[发明专利]一种超高热导率热冲压模具用钢及其制备方法

说明书

技术领域

     本发明涉及一种超高热导率热冲压模具用钢及其制备方法。

背景技术

按模具服役条件大致可将模具钢分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢三大类。热冲压模具钢属于热作模具钢。随着汽车行业的高速发展，以及汽车轻量化需求的不断提高，热冲压成形工艺主要用于获得超高强度冲压件。在获得超高强度钢时，由于冷冲压成形工艺所需的成形力极大，容易导致模具损坏、设备震动，且还易产生破裂、起皱、反弹、尺寸精度不良等问题。因此，原有冷冲压成形工艺的不再满足技术和生产发展的需要，而热冲压成形工艺利用金属在高温状态下，其塑性和延展性迅速增加，屈服强度迅速下降。热冲压模具钢是近几十年使用量急剧上升和消耗最大的模具钢之一，它的工况条件比一般热作模具钢还更复杂。

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，快速移动到模具，快速冲压，在压机保压状态下通过布置有冷却回路的模具(而不是空气)对零件进行淬火冷却(并要保证一定的冷却速度)，最后获得超高强度冲压件(组织为马氏体，强度在1500MPa左右甚至更高)。在工作时，由于模具与加热的坯料直接接触，当炽热的金属放入热冲压模具型腔时，型腔表面急剧升温，且冲压和保压时表层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；在保压过程中通过带有冷却水道的模具对零部件淬火，为了使模具能很快地把钢板的热量带走和保证模具在服役过程中的精度，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受到拉应力和拉应变作用，在这种交替变换温度的工况下模具极易产生热疲劳；并且热冲压模具钢在服役过程中，还要受到较大冲击载荷，因此模具需具备优良的韧性。为防止模具表面在服役过程中产生的拉毛，模具还需具有较高的硬度。因此，复杂的工况要求热冲压模具材料具有较高的热导率、热强度、硬度、冲击韧性、淬透性和热稳定性和抗冷热疲劳性能等。

目前国内外尚无专门的适合热冲压成形的模具材料。目前，我国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（相当于北美标准H13钢）。这种热冲压模具钢的化学成分采用C 0.32-0.45wt%、Cr 4.75-5.50wt%、Mo 1.20-1.75 wt%、V 0.80-1.20 wt%、Si 0.80-1.2wt%、Mn 0.20-0.5wt%、P≤0.03wt%、S≤0.03wt%。目前，日本企业采用的是热作模具钢SKD61（相当于北美标准H13钢），瑞典热冲压模具供应商采用的是ORVAR，德国企业采用的是CR7V和1.2379。从理论上，钢的组织中铁素体的热导率最高，约为71~80W/m·K，回火马氏体热导率为35W/m·K，渗碳体的热导率最低为7W/m·K。现有H13热冲压模具钢属于中碳中合金钢，得到的回火马氏体中铁素体的比例不高。从导热机理来看，对于纯金属，通过自由电子运动来导热是主要机制对于自由电子导热而言，热传导的阻力主要是晶格振动声子对自由电子的散射温度增加，晶格振动加剧，声子对自由电子运动的阻力增加，导致其导热能力下降。现有H13钢含有较多种类的合金元素，合金元素的存在导致原子铁晶格畸变，降低热导率；特别是化学成份中含有较高的Si元素，Si的外层电子结构与Fe的差异较大，会严重降低钢的热导率。这些因素都使得现有热冲压模具钢H13的热导率不高。并且其化学成分含有钼、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和发生类型转变，而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。

对相关技术的中外专利检索内容分析

通过输入相关本发明内容的关键词在对中外专利进行检索发现，涉及到和本专利相关联的热作模具钢及其冶金制造技术的专利号为