[发明专利]新型耐热耐磨热冲压模具用合金钢材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型耐热耐磨热冲压模具用合金钢材料及其制备方法，属热冲压模具材料制造工艺技术领域。

背景技术

节能、环保、安全是当今汽车技术发展的总趋势，降低油耗、节约能源、减少汽车排放是当今迫切解决的问题之一，其中汽车轻量化是解决这一问题的重要途径。目前，钢铁公司推出了一系列具有超高强度的淬火硼钢系列，如知名的Arcelor公司推出的22MnB5、30MnB5，以及专门为汽车零件用生产的Usibor1500。这些淬火硼钢的特点是在轧制成形后，材料组织为均匀的铁素体+珠光体，屈服强度为280－400Mpa，抗拉强度为大于450Mpa；而经过热处理后，其组织为均匀的马氏体，屈服强度可达1200Mpa，抗拉强度可达1600Mpa。采用此种钢板生产的汽车零件可以使同等强度、刚度的零件减重50％以上。但是由于超高强度钢的强度时普通钢板强度的2-3倍，所需的成形力极大，成形时往往会因此而导致模具损坏、设备震动，并且还易产生破裂、起皱、尺寸和形状不良等问题。因此，原有的冷冲压成形工艺不能再满足技术和生产发展的需要，需要一种新的加热成形工艺方式。热冲压成形工艺主要是利用金属在高温状态下，其塑性和延展性迅速增加，屈服强度迅速下降的特点，通过模具使零部件成形的工艺。采用热加工的方法，一般是将板料加热到再结晶温度以上某个适当的温度（对于钢铁材料，加热至奥氏体状态）时进行冲压成形，使板料成形时的流动应力降低、提高板料的成形性、降低成形件的回弹，并且降低所需设备的吨位。与板料冷冲压相比，板料的热冲压成形具有变形抗力小、塑性好、成形极限高等优点。对于硼钢，通过热成形不仅具有以上所描述的热成形的优点，并且配以合适的后继热处理方式，还可以使板料发挥其最佳的性能，为汽车提供高质量的零部件，从而不但降低了汽车零部件的重量，还提高了其抗冲击性能及疲劳性能，提高了汽车的安全性。目前国内外尚无专门的适合热冲压成形的模具材料。德国企业采用的是CR7V和1.2379，日本企业采用的是SKD61。从目前的生产情况来看，这些材料都是从现有的模具材料中选取的，各有优缺点，但都不是最好的适合热冲压成形用的材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型耐热耐磨热冲压模具用合金钢材料及其制备方法。

本发明一种新型耐热耐磨热冲压模具用合金钢材料，其特征在于具有以下的化学组成及其质量百分比：

C             0.4-0.5%，              Si          0.3-0.5%，

Mn          0.65-0.85%，           Cr         2.5-2.7%，

Mo          2.1-2.4%，                   V                0.8-1.0%，

P             ＜0.025%，               S         ＜0.005%，

Fe        余量

本发明新型耐热耐磨热冲压模具用合金钢材料的制备方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：

a. 感应熔炼：将配料置于中频感应炉中，在1500～1700℃温度下进行熔炼，然后浇注钢锭；

b. 电渣重熔：将钢锭放于电渣重熔装置中，进行二次精炼，以获得成分均匀、组织致密的钢锭；

c. 退火：在850～860℃下保温7h，而后缓冷至300℃进行空冷；

d. 高温均匀化：将上述钢锭加热到1220～1250℃，并保温8～10小时，使钢成分均匀化，防止成分偏析，改善材料的凝固组织，随后置于空气中冷却；

e. 锻造：将上述经处理的钢锭再加热到1200～1230℃，随后进行粗锻，终锻温度为980℃，得到钢锻件毛坯；

f. 退火：将上述钢锻件毛坯放入加热炉中，加热到830℃，保温8h，然后炉冷至300℃后再空冷至室温；最终得到新型耐热耐磨热冲压模具用合金钢材料。

本发明设计钢种材料成分的理论依据：

（1）C的含量决定淬火钢的基体硬度。对工具钢而言，钢中的碳一部分进入钢的基体中引起固溶强化。另外一部分碳将和合金元素中的碳化物形成元素结合成合金碳化物。对热冲压模具用钢，这种合金碳化物除少量残留的以外，还要求它在回火过程中在淬火马氏体基体上弥散析出产生二次硬化现象，从而由均匀分布的残留合金碳化物和回火马氏体的组织来决定热冲压模具钢的性能。因此，热冲压模具材料中的含C量在0.45~0.48%为宜。