专利名称：一种热冲压模具钢及其制造方法
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 4Cr5MoSiVl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 I. 20 1.75wt%、V 0. 80 1.20wt%、Si 0. 80 1.2wt%、Mn
0.20 0. 5wt%、P彡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。含有钥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。4Cr5MoSiVl这种钢的性能指标如下调质硬度为46. 5HRC，导热率为24. 5ff/m !(，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 I. 3%, Mn 0. 3 I. 3%, Cr 7. 0 11. 0%, W 0. 4
1.2%, Mo 0. 4 I. 2%, V 0. 4 I. 2%, NiO. 10 I. 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)7(3和M23C6形式存在。 此外，钢中含有铬、钥和钒，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 O. 10 1.00%，W 0.4 1.2%，而钥元素的含量较低，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。公开号为CN101240400，
公开日为2008年8月13日，名称为一种低成本热作模具钢的中国专利公开了一种低成本热作模具钢，其化学成分的重量百分比含量为c 0. 38
O.42%, Si :0· 9 I. 1%，S 彡 O. 030%, P 彡 O. 030%, Mn 0. 3 O. 5%，W :0· 9 I. 2%， Mo 0. 45 O. 55%, Cr 4. 8 5. 2%，V 0. 25 O. 45%, Nb 0. 08 O. 15%，其余为 Fe 及不可避免的杂质。该专利中含有铌元素，其含量为O. 08 O. 15%，铌元素主要固溶在基体内，并且分布均匀，起到固溶强化的作用。另外，在长时间保温时候材料组织中的铌元素从基体弥散析出NbC，从而增强材料的抗回火软化能力；此外，该模具钢中铬元素和硅元素的含量较高，能形成致密氧化膜来提高钢的抗氧化性，加入小于6%的铬元素对提高回火抗力是有利的，但未能构成二次硬化；结合O. 38 O. 42%的碳，能形成大量的铬、钥的碳化物， 对组织进行强化。该专利对钢性能的作用和强化机理主要是通过增加铬、钥、铌的碳化物对基体进行进一步强化。公开号为JP2008095181，
公开日为 2008 年 4 月 24 日，名称为“HOT-WORKING TOOL STEEL HAVING SUPERIOR TOUGHNESS AND HIGH-TEMPERATURE STRENGTH”的日本专利文献公开了一种热作模具钢，其化学成分的质量百分比为C 0. 34 0. 40% ；Si 0. 3 0. 5% ；Mn
0.45 O. 75% ;Ni O 0.5%;Cr 4. 9 5. 5% ;Mo与W单独或一起加入，其含量为2. 5
2.9%，并且满足Mo+l/2W;V 0.5 0.7% ;其余为Fe和其它不可避免的杂质。该专利中， 硅含量为0. 3 0. 5%，其有利于减少硅对材料导热系数的损害，减少带状组织的出现，同时能提高钢的横向性能；钥含量保持在2. 5 2. 9%，有利于在回火时马氏体中析出Mo2C, 从而使钢具有二次硬化的效果。由于该专利大幅提高了铬元素含量，降低了钒元素的含量， 并且增加了镍和钨元素，使其虽然能够获得较高硬度和耐热性能的钢，但其成本也相应地大幅增加。上述各专利的热作模具钢的化学成分见表I。表l.(wt%)
权利要求
1.一种热冲压模具钢，其特征在于，其化学元素重量百分含量为C c.43 Ο-48%SiO. 3ν Ο-5% ；MnO. 5ν O.8% ；Cr2. 3 2.7% ；MoI. 9 2.4% ；V :0. 7 I. 0% ；P ≤ O. 03% ；S≤ O. 03% ；其余为Fe和其他不可避免的杂质。
2.如权利要求I所述的热冲压模具钢的制造方法，其特征在于，包括下列步骤(1)电渣重熔电制度电压为57 59V，电流为11000 12000A；(2)将电渣锭放入炉温为700 800°C的径锻机加热炉内，以80 120°C/h的升温速度加热至1230 1260°C，然后保温3 5h ;(3)径锻机锻造开锻温度为1100 1150°C，停锻温度为850 900°C；(4)将电渣锭放入740 830°C的退火炉中保温14 16h，然后炉冷至室温。
3.如权利要求2所述的热冲压模具钢的制造方法，其特征在于，所述步骤⑴中电渣重熔成的电渣锭重量为2000 3000kg。
全文摘要
本发明公开了一种热冲压模具钢，其化学元素重量百分含量为C0.43～0.48％；Si0.3～0.5％；Mn0.5～0.8％；Cr2.3～2.7％；Mo1.9～2.4％；V0.7～1.0％；P≤0.03％；S≤0.03％；其余为Fe和其他不可避免的杂质。此外，本发明还提供一种热冲压模具钢的制造方法，其采用电渣重熔工艺、高温均匀化和超细化热处理工艺控制材料组织，从而起到对材料的强化作用，提高其性能指标。较之现有材料，本发明所述的热冲压模具钢的热导系数提高了29.5％以上，调质硬度提高了7.5％以上，冲击韧性提高了16.7％以上；并且该热冲压模具钢还具有成本低，综合性能高等优点。
文档编号C21D1/26GK102605261SQ20121008121
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月23日 优先权日2012年3月23日
发明者吴晓春, 尹学炜, 张恒, 续维 申请人:宝山钢铁股份有限公司