一种冷冲压成形模具用钢及其制备方法与应用与流程

本发明涉及合金钢制造领域，具体涉及一种冷冲压成形模具用钢及其制备方法与应用。

背景技术：

由于汽车轻量化的发展，高强度钢板已成为当代汽车发展的必然趋势。高强度钢板的强度不断提高，目前已经能够批量生产强度在1500mpa的汽车板，由于钢板强度的不断提高，对冷成型模具的硬度、强度、韧性、耐磨性要求也越来越高，对于强度在1000mpa以上汽车板的冷冲压成形仍没有适用的模具材料。

高强度钢板由于其高的强度，在冷冲压过程中需要更大的冲裁力对钢板进行冲裁和成形，冷冲压模具在服役时承受巨大的压应力、弯曲力、冲击力及摩擦力，因此主要的失效形式为开裂、崩刃和磨损。模具服役时承受连续、高强度的冲击力，且由于形状复杂、易于产生应力集中而导致开裂，所以需要具备较高的强韧性；由于冷冲压模具形状及机加工工艺复杂、造价高，工况下摩擦力和摩擦面积大而导致磨损较大，因此修模困难，所以需要具备更高的耐磨性。

原来国家标准gb/t1299-2014中常用的高合金冷作模具钢cr12系列，如cr12mov、cr12mo1v1在我国低端市场用量相当大，具有高的硬度以及耐磨性能，但是该材料由于存在较多较大的共晶碳化物，且偏析严重，虽然其耐磨性好，但是其韧性较差，长期服役容易出现崩刃、断裂和塌陷等现象，因此cr12mov系列不能满足超高强度钢板冷冲压成形的生产要求。中合金冷作模具钢cr5系列，如cr5mo1v，与cr12mo1v1系列相比，降低c和cr的含量，尺寸大的共晶碳化物和宏观偏析得到明显改善，淬透性好，热处理变形小，韧性也有所提高，但是其耐磨性明显降低，对于高强度钢板用冷冲压模具所需的高耐磨性的要求难以达到。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种具备高的强韧性配比、优良的耐磨性的新型高强韧性冷冲压成形模具用钢，并提供其制备和热处理工艺。

本发明的技术方案如下：

本发明在第一方面提供了一种冷冲压成形模具用钢，其包含以下合金元素：c、si、mn、cr、mo、v、p、s和fe，且各元素的质量百分比为：c0.70～0.90％，si0.25～0.50％，mn0.52～0.72％，cr4.00～6.00％，mo2.00～2.60％，v0.30～0.80％，p≤0.015％，s≤0.003％，fe余量。

在较优实施例中，冷冲压成形模具用钢中cr、mo和v的质量比为9.9～10.0：5～5.1：1.0～1.1。

本发明在第二方面提供了一种冷冲压成形模具用钢的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、冶炼：冷冲压成形模具用钢的化学成分的质量百分比为：c0.70～0.90％，si0.25～0.50％，mn0.52～0.72％，cr4.00～6.00％，mo2.00～2.60％，v0.30～0.80％，p≤0.015％，s≤0.003％，fe余量，进行配料、熔炼；

步骤2、电渣重熔：将步骤1中得到的钢锭作为自耗电极放于电渣重熔装置中进行二次精炼；电极合金融化后经渣池下落至结晶器中，再凝固成钢锭，钢锭自下而上逐步结晶，成分均匀、组织致密；

步骤3、锻造：将经步骤2处理的钢锭再加热锻造，得到钢锻件毛坯；

步骤4、退火：将上述钢锻件毛坯加热、保温，炉冷后出炉空冷；

步骤5、淬火及回火热处理。

优选地，上述步骤1中，cr、mo和v的质量比为9.9～10.0：5～5.1：1.0～1.1。

优选地，上述步骤3中，将钢锭再加热至1200-1300℃温度范围内保温后进行锻造。

优选地，上述步骤3中，始锻温度为1000-1100℃，终锻温度为850-950℃。

优选地，上述步骤4中，将钢锻件毛坯加热到740-840℃温度范围内保温。

优选地，上述步骤4中，以10-15℃/s的冷速炉冷到500-600℃后出炉空冷。

优选地，上述步骤5中，淬火温度为1000-1050℃，回火温度为500-550℃，回火2次。

本发明在第三方面公开了上述冷冲压成形模具用钢在汽车制造中的应用，所述冷冲压成形模具用钢用作高强度汽车板冷冲压成形模具用钢。

本发明钢的特点是低c低cr高mo的合金化体系，且cr：mo：v≈10：5：1。合理的成分使得材料具备优良的抗崩刃抗开裂的性能，高硬度高耐磨保证了材料在冲裁过程中不容易发生磨损而拉毛。合理热处理工艺后具备良好的尺寸稳定性，不会因为热处理导致材料发生尺寸超差，适用于工作环境恶劣的高强度钢板的冷冲压成形模具用。

应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。所以凡是不脱离本发明所公开的原理下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

以下将结合附图对本发明作进一步说明，以充分说明本发明的目的、技术特征和技术效果。

附图说明

图1示出了实施例1中本发明钢与cr12mov、cr5mo1v的强韧性对比；

图2示出了实施例2中本发明钢与cr12mov、cr5mo1v的强韧性对比；

图3示出了实施例3中本发明钢与cr12mov、cr5mo1v的强韧性对比；

图4示出了较优实施例中本发明钢之间的强韧性对比；

图5示出了较优实施例中本发明钢与cr12mov的耐磨性能对比。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

本实施例中，采用的高强度汽车板冷冲压成形模具用钢的化学成分质量百分比如下：

本实施例中采用以下方法制备冷冲压成形模具用钢：

步骤1、冶炼：按上述成分进行配料、熔炼；

步骤2、电渣重熔：重熔前切除钢锭冒口，清除其表面氧化皮，作为自耗电极放于电渣重熔装置中进行二次精炼；电极合金融化后经渣池下落至结晶器中，再凝固成钢锭，钢锭自下而上逐步结晶，成分均匀、组织致密；

步骤3、锻造：将上述经处理的钢锭再加热到1200℃保温一定时间之后进行锻造，一般≥10h，始锻温度为1000℃，终锻温度为850℃；

步骤4、退火：将上述钢锻件毛坯加热到740℃保温一定时间后，可根据钢锭直径、装炉量和装炉方式来定，以10℃/s的冷速炉冷到500℃后出炉空冷；

步骤5、淬火及回火热处理：淬火温度为1000℃，回火温度为500℃，回火2次。

经过上述制造工艺后，进行性能测试：

(1)淬火硬度：60-64hrc，回火硬度58-62hrc。

(2)冲击韧性试验：

按照标准(gb/t229-2007)取冲击试样，试样尺寸为10×10×55mm无缺口，其室温冲击功值：200-220j。

(3)耐磨性实验

耐磨性能采用销盘式摩擦磨损试验仪进行评价，其磨损体积：0.238-0.241mm³。

实施例2

本实施例中，采用的高强度汽车板冷冲压成形模具用钢的化学成分质量百分比如下：

本实施例中采用以下方法制备冷冲压成形模具用钢：

步骤1、冶炼：按上述成分进行配料、熔炼；

步骤2、电渣重熔：重熔前切除钢锭冒口，清除其表面氧化皮，作为自耗电极放于电渣重熔装置中进行二次精炼；电极合金融化后经渣池下落至结晶器中，再凝固成钢锭，钢锭自下而上逐步结晶，成分均匀、组织致密；

步骤3、锻造：将上述经处理的钢锭再加热到1300℃保温一定时间之后进行锻造，一般≥10h，始锻温度为1100℃，终锻温度为950℃；

步骤4、退火：将上述钢锻件毛坯加热到840℃保温一定时间后，可根据钢锭直径、装炉量和装炉方式来定，以15℃/s的冷速炉冷到600℃后出炉空冷；

步骤5、淬火及回火热处理：淬火温度为1050℃，回火温度为550℃，回火2次。

经过上述制造工艺后，进行性能测试：

(1)淬火硬度：61-65hrc，回火硬度58-62hrc。

(2)冲击韧性试验：

按照标准(gb/t229-2007)取冲击试样，试样尺寸为10×10×55mm无缺口，其室温冲击功值：208-221j。

(3)耐磨性实验

耐磨性能采用销盘式摩擦磨损试验仪进行评价，其磨损体积：0.242-0.245mm³。

实施例3

本实施例中，采用的高强度汽车板冷冲压成形模具用钢的化学成分质量百分比如下：

本实施例中采用以下方法制备冷冲压成形模具用钢：

步骤1、冶炼：按上述成分进行配料、熔炼；

步骤2、电渣重熔：重熔前切除钢锭冒口，清除其表面氧化皮，作为自耗电极放于电渣重熔装置中进行二次精炼；电极合金融化后经渣池下落至结晶器中，再凝固成钢锭，钢锭自下而上逐步结晶，成分均匀、组织致密；

步骤3、锻造：将上述经处理的钢锭再加热到1250℃保温一定时间之后进行锻造，一般≥10h，始锻温度为1050℃，终锻温度为900℃；

步骤4、退火：将上述钢锻件毛坯加热到800℃保温一定时间后，可根据钢锭直径、装炉量和装炉方式来定，以12℃/s的冷速炉冷到550℃后出炉空冷；

步骤5、淬火及回火热处理：淬火温度为1020℃，回火温度为530℃，回火2次。

经过上述制造工艺后，进行性能测试：

(1)淬火硬度：61-64hrc，回火硬度59-63hrc。

(2)冲击韧性试验：

按照标准(gb/t229-2007)取冲击试样，试样尺寸为10×10×55mm无缺口，其室温冲击功值：205-222j。

(3)耐磨性实验

耐磨性能采用销盘式摩擦磨损试验仪进行评价，其磨损体积：0.238-0.243mm³。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。