和CaO有良好的配合，复合氧化物球化，即使钢的硬度为HRC42～44时仍有较好的切削性能。
铌，钢中加入适量的铌，使其部分溶入M6C等碳化物中，淬火加热时溶入奥氏体中提高了原子间的结合力，减缓γ-Fe的自扩散速度，使回火过程中碳化物弥散细小，不易聚焦长大，延缓了贝氏体的分解过程，提高了钢的抗回火稳定性。因此铌可部分取代钴。铌含量以＜0.15%（重量）为宜。
锆，本发明钢中的锆含量＜0.20%（重量）时，除了具有铌的相似作用和同样效果外，还可改变碳化物的组成和形态，改善钢的切削加工性能。
硅、铌、锆、钙，这四种元素复合加入钢中，其加入方式和次序是：首先加入铌，然后同时加入硅钙，出钢前加入锆。这样，硅和铌分别加强固溶强化和析出强化效果，进一步提高钢的高温强度。锆主要以球状Zr（Mn）S、ZrN形式存在。钙主要以球状Al2O3、CaO、SiO2所组成的复合氧化物夹杂存在。从而进一步改善切削性能。其含量分别以0.80～1.20%（重量）硅、0.08～0.10%（重量）铌、0.08～0.12%（重量）锆、0.0006～0.001%（重量）钙为宜。
本发明钢经淬火较低温度回火后，有良好的切削加工性，因此，模块生产厂可将模块以最终热处理状态供给使用厂直接加工后使用，这样既解决了模具热处理变形等问题，又可节约热处理设备和厂房的投资。
此外，模具在使用中，其表层由于温升进行析出硬化而有所强化，提高了模面的热磨损、热疲劳抗力;同时，模具心部温度不会超过400℃，由于残余奥氏体仍很稳定，使模具心部具有高的韧性，降低了热机械疲劳裂纹的扩展速率。
最后，本发明钢中不含稀缺且昂贵的钴，从而降低了钢的成本，扩大了钢的使用范围。
目前国内大中型热锻模具及大型铝合金压铸模具用钢主要为5CrNiMo、3Cr2W8V，年消耗量约为5000吨左右，如果这类模具尤其是型腔复杂的模具，采用本发明钢，可较上述老钢种提高寿命1～1.5倍，年经济效益约二百万元左右。
实施例1
本发明钢经1000℃油淬、400℃回火后与YHD3钢切削加工性能的比较示于表2。
表2
注：刀具材料：YW
切削角：主后角α1＝5°，副后角α2＝5°
主偏角φ1＝90°，副偏角φ2＝8°
前角γ＝0.5°，刃倾角λ＝0.5°
切削速度：19米/分
切削深度：1毫米
进刀量：0.15毫米
实施例2
表3示出本发明钢及YHD3在1000℃加热以不同方式冷却，淬态及回火后的硬度值（HRC）。
表3
注：半冷时间均为60分钟。