專利名稱：：一種超高熱導(dǎo)率熱沖壓模具用鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種超高熱導(dǎo)率熱沖壓模具用鋼及其制備方法。
背景技術(shù)：
：按模具服役條件大致可將模具鋼分為冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼三大類。熱沖壓模具鋼屬于熱作模具鋼。隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展，以及汽車輕量化需求的不斷提高，熱沖壓成形工藝主要用于獲得超高強度沖壓件。在獲得超高強度鋼時，由于冷沖壓成形工藝所需的成形力極大，容易導(dǎo)致模具損壞、設(shè)備震動，且還易產(chǎn)生破裂、起皺、反彈、尺寸精度不良等問題。因此，原有冷沖壓成形工藝的不再滿足技術(shù)和生產(chǎn)發(fā)展的需要，而熱沖壓成形工藝利用金屬在高溫狀態(tài)下，其塑性和延展性迅速增加，屈服強度迅速下降。熱沖壓模具鋼是近幾十年使用量急劇上升和消耗最大的模具鋼之一，它的工況條件比一般熱作模具鋼還更復(fù)雜。鋼板熱沖壓過程是將特殊的高強度鋼板加熱到奧氏體溫度范圍，快速移動到模具，快速沖壓，在壓機保壓狀態(tài)下通過布置有冷卻回路的模具(而不是空氣)對零件進行淬火冷卻(并要保證一定的冷卻速度)，最后獲得超高強度沖壓件(組織為馬氏體，強度在1500MPa左右甚至更高)。在工作時，由于模具與加熱的坯料直接接觸，當熾熱的金屬放入熱沖壓模具型腔時，型腔表面急劇升溫，且沖壓和保壓時表層產(chǎn)生壓應(yīng)力和壓應(yīng)變，這使得模具需要較好的熱強性和熱穩(wěn)定性；在保壓過程中通過帶有冷卻水道的模具對零部件淬火，為了使模具能很快地把鋼板的熱量帶走和保證模具在服役過程中的精度，模具材料必需具有較大的導(dǎo)熱系數(shù)和較小的熱膨脹系數(shù)；當金屬件取出時，型腔表面由于急劇降溫而受到拉應(yīng)力和拉應(yīng)變作用，在這種交替變換溫度的工況下模具極易產(chǎn)生熱疲勞；并且熱沖壓模具鋼在服役過程中，還要受到較大沖擊載荷，因此模具需具備優(yōu)良的韌性。為防止模具表面在服役過程中產(chǎn)生的拉毛，模具還需具有較高的硬度。因此，復(fù)雜的工況要求熱沖壓模具材料具有較高的熱導(dǎo)率、熱強度、硬度、沖擊韌性、淬透性和熱穩(wěn)定性和抗冷熱疲勞性能坐寸o目前國內(nèi)外尚無專門的適合熱沖壓成形的模具材料。目前，我國使用的熱沖壓模具鋼采用的是國家標準GB/T1299-2000中鋼號為4Cr5MoSiVl(相當于北美標準H13鋼)。這種熱沖壓模具鋼的化學(xué)成分采用C0.32-0.45wt%、Cr4.75-5.50wt%、MoI.20-1.75wt%、V0.80-1.20wt%、Si0.80-1.2wt%、Mn0.20-0.5wt%、P彡0.03wt%、S彡0.03wt%。目前，日本企業(yè)采用的是熱作模具鋼SKD61(相當于北美標準H13鋼)，瑞典熱沖壓模具供應(yīng)商采用的是0RVAR，德國企業(yè)采用的是CR7V和I.2379。從理論上，鋼的組織中鐵素體的熱導(dǎo)率最高，約為7f80W/mK，回火馬氏體熱導(dǎo)率為35W/mK，滲碳體的熱導(dǎo)率最低為7W/mK。現(xiàn)有H13熱沖壓模具鋼屬于中碳中合金鋼，得到的回火馬氏體中鐵素體的比例不高。從導(dǎo)熱機理來看，對于純金屬，通過自由電子運動來導(dǎo)熱是主要機制對于自由電子導(dǎo)熱而言，熱傳導(dǎo)的阻力主要是晶格振動聲子對自由電子的散射溫度增加，晶格振動加劇，聲子對自由電子運動的阻力增加，導(dǎo)致其導(dǎo)熱能力下降?，F(xiàn)有H13鋼含有較多種類的合金元素，合金元素的存在導(dǎo)致原子鐵晶格畸變，降低熱導(dǎo)率；特別是化學(xué)成份中含有較高的Si元素，Si的外層電子結(jié)構(gòu)與Fe的差異較大，會嚴重降低鋼的熱導(dǎo)率。這些因素都使得現(xiàn)有熱沖壓模具鋼H13的熱導(dǎo)率不高。并且其化學(xué)成分含有鑰、鉻元素和一定量的碳元素，因此其材料電渣錠的偏析嚴重，成材后的組織中存在大量的大塊液析碳化物，使得材料的韌性不足，容易出現(xiàn)早期開裂失效。由于這種材料含有大量的二次硬化元素，其回火態(tài)二次碳化物容易在服役條件下長大粗化和發(fā)生類型轉(zhuǎn)變，而且回火馬氏體中的合金元素也容易析出而降低鋼的強度，從而降低鋼的高溫性能。對相關(guān)技術(shù)的中外專利檢索內(nèi)容分析通過輸入相關(guān)本
發(fā)明內(nèi)容的關(guān)鍵詞在對中外專利進行檢索發(fā)現(xiàn)，涉及到和本專利相關(guān)聯(lián)的熱作模具鋼及其冶金制造技術(shù)的專利號為1)專利號申請?zhí)?01080014370.0，名稱具有出色的韌性和熱導(dǎo)率的熱加工工具鋼，其化學(xué)成份重量百分比含量為C=0.2-1.2%；N=0-1%；B=0-1%；Cr<l.5%;Ni=L0-9；Si<0.4；Mn=0-3%；Al=0-2.5%；Mo=0-10%；ff=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-l%；Te=0-l%；Bi=0-l%；As=0-l%；Sb=0-l%；Ca=0-1%;余量由鐵和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，其中％Ceq=%C+0.86*%N+1.2*%B，其特征在于％Mo+l/2*%W>l.22)專利號申請?zhí)朇N200810046104.0，名稱一種新型鉻系熱作模具鋼及其熱處理工藝，其化學(xué)成份重量百分比含量為碳C0.350.7%，硅Si0.31.3%，錳Mn0.3I.3%,鉻Cr7.011.0%，鎢W0.4I.2%，鑰Mo0.4I.2%，釩V0.4I.2%，鎳NiI.0%，硫S彡0.005%，磷P彡0.030%，硼B(yǎng)0.03%-0.10%，氮化物含量的范圍為0.02%彡氮化物彡0.20%,0.02%彡氮N<0.10%，其余量為鐵Fe。3)專利號申請?zhí)朇N200810101341.2，名稱一種低成本熱作模具鋼，其化學(xué)成份重量百分比含量為C0.38-0.42%,Si:0.9-1.I%,S^0.030%,P^0.030%,Mn0.3-0.5%,W0.9-1.2%,Mo:0.45-0.55%,Cr:4.8-5.2%,V0.25-0.45%,Nb:0.08-0.15%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)。4)專利號申請?zhí)?00810035538.0，名稱熱作模具鋼，其化學(xué)成份重量百分比含量為C0.36-0.44，Si0.25-0.50，Mn0.20-0.80,P^0.030,S^0.030，Cr3.00-4.00，MoI.60-2.20，WI.50-2.00，V0.80-1.50，Co0.50-1.50，余量為Fe。5)專利PatentJP2008095181(A)，名稱HOT-WORKINGTOOLSTEELHAVINGSUPERIORTOUGHNESSANDHIGH-TEMPERATURESTRENGTH,comprisingintermsof%bymass:0.34to0.40%C,0.3to0.5%Si,0.45to0.75%Mn,0tolessthan0.5%Ni,4.9to5.5%Cr,Moand/orWsinglyortotallyinanamountof2.5to2.9%in(Mo+l/2ff)terms,0.5to0.7%V,andthebalanceFewithunavoidableimpurities.6)PatentJP10248749,名稱HOT-WORKINGTOOLSTEELANDMEMBERFORHIGHTEMPERATUREUSE,MADEOFTHEHOT-WORKINGTOOLSTEEL,Thesteelhasacompositionconsistingof,byweight,0.10-0.50%C,(0.5%Si,(I.5%Mn,(I.5%Ni,3.0-13.0%Cr,0-3.0%Mo,I.0-8.0%ff,0.01-1.0%V,0.01-1.0%Nb,I.0-10.0%Co,0.003-0.04%B,0.005-0.05%N,andthebalanceFewithinevitableimpuritiesandcontaining對比分析如下從成份的對比可以看出，本發(fā)明的化學(xué)成份的元素含量和專利1-6明顯不同，元素對材料的性能作用的機理也就不同，材料的應(yīng)用環(huán)境也有所不同。I)專利申請201080014370.0和本發(fā)明最為類似之處是，為了獲得高熱導(dǎo)率工具鋼，采用較低的C、Si和Mn含量，控制低含量的Cr元素，并添加W和Mo，但專利201080014370.0的合金化原理添加了Ni和N，B;添加Ni有利于獲得高的淬透性，而添加N和B使一些碳化物中的C被N和B所代替，從而獲得高熱導(dǎo)率。為了協(xié)調(diào)本發(fā)明中Mo和W形成碳化物的比例，本發(fā)明C含量為0.150.35%比專利201080014370.0的C含量0.2-1.2%更低，從而獲得高熱導(dǎo)率。2)專利CN200810046104.0將鉻含量提高到711%，主要是考慮到鉻是較普遍的和價廉的合金元素，一部分能溶入鋼中起固溶強化作用，一部分與碳結(jié)合，按含鉻量高低以(FeCr)3C、(FeCr)7C3和M23C6形式存在。此外，當鋼中含有鉻、鑰時，Cr>3%時，鉻會推遲Mo2C的共格析出，Mo2C是提高鋼材的高溫強度和抗回火性的強化相。并且合金元素Cr的添力口，會降低鋼的熱導(dǎo)率。而本發(fā)明與其相比之下的化學(xué)成份組成中控制Cr含量0.3%以下，基本沒有使用Cr元素，使得本發(fā)明制造的熱沖壓模具鋼具有更好熱導(dǎo)率、高溫強度和抗回火性。專利CN200810046104.0與本發(fā)明不同的是加入了I%的鎳，這和本發(fā)明相比具有的特點是通過在鋼中增加了鎳，來細化晶粒增加韌性。而本發(fā)明沒有添加Ni—樣能得到較細的組織，專利CN200810046104.0化學(xué)成份組成和本發(fā)明相比唯一類似之處是添加的Mo和W元素，但本發(fā)明添加Mo和W都比專利CN200810046104.0更高，這使得材料的組織中形成大量的鎢和鑰的碳化物進行組織強化。本發(fā)明與其相比之下的化學(xué)成份組成中不加入鎳元素，控制較低的硅、錳、鉻元素含量，并減少碳含量，增加鑰含量，其對性能的強化作用主要是通過低合金化(低硅低錳鉻)，低碳獲得更多鐵素體基體，從而獲得更高的熱導(dǎo)率，而鑰和鎢的多種碳化物的復(fù)合作用獲得鋼更好的高溫強度和回火穩(wěn)定性等，并且采用電渣重熔工藝、高溫均勻化和超細化熱處理工藝控制材料組織，起到對材料的強化作用，提高其性能指標。3)專利CN200810101341.2化學(xué)成份組成和本發(fā)明相比增加了Nb(0.080.15%)元素，Nb元素主要固溶在基體，并且分布均勻，起到固溶強化的作用，并且在在長時間保溫時候材料組織中的Nb從基體彌散析出NbC，增強材料的抗回火軟化能力；含有較高含量的鉻4.8^5.2%和硅0.9-1.I%，能形成致密氧化膜來提高鋼的抗氧化性，加入小于6%的鉻對提高回火抗力是有利的，但未能構(gòu)成二次硬化。結(jié)合0.38-0.42%的碳，能形成大量的鉻、鑰的碳化物進行組織強化，其對性能的作用和強化機理主要是通過增加鉻、鑰、鈮的碳化物進一步對基體進行強化；比本發(fā)明增加了元素V(0.25-0.45%)來細化晶粒；添加的C和Si、Mn都比本發(fā)明高。4)專利200810035538.0和本發(fā)明類似之處是添加的W的含量大致一樣，但專利200810035538.0的碳、硅含量比本發(fā)明高，并增加了Cr3.00-4.00%、V0.80-1.50%和CoO.50-1.50%,專利200810035538.0添加Cr是考慮到Cr一部分能溶入鋼中起固溶強化作用，一部分與碳結(jié)合，添加Co主要是考慮到在特殊鋼種中，Co能改善鋼的高溫性能，增強鋼的紅硬性，提高抗氧化及耐腐蝕能力，為超硬高速鋼及高溫合金的重要合金化元素；添加V是為了細化晶粒以及得到V的碳化物強化組織和提高高溫性能。5)專利JP2008095181化學(xué)成份組成和本發(fā)明相比類似之處是硅含量都控制得比較低，這和本技術(shù)一樣有利于減少硅對材料的導(dǎo)熱系數(shù)的損害，減少帶狀組織的出現(xiàn)，同時能提高鋼的橫向性能；鑰含量保持在2.5-2.9%有利于在回火時馬氏體中析出Mo2C，使鋼具有二次硬化的效果。但專利JP2008095181中增加了鎳、鉻和釩元素。6)因為專利JP10248749的碳、錳、硅以及鑰等元素含量的范圍定義都比較寬，本發(fā)明碳、錳、硅和鑰含量在專利JP10248749的范圍之內(nèi)。專利JP10248749主要通過高Ni來增強鋼的韌性，并使晶粒細化提高淬透性，強化組織等。但是本發(fā)明與之不同的特點是不含專利JP10248749中的Ni、V和Ne元素，但鎢元素含量為I.02.0%高于專利JP10248749，主要通過形成鑰和鎢的碳化物來達到強化效果，并且本發(fā)明其它合金元素都保持比較低的含量，從而使鋼獲得超高的熱導(dǎo)率。從以上的對比分析可以看出，本發(fā)明和所檢索到的專利合金元素的成份及其作用機理是不同的。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是一種超高熱導(dǎo)熱沖壓模具用鋼及制備方法。其目的是采用一種簡單的化學(xué)成份的配比，協(xié)調(diào)了C和W與Mo形成碳化物的配比，采用1080°C淬火，使合金元素充分固溶，達到提高材料的熱導(dǎo)率、硬度、沖擊韌性和抗回火穩(wěn)定性等關(guān)鍵性能指標的目的。從節(jié)約經(jīng)濟成本的角度出發(fā)，采用C、Mo、W三種元素作為主要的合金化元素，保持低Mn、低Cr、超低的Si含量，充分降低Si等元素對熱導(dǎo)率的影響，使得本專利鋼具備超高的熱導(dǎo)率。主要添加Mo和W元素，使得材料的組織中形成大量的W和Mo的復(fù)雜的碳化物達到強化效果，這種兩種元素的碳化物在增加鋼的強度的基礎(chǔ)上又能保證其塑性和韌性，并能使鋼獲得良好的回火穩(wěn)定性、紅硬性、熱強性，特別是W能形成特殊碳化物而增加鋼的耐磨性。從而開發(fā)了一種具有超高熱導(dǎo)率、高硬度、良好的抗回火穩(wěn)定性以及良好沖擊韌性的低成本經(jīng)濟型熱沖壓模具鋼。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種超高熱導(dǎo)率熱沖壓模具用鋼，其合金成分主要以下列元素組成(以質(zhì)量百分含量計):C:0.150-0.35%；Si:彡0.25%；Mn:0.08-0.20%；W1.0-2.0%；Mo:2.0-4.5%；Cr0.30%；V:彡0.02%；其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素，雜質(zhì)元素中S:彡0.005%；P0.01；0:彡30ppm。以下是本發(fā)明主要化學(xué)元素的作用C0.150.35%碳元素是影響鋼的成分偏析和鋼的組織均勻性的重要元素；在熱導(dǎo)率方面碳元素以第二相形式存在時對鋼導(dǎo)熱能力的損害比以固溶形式存在于基體時小，它可使強碳化物以及Mn弱碳化物從基體進入碳化物中，從而提高熱導(dǎo)率，因此本專利協(xié)調(diào)好了碳與鎢和鑰的成分配比，盡量使得鎢和鑰都形成碳化物，而又不使碳含量過高；同時，碳是高熱強性熱作模具鋼的主要化學(xué)元素之一，碳一部分進入基體起到固溶強化的作用，另一部分則是形成鉻碳化物、鑰碳化物、釩碳化物和各種類型碳化物，其中的一些合金碳化物能在回火過程中在淬火馬氏體基體上彌散析出產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象。本設(shè)計碳含量相對原有的材料4Cr5MoSiVl有所降低，其目的是盡量獲得較多的鐵素體基體，從而提高熱導(dǎo)率和韌性，并改善鋼的顯微組織中的碳化物的分布和性質(zhì)，改善鋼的液析碳化物的級別和分布。因此，碳含量如果高于此成分設(shè)計上限，將導(dǎo)致過多的碳化物的形成和組織的偏析產(chǎn)生，影響鋼的沖擊韌性性能指標，特別是造成鋼的液析碳化物的不均勻性嚴重使得鋼的沖擊韌性降低；但是碳元素低于此成分的設(shè)計范圍也將要造成碳元素和其他合金元素結(jié)合形成碳化物的當量發(fā)生偏差，不能有效地形成穩(wěn)定的鑰碳化物、鎢碳化物和各種類型碳化物復(fù)合作用，影響鋼的硬度、沖擊韌性和高溫性能。Si<0.25%硅外層電子結(jié)構(gòu)與Fe的差異較大，研究表明它會嚴重降低鋼的導(dǎo)熱性能，因此相對于材料4Cr5MoSiVl本專利中硅的含量降低很多。降低硅含量，可以獲得低量的夾雜物，使宏觀組織更加均勻化，微觀凝固組織的樹枝晶細化，并且能減少凝固時凝固界面上的成分過冷，塑性和韌性增加。硅是一個對鐵素體進行置換固溶強化非常有效的元素，僅次于磷，但同時在一定程度上降低鋼的韌度和塑性。Si主要固溶于基體中，不形成碳化物，也不溶于其它碳化物，除了提高鋼的淬透性外，Si還有助于提高在高溫回火過程中析出特殊碳化物的彌散度，可使二次硬化峰增高，因而Si是提高基體的強度及提高回火抗力的有效元素，硅元素的作用是可以使得鋼在回火的過程中馬氏體的分解減緩，可以在奧氏體到馬氏體的轉(zhuǎn)變之后的回火過程中有效阻礙馬氏體的分解，這主要是通過抑制e碳化物質(zhì)點的長大和擴大e碳化物穩(wěn)定區(qū)，延遲了e-碳化物向Q-碳化物的轉(zhuǎn)變。娃推遲e—0轉(zhuǎn)變，并能充分減小鋼中滲碳體在回火過程中的長大速率，硅原子從e相析出而在e相周圍形成硅原子的富集區(qū)，抑制0相的長大粗化；另外硅能有效提高鋼的抗回火軟化能力。但是，硅量過高時還會加重鋼的脫碳敏感性，并且使碳化物聚集的過時效速度增大而難以控制。另外，硅和錳共同作用使鋼的高溫性能，如高溫抗回火軟化性能和熱疲勞性能得到更顯著的提高，這些都是對熱作模具鋼使用性能和壽命有利的。綜合以上幾點，本專利添加少量的Si。Mn0.08-0.20%在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑。鋼中含有Mn可以改變鋼在凝固時所形成的氧化物的性質(zhì)和形狀。同時它與S有較大的親合力，可以避免在晶界上形成低熔點的硫化物FeS，而以熔點較高的具有一定塑性的MnS存在，可防止因FeS而導(dǎo)致的熱脆現(xiàn)象從而消除硫的有害影響，改善鋼的熱加工性能。錳溶入奧氏體中能強烈增加鋼的淬透性，同時強烈減低鋼的Ms點。Mn具有固溶強化作用，從而提高鐵素體和奧氏體的強度和硬度，雖然其固溶強化效果不及碳、磷和硅，但其對鋼的延展性幾乎沒有影響。錳是弱碳化物形成元素，它可溶入滲碳體中形成合金滲碳體(Fe，Mn)3C，其形成可降低系統(tǒng)的自由能，即趨于更穩(wěn)定狀態(tài)。錳元素雖然是弱碳化物形成元素，不能夠形成碳化物強化作用，但是一定量的錳元素的加入可以促進滲碳體的分解和推遲碳化物的析出與長大，有利于鋼的熱穩(wěn)定性。另夕卜，錳元素可以造成鋼中的殘余奧氏體的含量增加與穩(wěn)定，這樣可以提高鋼的韌性和抗熱疲勞性能。但是錳含量過高，會使脆性增加，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低導(dǎo)熱性能、焊接性能等，綜合考慮將其含量控制在0.085^0.2%。Cr(0.30%雖然鉻元素能在鐵素體中固溶，又能形成碳化物。并且現(xiàn)有熱作模具鋼中大多添加鉻元素，鉻碳化物類型是Cr7C3和Cr23C6類型碳化物起到強化基體的作用，并且這種鉻元素的控制使得鋼在回火的過程中析出穩(wěn)定的彌散相，這種彌散相M7C3和Cr23C6不但能夠提高鋼的抗回火性能，而且能夠使得鋼產(chǎn)生一定的紅硬性，提高鋼的熱強性。但是考慮到當回火溫度高于600°C時，Cr的碳化物就迅速聚集粗化，使得鋼的抗回火穩(wěn)定能較差。因此，本設(shè)計中一反常規(guī)，把鉻含量控制在<0.30%的范圍，主要利用W和Mo的碳化物來代替鉻碳化物的作用，不僅能起到一樣的效果，還降低了Cr對熱導(dǎo)率的影響以及降低了鋼的合金成本。Mo2.0-4.5%鑰能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應(yīng)力，發(fā)生變形，稱蠕變)。在工具鋼中可提高紅性。鑰元素是強碳化物形成元素，也是本設(shè)計成分設(shè)計中的重要化學(xué)元素之一，在本設(shè)計中的鑰元素的加入量從原來的4Cr5MoSiVl鋼中的MoI.20-1.75wt%提高到2.0-4.5%。因為鑰的固溶溫度不高，低溫淬火時便可大量固溶，并在回火的過程中以M2C的形式在馬氏體板條內(nèi)的亞晶界上以平行的細針狀(二維為層片狀)析出，與基體保持共格，提高鋼的高溫硬度。因此，通過提高鋼中Mo含量，在提高回火馬氏體的回復(fù)、再結(jié)晶溫度的同時，Mo在鋼中能形成較為細小的碳化物，從而進一步提聞材料的熱強性及熱穩(wěn)定性。鑰兀素的加入提聞了鋼奧氏體的穩(wěn)定性以及鋼的淬透性，并且在鋼的回火過程中和碳元素結(jié)合形成數(shù)量較多的較穩(wěn)定的M2C合金碳化物的析出，這種析出過程是一種彌散的質(zhì)點強化相析出，較為均勻的分布在鋼的基體中，具有較好的二次硬化效果。鑰的加入量的控制在此范圍使得鋼在回火的過程中獲得更多的M2C合金碳化物，并產(chǎn)生較大的兩次強化的作用，這對鋼的硬度和沖擊韌性的提高起著重要的作用。另外，本專利中添加鎢，使得鑰和鎢形成多種復(fù)雜碳化物，不僅增加了鋼的強度，還增加了鋼的抗回火穩(wěn)定性和熱強性。W1.02.0%鎢的作用主要是增加鋼的回火穩(wěn)定性、紅硬性、熱強性以及形成特殊碳化物而增加其耐磨性，本專利中添加鑰和鎢元素，使得材料的組織中形成大量的鑰和鎢的碳化物進行組織強化，并且有利于提高熱導(dǎo)率。V:彡0.02%一方面，釩元素是強碳化物形成元素，在鋼中的強化作用和鑰元素相似，為了協(xié)調(diào)碳與鑰和鎢的配比，本專利控制低含量的V元素。另外，釩的固溶溫度較高，若為了獲得釩的碳化物而在較高溫度淬火易產(chǎn)生晶粒粗大，使韌性不足，同時釩的碳化物容易在鋼凝固過程中形成一次碳化物，成網(wǎng)狀或鏈狀分布在原奧氏體晶界，不易重溶，從而降低鋼的韌性，因此，在本技術(shù)鋼中釩元素含量為小于0.02%,減小一次碳化物的析出，改善鋼的韌性。P彡0.03%在一般情況下，磷是鋼中的有害元素，增加鋼的脆性，降低鋼的沖擊韌性，因此磷元素控制是本技術(shù)鋼的嚴格的冶煉要求，對鋼性能指標值有一定的影響。S彡0.030%硫王要以硫化物的形態(tài)存在于鋼中。一般認為硫是鋼中的有咅兀素之一。硫在鋼中易于偏析，惡化鋼的質(zhì)量。如以熔點較低的FeS的形式存在時，將導(dǎo)致鋼的熱脆現(xiàn)象。硫元素在一定的程度上容易造成鋼的加工性能的惡化，容易使得鋼在熱加工的過程中產(chǎn)生過熱和過燒現(xiàn)象。因此控制硫含量可以保證鋼的加工性能和機械性能，特別是對徑鍛機鍛造開坯時的連續(xù)鍛造加工所產(chǎn)生的的過熱現(xiàn)象起到擬制的作用。并對熱作模具鋼的顯微組織的改善起到一定的作用。一種超高熱導(dǎo)率熱沖壓模具用鋼的制備方法，用于制備上述的超高熱導(dǎo)率熱沖壓模具用鋼，本方法采用如下步驟(a)熔煉按超高熱導(dǎo)率熱沖壓模具用鋼合金成分，以質(zhì)量百分含量計C:0.150-0.35%；Si(0.25%；Mn:0.08-0.20%；ff:1.0-2.0%；Mo:2.0-4.5%；Cr(0.30%；V0.02%;其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素，雜質(zhì)元素中S:彡0.005%；P0.01；0(30ppm，按傳統(tǒng)常規(guī)的方法進行熔煉，將配合料放置于電爐中，在1500°C以上的溫度進行熔煉；然后澆注鋼錠，待用；(b)電渣重熔電渣重熔后可降低氣體和夾雜物的含量，并獲得成份均勻、組織致密、質(zhì)量高的鋼錠；(c)退火于700°C800°C保溫810小時后隨爐冷卻；Cd)高溫均勻化將上述鋼錠加熱到12351250°C，并保溫812小時，使鋼成分均勻化，防止成分偏析，改善材料的凝固組織，隨后置于空氣中冷卻；(e)鍛造鋼錠加熱至120012301，進行多向鍛造，終鍛溫度85019501，鍛造比應(yīng)大于6；鍛后退火于800°C860°C退火810小時，隨爐冷卻；Cf)退火將上述鋼鍛件毛坯放入加熱爐中，加熱到660700°C，保溫20-26h，然后爐冷至180°C220°C后再空冷至室溫；(g)熱處理工藝1060°C1100°C淬火，560°C620°C回火3次，各回火2h;為了獲得更高的熱導(dǎo)率必須讓更多的合金元素固溶到基體中，所以淬火溫度定在至少1060°C以上；最終得到新型高熱導(dǎo)率熱沖壓模具材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下突出的優(yōu)點本發(fā)明涉及一種新型高熱導(dǎo)率熱沖壓模具材料，在合金化思路上，本發(fā)明鋼的特點是簡單的合金化，以C、Mo和W三種元素為主；其次，保持較低的Mn、超低的Si、Cr元素，使得本專利鋼具備超高的熱導(dǎo)率；保持低Mn、超低的Si含量，Cr含量也很低，這與一般熱作鋼不同，這也能大大節(jié)約經(jīng)濟成本。在綜合性能上，國產(chǎn)H13鋼的性能為經(jīng)1020°C淬火+600°C兩次回火后，硬度為48HRC，熱導(dǎo)率見表1，沖擊韌性值A(chǔ)k約為240J，抗回火穩(wěn)定為620°C高溫持續(xù)保溫8小時后硬度為38HRC、620°C高溫持續(xù)保溫12小時后硬度為35HRC、620°C高溫持續(xù)保溫20小時后硬度為31.5HRC。而本發(fā)明鋼的性能為經(jīng)1080°C淬火+560°C回火2h+580°C回火2h+600°C回火2h后，硬度能達51HRC，比H13高出近3個HRC，能提高模具的耐磨性能，能有效的防止模具表面的拉毛；在1080°C高溫下淬火，使得合金元素充分的固溶到基體中，具有超高的熱導(dǎo)率，見表I，熱導(dǎo)率較之于現(xiàn)有的H13鋼在700°C時高出近28%，在400°C時高出64%，在200°C時是H13的2倍，這能大大的加快沖壓節(jié)拍提高生產(chǎn)效益，增加生產(chǎn)效益；沖擊韌性值A(chǔ)k為220J，基本接近H13?？够鼗鸱€(wěn)定性能620°C高溫持續(xù)保溫8小時后硬度為43.5HRC、620°C高溫持續(xù)保溫12小時后硬度為41.5HRC、620°C高溫持續(xù)保溫20小時后硬度為40.2HRC。對比發(fā)現(xiàn)，本專利鋼相比于H13鋼在抗回火穩(wěn)定性方面有足夠的優(yōu)勢，在620°C高溫持續(xù)保溫20小時后，硬度比現(xiàn)有熱沖壓模具鋼高出約9HRC。表I不同溫度下進口H13、國產(chǎn)H13和發(fā)明鋼的熱導(dǎo)率(W/(m*k))權(quán)利要求1.一種超高熱導(dǎo)率熱沖壓模具用鋼，其特征在于，其合金成分主要以下列元素組成，以質(zhì)量百分含量計C:0.150-0.35%；Si(0.25%；Mn:0.08-0.20%；ff:1.0-2.0%；Mo2.0-4.5%；Cr0.30%;V:彡0.02%;其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素，雜質(zhì)元素中S^0.005%；P0.01；030ppm。2.一種超高熱導(dǎo)率熱沖壓模具用鋼的制備方法，用于制備根據(jù)權(quán)利要求I所述的超高熱導(dǎo)率熱沖壓模具用鋼，其特征在于，本方法采用如下步驟(a)熔煉按超高熱導(dǎo)率熱沖壓模具用鋼合金成分，以質(zhì)量百分含量計C:0.150-0.35%；Si(0.25%；Mn:0.08-0.20%；ff:1.0-2.0%；Mo:2.0-4.5%；Cr^0.30%；V0.02%;其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素，雜質(zhì)元素中S:彡0.005%；P0.01；0(30ppm，按傳統(tǒng)常規(guī)的方法進行熔煉，將配合料放置于電爐中，在1500°C以上的溫度進行熔煉；然后澆注鋼錠，待用；(b)電渣重熔電渣重熔后可降低氣體和夾雜物的含量，并獲得成份均勻、組織致密、質(zhì)量高的鋼錠；(c)退火于700°C1800°C保溫8小時后隨爐冷卻；Cd)高溫均勻化將上述鋼錠加熱到12351250°C，并保溫810小時，使鋼成分均勻化，防止成分偏析，改善材料的凝固組織，隨后置于空氣中冷卻；(e)鍛造鋼錠加熱至12001230°C，進行多向鍛造，終鍛溫度900°C950°C，鍛造比應(yīng)大于6；鍛后退火于800°C860°C退火810小時，隨爐冷卻；(f)退火將上述鋼鍛件毛坯放入加熱爐中，加熱到660700°C，保溫20-26h，然后爐冷至200°C后再空冷至室溫；(g)熱處理工藝1060°C1100°C淬火，560°C620°C回火3次，各回火2h;最終得到超高熱導(dǎo)率熱沖壓模具用合金鋼。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種超高熱導(dǎo)率熱沖壓模具用鋼，其特征在于，該鋼的硬度不低于48HRC，導(dǎo)熱系數(shù)在200°C時4851.5W/(m*K)，在700°C時為2932W/(m*K)。全文摘要本發(fā)明涉及一種新型超高熱導(dǎo)率熱沖壓模具材料。目前市場上的熱沖壓模具用鋼主要為各種改良H13和H11等高合金熱作模具鋼。本專利鋼的成分以質(zhì)量百分含量計為C:0.150-0.35%；Si:≤0.25%；Mn:0.08-0.20%；W:1.0-2.0%；Mo:2.0-4.5%；Cr:≤0.30%；V:≤0.02%；其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素，雜質(zhì)元素中S:≤0.005%；P:≤0.01；O:≤30ppm。其特點是，以簡單的C、Mo和W元素為主，并協(xié)調(diào)碳化物的配比；保持低Mn、低Cr和超低Si含量；該材料經(jīng)電爐熔煉→電渣重熔→退火→高溫均勻化→鍛造→退火后，具有良好的機加工性能；經(jīng)過熱處理(1060℃~1100℃淬火→高溫回火)后，在性能上具有一般熱沖壓模具鋼如H13鋼的韌性，且硬度、回火穩(wěn)定性和熱疲勞性能更優(yōu)；特別是較低的熱膨脹系數(shù)和超高的導(dǎo)熱能力使之更適用于熱沖壓。文檔編號C22C38/22GK102676923SQ201210169200公開日2012年9月19日申請日期2012年5月29日優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日發(fā)明者何明錠,吳曉春,尹學(xué)煒申請人:上海大學(xué)