[发明专利]一种热冲压模具钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模具钢及其制造方法，尤其涉及一种热作模具钢及其制造方法。

背景技术

模具钢通常可以分为热作模具钢、冷作模具钢和塑料模具钢三大类产品。热冲压模具钢属于热作模具钢类，主要用于获得超高强度的冲压件。钢板热冲压过程是将特殊的高强度钢板加热到奥氏体温度范围，然后快速移动到模具，进行快速冲压；再在压机保压状态下，通过布置有冷却水回路的模具(而不是空气)以一定冷却速度对零件进行淬火冷却，最后获得组织为马氏体、强度在1500MPa左右甚至更高的超高强度冲压件。在作业时模具需长时间与加热的坯料相接触，当炽热的金属放入热冲压模具型腔时，型腔表面急剧升温，会产生压应力和压应变，这使得模具需要较好的热强性和热稳定性；在淬火过程中，为了使模具能很快地把钢板的热量带走以及保证模具在工作工程中的精度，模具材料必需具有较大的导热系数和较小的热膨胀系数；当金属件取出时，型腔表面由于急剧降温而会受到拉应力和拉应变作用，再加上热作模具钢在服役过程中，还要承受较大的冲击载荷，使得模具极易产生热疲劳；此外，为防止在服役过程中模具表面产生的拉毛，模具还需具有较高的硬度。因此，在复杂的工况下作业要求热冲压模具材料具有较高的导热率、热强度、温硬度、冲击韧性、淬透性和热稳定性和抗冷热疲劳性能等。

我国目前使用的热冲压模具钢采用的是国家标准GB/T1299-2000中钢号为4Cr5MoSiV1的热冲压模具钢。这种热冲压模具钢的化学成分为：C 0.32～0.45wt％、Cr 4.75～5.50wt％、Mo 1.20～1.75wt％、V 0.80～1.20wt％、Si 0.80～1.2wt％、Mn 0.20～0.5wt％、P≤0.03wt％、S≤0.03wt％。这种热冲压模具钢属于中碳中合金钢，含有较多的合金元素，特别是化学成分中含有较多的硅元素，它严重降低钢的热导率。其次，这种热冲压模具钢的化学成分碳含量较低，回火时二次硬化能力较差。含有钼元素和铬元素和一定量的碳元素，因此其材料电渣锭的偏析严重，成材后的组织中存在大量的大块液析碳化物，使得材料的韧性不足，容易出现早期开裂失效。由于这种材料含有大量的二次硬化元素，其回火态二次碳化物容易在服役条件下长大粗化以及发生类型转变，并且回火马氏体中的合金元素也容易析出而降低钢的强度，从而降低钢的高温性能。4Cr5MoSiV1这种钢的性能指标如下：调质硬度为46.5HRC，导热率为24.5W/m·K，冲击韧性值Ak为150J。这些热导率、冲击韧性、硬度值和抗回火稳定性指标是衡量热冲压模用钢质量好坏的关键技术指标。

公开号为CN101403074，公开日为2009年4月8日，名称为“一种新型铬系热作模具钢及其热处理工艺”的中国专利公开了一种铬系热作模具钢，其化学成分重量百分比含量为：C 0.35～0.7％，Si 0.3～1.3％，Mn 0.3～1.3％，Cr 7.0～11.0％，W 0.4～1.2％，Mo 0.4～1.2％，V 0.4～1.2％，Ni0.10～1.00％，S≤0.005％，P≤0.030％，B 0.03％-0.10％，氮化物含量为0.02～0.20％，N 0.02％～0.10％，其余为铁Fe。该专利将铬含量提高到7～11％，主要是考虑到铬元素较为普遍与价廉，其一部分能溶入钢中起固溶强化作用；另一部分与碳结合，按含铬量高低以(FeCr)₃C、(FeCr)₇C₃和M₂₃C₆形式存在。此外，钢中含有铬、钼和钒，当铬含量大于3％时，铬能阻止V₄C₃的生成，并且推迟Mo₂C的共格析出，由于V₄C₃和Mo₂C是提高钢材的高温强度和抗回火性的强化相，因此该种钢的高温强度和抗回火性较低。此外，在该专利中，加入了Ni 0.10～1.00％，W 0.4～1.2％，而钼元素的含量较低，使得材料的组织中形成大量钨的碳化物，对组织进行强化，并通过镍元素来细化晶粒，增加韧性，进一步对基体进行强化。