[发明专利]用于含模内弯曲水道热作模具的钢材及其热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种钢材，本发明也涉及一种钢材的热处理方法。具体地说是一种用于高强钢板热冲压成形，并且含有模内弯曲水道冷却系统的热作模具的钢材及其热处理方法。

背景技术

含弯曲水道冷却系统的热作模具可用于高强钢板的热冲压成形。该项技术适用于船舶、汽车、轨道车辆等行业，尤其是汽车行业。由于低碳环保的要求，上述行业追求轻量化成为发展的必然趋势，由此导致高强钢板的用量剧增，这对冲压模具及对应的模具钢提出了较高的要求。采用热冲压方法是最适合于该类板材的成形方法。模具因素是热冲压法实施的最大制约因素，采用弯曲水道内冷却系统的热作模具是解决该问题的最佳选择。在该类模具中，模具材料是决定性因素，关系到模具的性能、生产效率和维护性。因而研制适合于该类模具的热作模具钢成为实现高强钢板的热冲压成形的必要途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好的硬度，较高的力学性能和热强性，良好的红硬性、抗氧化性、热稳定性和抗热疲劳性的用于含模内弯曲水道热作模具的钢材。本发明的目的还在于提供一种用于含模内弯曲水道热作模具的钢材的热处理方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的用于含模内弯曲水道热作模具的钢材的重量比化学组成为：C0.57%-0.63%、Si0.30%-0.50%、Mn0.40%-0.50%、P≤0.030%、S≤0.025%、Cr7.80%-7.90%、Ni2.20%-2.40%、Mo1.50%-1.60%、V0.20%-0.30%、Nb0.08%-0.12%、Cu0.60-0.80%，余量为Fe。

本发明的用于含模内弯曲水道热作模具的钢材的热处理方法包括退火、淬火和回火三个过程；所述退火过程的方法为：200℃以下装炉，升温速度≤80℃/小时，860℃温度下保温，保温后炉冷至300℃，然后出炉空冷；所述淬火过程的方法为：200℃以下装炉，升温速度≤80℃/小时，1100℃温度下保温，然后油淬；所述回火过程的方法为：200℃以下装炉，升温速度≤80℃/小时，300℃温度下保温，最后出炉空冷。

本发明提供了一种铸造热作模具钢，该模具钢所制模具用于高强钢板的热冲压成形，并且模具内含有弯曲水道冷却系统。

本发明的钢材的制备，首先是按照成分来进行配料。再结合具体的模具工件所进行的其他工序包括熔炼、铸造、清理热处理、喷砂、打磨和机械加工和表面处理等。其中熔炼方法既可以是普通中频感应熔炼，也可以是真空感应熔炼、电弧炉熔炼等。

本发明基于根据材料的使用背景和工况所进行的材料设计，并且进行了实验测试和完善而确定，目标是获得马氏体为主并含有少量贝氏体组织，并且材料具有良好的力学性能，适合于模具的使用环境。采用中碳含量，目的是提高材料的硬度和强度。采用的Cr含量是为了获得马氏体组织，以实现马氏体相变强化。采用V、Nb元素进行复合析出相强化。采用Cr、Mo、Ni等元素进行固溶强化，提高钢的高温性能和耐腐蚀性。铜的加入能提高钢的抗氧化性，利于马氏体转变。通过各元素的综合作用，可提高材料的红硬性、抗氧化性、热稳定性和抗热疲劳性。

采用本发明的化学成分和热处理方法，所得到的铸件具有以下优点：良好的硬度、较高的力学性能和热强性、良好的红硬性、抗氧化性、热稳定性和抗热疲劳性。

本发明的模具钢解决了热冲压成形模具在热冲压成形过程中由于苛刻的使用工况所产生的一系列问题，同时解决了模内冷却系统在冷却过程中由于冲刷对材料产生的磨损和腐蚀问题，从而适合于模具的使用特点。

具体实施方式

下面举例对本发明做更详细的描述：

采用普通中频感应熔炼方法获得用于含模内弯曲水道热作模具的钢材，炉料包括、生铁、废钢、硅铁、锰铁、微碳铬铁等，具体炉料配比见表1：

表1各炉料加入量                           （kg）

炉料化学成分满足表2的要求：

表2炉料化学成分                           （%）

用80kg钢水制成一件重量为45kg的铸件和四根梅花试棒。对浇注后的铸件及梅花试样进行成品直读光谱分析，结果如表3所示。

表3铸件及试棒的化学成分              （wt%）