[发明专利]一种变强度热冲压模具材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种变强度热冲压模具材料，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：C 0.40～0.55％，Si≤0.50％，Mn 0.85～1.50％，Cr 2.50～3.50％，Mo 2.00～3.00％，V 0.50～0.80％，P≤0.010％，S≤0.001％，Fe余量。本发明还公开了一种变强度热冲压模具材料的制备方法，以及该模具材料在汽车制造中的应用。上述变强度热冲压模具材料具有良好的强韧比和热导率，优异的热稳定性和高温抗拉毛性能，节约了生产成本，符合我国节能减排、绿色环保的生产理念，满足当前汽车制造业对模具材料的现实需求。

技术领域

本发明涉及合金钢制造工艺技术领域，具体涉及一种变强度热冲压模具材料及其制备方法与应用。

背景技术

传统的高强钢板热冲压成形工艺是将板料整体快速淬火，以获得高强度的零部件。然而像汽车A、B柱等零部件，其上部需要较高的强度以支撑车顶，其下部需要足够的韧性以吸收汽车侧撞时产生的冲击力，为实现该技术特点，变强度热冲压技术应运而生。纵观国内外变强度热冲压技术的发展现状，钢板的变强度热冲压实现方式分为四类：1、部分加热法；2、差速冷却法；3、焊接法；4、变厚度轧板法。其中差速冷却法的工艺简单、产品尺寸精度高、无需定制热处理炉等特点获得了国内外汽车厂商的青睐。

差速冷却法的实现方式较多，而目前主要通过控制模具温度或者调整模具热导率两种方式控制热冲压件的冷却速度，以实现变强度热冲压成形。当模具的热导率为5W/(m·K)时仍不能达到冲压件软区的性能要求，而目前常用热作模具钢的热导率往往大于10W/(m·K)，因而只能通过控制模具温度实现热冲压板料软区的性能指标。热冲压板料软区模具内需通入加热管，使其长期维持在500℃以上。另一方面，热冲压板料硬区的模具中需加入冷却水道，以带走热量。综上所述，变强度热冲压模具需要有很好的导热性以传递热冲压板料的热量，还需要优异的热稳定性，以延长模具的使用寿命。

当前，国内常用的热冲压模具材料主要分为如下几类：

(1)以H13和DIEVAR为代表的通用性热作模具钢，该类型的热作模具钢具有优异的强韧比和抗热疲劳性能，然而其高温稳定性能较差，高温摩擦磨损性能不佳，使用过程中模具表面易拉毛，因而不能满足变强度热冲压模具钢所需的性能要求。

(2)以HOTVAR和CR7V为代表的热冲压模具钢，该类型的热冲压模具钢具有优异的热稳定性能，高温摩擦磨损性能，然而其韧性较差，抗裂纹扩展能力不佳，使用过程中模具易开裂失效，因而不能满足变强度热冲压模具钢所需的性能要求。

(3)以HTCS-130为代表的高热导率热冲压模具钢，该类型的热冲压模具钢具有极高的热导率，良好的韧性，然而其高温摩擦磨损性能不足，使用过程中模具表面极易拉毛，因而不能满足变强度热冲压模具钢所需的性能要求。

综上所述，目前市场上常用的热作模具钢或热冲压模具钢均难以满足变强度热冲压技术的严苛要求，变强度汽车板热冲压成形模具专用钢亟待开发。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种变强度热冲压模具材料及其制备方法与应用。

本发明的技术方案如下：

本发明在第一方面提供了一种变强度热冲压模具材料，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：C 0.40～0.55％，Si≤0.50％，Mn 0.85～1.50％，Cr 2.50～3.50％，Mo 2.00～3.00％，V 0.50～0.80％，P≤0.010％，S≤0.001％，Fe余量。

在较优实施例中，Mn、Mo和Cr的质量比为1～1.2:2.0～2.1:3.0～3.2。

本发明在第二方面提供了一种变强度热冲压模具材料的制备方法，包括以下步骤：