[發(fā)明專利]一種高耐磨熱沖壓模具鋼及其制造方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410508268.6
• 申請(qǐng)日: 2014-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN104313462A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅愛(ài)輝;徐偉力;洪振軍;吳彥駿;郭瑞泉;王晨磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號(hào): C22C38/12
• 分類號(hào): C22C38/12;C22C38/24;C21D1/18
• 代理公司: 上海東信專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 31228
• 代理人: 楊丹莉;李丹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種冶金產(chǎn)品及其制造方法，尤其涉及一種熱沖壓模具鋼及其制造方法。

背景技術(shù)

通常，模具鋼的質(zhì)量水平能夠客觀衡量一個(gè)國(guó)家的制造業(yè)水平。根據(jù)不同的服役條件，制造業(yè)大致將模具鋼分為熱作模具鋼、冷作模具鋼和塑料模具鋼這三大類。隨著現(xiàn)代汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，全世界的汽車需求量也在不斷攀升。目前，在汽車零部件的生產(chǎn)加工過(guò)程中，熱沖壓模具鋼占有極大的比重，其是熱作模具鋼大類中的一種。與冷沖壓工藝不同，熱沖壓成形工藝有效地利用了金屬在高溫下的塑性、增加的延展性，降低的屈服強(qiáng)度等特性，對(duì)金屬零件進(jìn)行成形加工的。較之于普通的熱作模具鋼，熱沖壓模具鋼的服役條件更為復(fù)雜和嚴(yán)苛。

鋼板的熱沖壓過(guò)程可以大致分為三個(gè)步驟：(1)奧氏體化，(2)快速?zèng)_壓，(3)保壓和(4)淬火冷卻。值得注意的是：熱沖壓件是在壓機(jī)保壓狀態(tài)下通過(guò)布置有冷卻回路的模具(而不是空氣)來(lái)進(jìn)行淬火冷卻的，這就需要保證足夠的冷卻速度；最后獲得的高強(qiáng)度鋼板沖壓件的微觀組織為馬氏體，強(qiáng)度可以達(dá)到1500MPa以上。在熱沖壓過(guò)程中，熱沖壓模具與坯料直接接觸，熾熱的金屬會(huì)使得型腔表面的溫度急劇上升，相應(yīng)地，型腔表層也會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力與壓應(yīng)變，這就要求熱沖壓模具有較高的熱強(qiáng)性和熱穩(wěn)定性。由于在保壓過(guò)程中對(duì)零部件的淬火是通過(guò)帶有冷卻水道的模具完成的，這就要求熱沖壓模具要能在極短的時(shí)間內(nèi)驅(qū)走型腔內(nèi)的熱量，為此，對(duì)熱沖壓模具材料的導(dǎo)熱系數(shù)要求較高。同時(shí)，為了保證模具在服役過(guò)程中的尺寸精度，熱沖壓模具鋼的熱膨脹系數(shù)又要足夠小。熱沖壓件在取出時(shí)，熱沖壓模具的溫度下降，相應(yīng)地，型腔表面也會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力和拉應(yīng)變，在零件保壓、取出的交替過(guò)程中，模具極易產(chǎn)生熱疲勞。在服役過(guò)程中，熱沖壓模具鋼要遭受極大的沖擊載荷，因此，熱沖壓模具還需要具有優(yōu)良的韌性。除此之外，熱沖壓模具在服役過(guò)程當(dāng)中會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)拉毛現(xiàn)象，因此，對(duì)于熱沖壓模具的硬度又提出了較高的要求。由此可知，熱沖壓模具材料需要具有較高的熱導(dǎo)率、熱強(qiáng)度、硬度、沖擊韌性、淬透性和熱穩(wěn)定性和抗冷熱疲勞性能等一系列綜合力學(xué)性能。

一般認(rèn)為，低的熱導(dǎo)率會(huì)產(chǎn)生高的熱應(yīng)力，容易引起鋼的變形和開裂。鋼的強(qiáng)度越高，熱導(dǎo)率則越低，就越容易產(chǎn)生絕熱剪切變形。理論上，在所有鋼鐵材料中純鐵的熱導(dǎo)率最大，其熱導(dǎo)率隨溫度的增加而降低，純鐵的熱導(dǎo)率為71～80W/m·K。金屬中的熱傳導(dǎo)是由聲子和自由電子共同作用的，自由電子引起的熱導(dǎo)率可通過(guò)電導(dǎo)率，利用威德曼-弗朗茲定律(Wiedemann-Franz?Law)獲得。對(duì)于那些含有較多合金元素的合金，除了聲子對(duì)自由電子的散射，還包括它的溶質(zhì)原子對(duì)自由電子傳導(dǎo)的影響，溶質(zhì)原子在自由電子運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中有很大的散射作用，因此，合金的導(dǎo)熱能力大大低于純金屬的導(dǎo)熱能力。

公開號(hào)為CN1924069A，公開日為2007年3月7日，名稱為“高熱強(qiáng)性熱作模具鋼材料”的中國(guó)專利文獻(xiàn)涉及一種模具鋼材料，其各元素成分(wt.％)為：Cr?3.5～4.0％，Mo2.0～2.5％，V?1.0～1.5％，W?1.0～1.5％，Mn?0.1～0.5，Ni?0.1～0.25％，C?0.3～0.35％，Si?0.1～0.5％，S?0.005～0.01％，P?0.01～0.02，余量為Fe。該合金鋼的制備過(guò)程如下：(1)熔煉，(2)電渣重熔，(3)高溫均勻化，(4)鍛造，(5)鍛件退火，(6)毛坯鍛造，(7)退火；最終制得產(chǎn)品熱作模具鋼。在該專利文獻(xiàn)所公開的技術(shù)方案中，模具鋼材料添加了Ni元素。

公布號(hào)為JP2011-072317A，公布日為2012年7月5日，名稱為“一種具有優(yōu)良的防銹性和熱傳導(dǎo)性的模具鋼及其制造方法”的日本專利文獻(xiàn)公開了一種模具鋼，其化學(xué)元素質(zhì)量百分含量為(wt.％)的成份組成：C?0.07～0.15％，Si?0～0.8％，Mn?0～1.5％，P＜0.05％，S＜0.06％，Ni?0～0.9％，Cr2.9～4.9％，(Mo+1/2W)0～0.8％，V?0～0.15％，Cu?0.25～1.8％，余量由Fe及不可避免的雜質(zhì)。該日本專利文獻(xiàn)所公開的模具鋼中具有含量較高的Cr元素。