一种超高耐磨高韧性热作模具钢及其制备方法技术

一种超高耐磨高韧性热作模具钢及其制备方法，其成分重量百分比为：C：0.47～0.55％，Si：0.10

【技术实现步骤摘要】
一种超高耐磨高韧性热作模具钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及模具钢，特别涉及一种超高耐磨高韧性热作模具钢及其制备方法域。

技术介绍

[0002]随着节能环保这一理念的逐步深入人心，汽车工业面临的挑战也日趋增大。因而汽车行业的发展必然向着降低油耗、节能减排、减少汽车排放的方向大步前行。在众多汽车节能减排的方式中，汽车轻量化是一重要的途径。在不改变车身安全部件质量的前提下实现轻量化，不然使用强度更高的高强钢板或者超高强度钢板。目前钢铁公司退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22Mn5、30MnB5、专门为汽车零件用生产的Usibor1500，以及宝钢生产的BR1500HS超高强度钢板。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和珠光体，其屈服强度为280-400MPa，抗拉强度大于450MPa，经过热处理后其组织为均匀的马氏体组织，其屈服强度可达到1500MPa乃至1600MPa。采用这些材料生产的汽车零部件可使同等前度的零件减重50％以上。但是由于钢板强度较高，成型时所需的成形力极大，成形过程中往往会造成模具的过早损坏、零件起皱回弹导致零件形状变形尺寸不稳定，同时因为成形力大，成形过程中耗能也更大，成本较高。这些问题都是采用传统冷冲压成型所必然面对的。在此基础上，热成型工艺应运而生。
[0003]热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，在成形保压过程中通过迅速冷却实现零件淬火的工艺。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，板料的热成形具有塑性好、变形抗力小、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。
[0004]目前国内的热冲压专用模具钢材料相对较少，大部分依靠进口。在热冲压模具使用过程中，模具表面的拉毛情况比较严重，目前解决这一问题的主要途径为对模具镶块进行表面处理(离子氮化)。
[0005]离子氮化需要将模具拆卸，送至专门加工机构进行处理，不仅降低了零件生产效率，提高了零件的成本。离子氮化处理后，氮化层也仅仅是60-100um，模具使用过程中，渗氮层容易磨损，需要二次或者三次渗氮。每一次渗氮都相当于对模具进行一次530℃左右的热稳定性处理，多次氮化后，模具组织粗大，基体硬度降低，模具容易产生其他问题。
[0006]现有模具钢如下：
[0007]中国专利申请号CN200710170723.6公开了“一种具有良好热强性及高韧性的热作模具钢”，该种钢的化学成分质量百分比为：C：0.28～0.35％、Si：0.20～0.50％、Mn：0.20～0.80、Cr：4.50～5.50％、Mo：2.00～2.80％、V：0.4～0.80％、P：0.025％、S：0.025％、Nb：
0.05～0.20％、N：0.01～0.03％，余量为Fe和不可避免杂质元素。该种钢极低的C含量，但添加了N和Nb两种元素。
[0008]中国专利申请号CN200710171693.0公开了“高热稳定性高强度的热作模具钢”，该钢具有以下成分及重量百分比：C：0.3～0.6％，Si：0.5～0.7％，Mn：10.5～14.5％，Cr：2.0～6.0％，Mo：1.5～3.5％，V：0.5～2.0％，P：0.01～0.02％，S：<0.005％，Fe余量。该专利钢中控制Si含量，加入大量的Mn，Mn的加入使该种钢具有了足够的韧性，强度和硬度也有较大的提高，钢的淬透性和热加工性能也有明显的提高。Cr在2％～6％的范围内主要是为了提高钢的抗高温氧化和抗高温腐蚀性能，并兼具较高的热强性。
[0009]中国专利申请号CN201080014370.0公开了“具有出色的韧性和热导率的热加工工具钢”，其化学成份重量百分比含量为：C：0.2～1.2％，N：0～1％，B：0～1％，Cr<l.5％，Ni：1.0～9％，Si<0.4％，Mn：0～3％，Al：0～2.5％，Mo：0～10％，W：0～15％，Ti：0～3％，Ta：0～3％，Zr：0～3％，Hf：0～3％，V：0～4％，Nb：0～3，Cu：0～4％，Co：0～6％，S：0～1％，Se：0～1％，Te：0～1％，Bi：0～1％，As：0～1％，Sb：0～1％，Ca：0～1％，余量由铁和不可避免的杂质构成。该专利所述工具钢控制较少量的C、Si、Cr，添加Mo、W，但其钢中添加了Ni、N、B，添加Ni有利于获得高的淬透性，而添加N和B使一些碳化物中的C被N和B所代替，从而获得高热导率。除此之外，其还加入了多种微量合金元素，例如Ta、Zr、Nb、Cu、Co等，这些元素的加入将极大地提高该种产品的成本。
[0010]中国专利申请号CN200610116358.6公开了“高热强性热作模具钢材料”，其化学成分及重量百分比：Cr：3.5～4.0％，Mo：2～2.5％，V：1.0～1.5％，W：l.0～1.5％，Mn：0.1～0.5％，Ni：0.1～0.25％，V：0.3～0.35％，Si：0.1～0.5％，S：0.005～0.01％，P：0.01～0.02％，Fe余量。该专利模具钢采用控制C、Si、Mn元素的含量、同时添加Mo，W。添加Mo主要为了提高淬透性和回火稳定性，同时Mo还能形成碳化物以提高钢的硬度和强度，增加钢的耐磨性。添加W可以提高模具钢的高温强度，使钢具有热硬性。该专利钢中添加3.5～4.0％的Cr主要是为了提高钢的强度和硬度，并使该钢种在高温下依然具有优异的抗高温氧化性和抗高温腐蚀性能。值得注意的一点是：其添加了0.1～0.25％的Ni和1.0～1.5％的V，添加0.1％～0.25％的Ni可以起到细化晶粒增加韧性。
[0011]国际专利W02011JP72317公开了“超耐腐蚀高热导率模具材料和制各方法”，这种钢的成分包含及重量百分比：0.07～0.15％C，0～0.8％Si，0～1.5％Mn，≤0.05％P，≤0.06％S，0～0.9％Ni，2.9～4.9％Cr，Mo和W的单独或者混合(Mo+l/2W)添加量0～0.8％，0～0.15％V，0.25～1.8％Cu，其余为Fe和杂质元素。该专利所述模具材料中对C、Si、Mn的量都控制的极低，尤其是C的含量如此之低，主要是为了获得更多铁素体基体，以尽量提高钢的热导率，控Si控Mn，主要是为了减少这两种元素对钢的热导率的有害的影响。但其Cr含量在2.9～4.9％的范围内，这主要还是为了能够使Cr能够与钢中的C形成碳化物，而另一部分则固溶到钢的基体中，以达到固溶强化的作用。另外，该钢成分中最值得人关注本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高耐磨高韧性热作模具钢，其成分重量百分比为：C：0.47～0.55％，Si：0.10-0.30％，Mn：0.30-0.50％，Mo：2.00～2.50％，Cr：5.00-5.50％，V+W：0.80～1.20％，Co：1.50～2.00％，S≤0.002％，P≤0.015％，N≤0.0090％，H≤0.015％，O≤0.0015％，其余为Fe和其他不可避免杂质，且，需同时满足：Cr:Mo:(V+W)＝(10～11):(4～5):(1.6～2.4)。2.如权利要求1所述的超高耐磨高韧性热作模具钢，其特征在于，所述的热作模具钢在使用状态下显微组织为回火马氏体+球状碳化物，且钼、钒、钨的复合碳化物细小弥散分布。3.如权利要求1或2所述的超高耐磨高韧性热作模具钢，其特征在于，所述的热作模具钢的热处理硬度为44-46HRC时，无缺口试样冲击韧性≥360J。4.如权利要求1所述的超高耐磨高韧性热作模具钢的制备方法，其特征是，包括如下步骤：a)冶炼、炉外精炼、真空脱气按权利要求1所述成分采用电弧炉熔炼，熔炼温度1550-1680℃，将熔融钢液转移至精炼炉，进行二次精炼，调整合金成份；然后真空脱气，将精炼钢包置入真空包内，抽真空去除残余气体，底吹氩气进行搅拌脱气，然后浇铸成电极棒；b)电渣重熔将电极棒放于保护气氛电渣重熔装置中，进行再次熔炼，以获得成分均匀、组织致密、高纯净、低气体残余的钢锭；c)钢锭退火钢锭在750～860℃下保温10-20小时，而后随炉冷却；d)高温均匀化将上述钢锭加热到1250～127...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗爱辉，徐伟力，王晨磊，吴彦骏，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：