本發(fā)明涉及磨具鋼制造領(lǐng)域，具體涉及本發(fā)明涉及到一種高性能熱沖壓模具鋼的合金化及其制備方法。
背景技術(shù)：
：模具鋼通?？梢苑譃闊嶙髂＞咪?、冷作模具鋼和塑料模具鋼三大類產(chǎn)品。熱沖壓模具鋼屬于熱作模具鋼類，主要用于獲得超高強(qiáng)度沖壓件，是近三十年使用量急劇上升和消耗最大的模具鋼之一，它的工況條件復(fù)雜。鋼板熱沖壓過程是將特殊的高強(qiáng)度鋼板加熱到奧氏體溫度范圍，快速移動(dòng)到模具，快速?zèng)_壓，在壓機(jī)保壓狀態(tài)下通過布置有冷卻回路的模具(而不是空氣)對(duì)零件進(jìn)行淬火冷卻(并要保證一定的冷卻速度)，最后獲得超高強(qiáng)度沖壓件(組織為馬氏體，強(qiáng)度在1500mpa左右甚至更高)。在工作時(shí)模具需長時(shí)間與加熱的坯料相接觸，當(dāng)熾熱的金屬放入熱沖壓模具型腔時(shí)，型腔表面急劇升溫，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(qiáng)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(duì)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工作工程中的精度，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(dāng)金屬件取出時(shí)，型腔表面由于急劇降溫而受到拉應(yīng)力和拉應(yīng)變作用，極易產(chǎn)生熱疲勞等，并且熱作模具鋼在服役過程中，還要受到較大沖擊載荷。為防止在服役過程中產(chǎn)生模具表面的拉毛，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導(dǎo)熱率、熱強(qiáng)度、溫硬度、沖擊韌性、淬透性和熱穩(wěn)定性和抗冷熱疲勞性能等。我國目前使用的熱沖壓模具鋼采用的是國家標(biāo)準(zhǔn)gb/t1299-2000中鋼號(hào)為4cr5mosiv1。這種熱沖壓模具鋼的化學(xué)成分采用c0.32-0.45wt％、cr4.75-5.50wt％、mo1.20-1.75wt％、v0.80-1.20wt％、si0.80-1.2wt％、mn0.20-0.5wt％、p≤0.03wt％、s≤0.03wt％。這種熱沖壓模具鋼屬于中碳中合金鋼，并含有較多的合金元素，特別是化學(xué)成份中含有較高的si元素，它嚴(yán)重降低鋼的熱導(dǎo)率，這些因素都使得該熱沖壓模具鋼的熱導(dǎo)率不高。其次，這種熱沖壓模具鋼的化學(xué)成分碳含量較低，回火時(shí)二次硬化能力較差。含有鉬 元素和鉻元素和一定量的碳元素，因此其材料電渣錠的偏析嚴(yán)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(qiáng)度，從而降低鋼的高溫性能。4cr5mosiv1這種鋼的性能指標(biāo)為：調(diào)質(zhì)硬度為46.5hrc，導(dǎo)熱率為24.5w/m·k，沖擊韌性值ak為150j。這些熱導(dǎo)率、沖擊韌性、硬度值和抗回火穩(wěn)定性指標(biāo)是衡量熱沖壓模用鋼質(zhì)量好壞的主要關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)指標(biāo)。為了解決材料導(dǎo)熱、調(diào)質(zhì)硬度和沖擊韌性低的問題，本技術(shù)綜合考慮熱沖壓現(xiàn)場(chǎng)使用性能需求，并綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本，從硅合金元素的特殊作用的角度出發(fā)，打破原來的高硅高鉻，采用低硅、鉻作為主要的合金化元素，充分降低硅對(duì)熱導(dǎo)率的影響，并降低合金元素的經(jīng)濟(jì)成本，同時(shí)充分利用硅、錳合金元素的固溶強(qiáng)化對(duì)碳化物回火穩(wěn)定性等作用，利用鉻、鉬和釩合金元素形成彌散細(xì)小碳化物，提高硬度等作用，從而開發(fā)了具有高熱導(dǎo)率、調(diào)質(zhì)硬度和高沖擊韌性的熱沖壓模具鋼。對(duì)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)本技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：的關(guān)鍵詞在對(duì)中外專利進(jìn)行檢索發(fā)現(xiàn)，涉及到和本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的熱作模具鋼及其冶金制造技術(shù)的專利號(hào)為1)專利號(hào)申請(qǐng)?zhí)枺篶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c0.35～0.7％,硅si0.3～1.3％,錳mn0.3～1.3％,鉻cr7.0～11.0％,鎢w0.4～1.2％,鉬mo0.4～1.2％,釩v0.4～1.2％,鎳ni1.0％,硫s≤0.005％,磷p≤0.030％,硼b0.03％-0.10％,氮化物含量的范圍為0.02％≤氮化物≤0.20％,0.02％≤氮n≤0.10％,其余量為鐵fe。2)專利號(hào)申請(qǐng)?zhí)枺篶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：c：0.38-0.42％,si：0.9-1.1％,s≤0.030％,p≤0.030％,mn：0.3-0.5％,w：0.9-1.2％,mo：0.45-0.55％,cr：4.8-5.2％,v：0.25-0.45％,nb：0.08-0.15％,其余為fe及不可避免的雜質(zhì)。3)專利patent：jp2008095181(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+1/2w)terms,0.5to0.7％v,andthebalancefewith unavoidableimpurities.相關(guān)專利的化學(xué)成分對(duì)照表如下：對(duì)比分析如下：從成份的對(duì)比可以看出，本發(fā)明的化學(xué)成份的元素含量和專利1-3明顯不同，其對(duì)材料的性能作用的機(jī)理也就不同，材料的應(yīng)用環(huán)境也有所不同。專利cn200810046104.0將鉻含量提高到7～11％，主要是考慮到鉻是較普遍的和價(jià)廉的合金元素，一部分能溶入鋼中起固溶強(qiáng)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(dāng)鋼中含有鉻、鉬和釩時(shí)，cr>3％時(shí)，鉻能阻止v4c3的生成和推遲mo2c的共格析出，v4c3和mo2c是提高鋼材的高溫強(qiáng)度和抗回火性的強(qiáng)化相。而本技術(shù)與其相比之下的化學(xué)成份組成中控制cr含量不超過3％，使得本技術(shù)制造的熱沖壓模具鋼具有更好的高溫強(qiáng)度和抗回火性。專利cn200810046104.0在鋼中加入了鎳ni1％，鎢w0.4～1.2％元素而含較低的鉬元素，其化學(xué)成分上和本發(fā)明相比具有的特點(diǎn)是通過在鋼中增加了鎳和鎢元素，使得材料的組織中形成大量的鎢的碳化物進(jìn)行組織強(qiáng)化，并增加鎳元素來細(xì)化晶粒增加韌性，其對(duì)性能的作用和強(qiáng)化機(jī)理主要是通過增加鎢的碳化物進(jìn)一步對(duì)基體進(jìn)行強(qiáng)化，而本技術(shù)與其相比之下的化學(xué)成份組成中控制有較低的硅含量、鉻含量，并增加一定的碳、鉬和錳元素含量，不加入鎢元素和鎳元素，其對(duì)性能的強(qiáng)化作用主要是通過低硅減少對(duì)熱導(dǎo)率的影響，而鉻、鉬等多種碳化物的復(fù)合作用獲得鋼更好的高溫強(qiáng)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(xì)化熱處理工藝控制材料組織， 起到對(duì)材料的強(qiáng)化作用，提高其性能指標(biāo)。專利cn200810101341.2化學(xué)成份組成和本發(fā)明相比增加了nb元素，nb含量為0.08～0.15％，nb元素主要固溶在基體，并且分布均勻，起到固溶強(qiáng)化的作用，并且在在長時(shí)間保溫時(shí)候材料組織中的nb從基體彌散析出nbc，增強(qiáng)材料的抗回火軟化能力；含有較高含量的鉻4.8～5.2％和硅0.9-1.1％，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(duì)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、鉬的碳化物進(jìn)行組織強(qiáng)化，其對(duì)性能的作用和強(qiáng)化機(jī)理主要是通過增加鉻、鉬、鈮的碳化物進(jìn)一步對(duì)基體進(jìn)行強(qiáng)化。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為0.3-0.5％，這和本發(fā)明一樣有利于減少硅對(duì)材料導(dǎo)熱系數(shù)的損害，減少帶狀組織的出現(xiàn)，同時(shí)能提高鋼的橫向性能；鉬含量保持在2.5-2.9％有利于在回火時(shí)馬氏體中析出mo2c，使鋼具有二次硬化的效果。但專利jp2008095181中大大提高了鉻元素含量，降低了釩元素的含量，并且增加了鎳和鎢元素，這種材料能獲得較高的硬度和耐熱性能，但增加了這些合金元素以及合金含量，在經(jīng)濟(jì)成本上遠(yuǎn)比本技術(shù)制造的鋼要高很多。從以上的對(duì)比分析可以看出，本發(fā)明和所檢索到的專利成份及其合金元素的作用機(jī)理是不同的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高熱導(dǎo)率、高沖擊韌性和抗回火高穩(wěn)定性的熱沖壓具鋼，同時(shí)提供冶金制備方法。本發(fā)明首先提供一種低成本、高熱導(dǎo)率、高調(diào)質(zhì)硬度、高沖擊韌性的熱沖壓模具鋼，其化學(xué)成分的特色之處是低硅高錳低鉻，主要是利用低硅減弱硅對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的損害，利用硅、錳的共同作用以及鉻、鉬元素形成的碳化物等來提高鋼的調(diào)質(zhì)硬度和沖擊韌性。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種高性能熱沖壓模具鋼，本發(fā)明鋼的化學(xué)成分重量百分比含量為：c：0.43-0.55％，si：0.3-0.5％，mn：0.5-0.8％，cr：2.3-2.7％，mo：1.9-2.4％，v：0.7-1.0％，p≤0.03wt％，s≤0.03wt％，其余為fe和不可避免雜質(zhì)，并且滿足如下數(shù)學(xué)關(guān)系式：c＝1/15cr+1/10mo+1/8v。因?yàn)樵诒炯夹g(shù)中，鉻、鉬和釩元素都是強(qiáng)碳化物形成合金元素，它們和碳結(jié)合可以形成m23c7、m7c3、mc2型碳化物，合適的碳化物類型和數(shù)量是材料獲得高調(diào)質(zhì)硬度、高沖 擊韌性和高導(dǎo)熱率的基礎(chǔ)，只有鉻、鉬和釩元素的含量和碳元素的含量滿足上述數(shù)學(xué)關(guān)系式才能使得材料獲得最佳的顯微組織，這種最佳的顯微組織的特征是m23c7、m7c3、mc2型碳化物呈現(xiàn)細(xì)小均勻的分布在顯微組織的機(jī)體上，從而保證了材料的高調(diào)質(zhì)硬度、高沖擊韌性和高導(dǎo)熱率的特點(diǎn)。以下是本發(fā)明主要化學(xué)元素的作用：c0.43-0.55％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(shí)對(duì)鋼導(dǎo)熱能力的損害比以固溶形式存在于基體時(shí)小，它可使強(qiáng)碳化物以及mn弱碳化物從基體進(jìn)入碳化物中，從而提高熱導(dǎo)率；同時(shí)，碳是高熱強(qiáng)性熱作模具鋼的主要化學(xué)元素之一，碳一部分進(jìn)入基體起到固溶強(qiáng)化的作用，另一部分則是形成鉻碳化物、鉬碳化物、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(jì)碳含量目的是使強(qiáng)碳化物以及mn弱碳化物充分從基體進(jìn)入碳化物中，降低合金元素對(duì)熱導(dǎo)率的損害，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(jí)別和分布，提高鋼材基體的強(qiáng)度和硬度。因此，碳含量如果高于此成分設(shè)計(jì)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(biāo)，特別是造成鋼的液析碳化物的不均勻性嚴(yán)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(jì)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(dāng)量發(fā)生偏差，不能有效地形成穩(wěn)定的鉻碳化物、鉬碳化物、釩碳化物和各種類型碳化物復(fù)合作用，影響鋼的硬度和鋼的沖擊韌性。mn0.5-0.8％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(shí)所形成的氧化物的性質(zhì)和形狀。同時(shí)它與s有較大的親合力，可以避免在晶界上形成低熔點(diǎn)的硫化物fes，而以熔點(diǎn)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(qiáng)烈增加鋼的淬透性，同時(shí)強(qiáng)烈減低鋼的ms點(diǎn)。mn具有固溶強(qiáng)化作用，從而提高鐵素體和奧氏體的強(qiáng)度和硬度，雖然其固溶強(qiáng)化效果不及碳、磷和硅，但其對(duì)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)。研究發(fā)現(xiàn)，一定量的錳元素的加入可以增加鋼的基體強(qiáng)化作用并能推遲馬氏體組織的轉(zhuǎn)變，提高鋼的抗回火軟化性。錳元素雖然是弱碳化物形成元素，不能夠形成碳化物強(qiáng)化作用，但是一定量的錳元素的加入可以促進(jìn)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。另外，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。因此，本發(fā)明在材料將其含量控制在0.5～0.8％，有利與熱作模具鋼的高溫穩(wěn)定性和熱疲勞性能。但是錳含量過高，會(huì)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。si0.3-0.5％硅外層電子結(jié)構(gòu)與fe的差異較大，研究表明它會(huì)嚴(yán)重降低鋼的導(dǎo)熱性能，本技術(shù)降低硅含量，可以使宏觀組織更加均勻化，微觀凝固組織的樹枝晶細(xì)化，并且能減少凝固時(shí)凝固界面上的成分過冷，塑性和韌性增加。硅是一個(gè)對(duì)鐵素體進(jìn)行置換固溶強(qiáng)化非常有效的元素，僅次于磷，但同時(shí)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(qiáng)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ε碳化物質(zhì)點(diǎn)的長大和擴(kuò)大ε碳化物穩(wěn)定區(qū)，延遲了ε-碳化物向θ-碳化物的轉(zhuǎn)變。硅推遲ε→θ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θ相析出而在θ相周圍形成硅原子的富集區(qū)，抑制θ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(shí)還會(huì)加重鋼的脫碳敏感性，并且使碳化物聚集的過時(shí)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(duì)熱作模具鋼使用性能和壽命有利的。cr2.3-2.7％鉻元素能在鐵素體中固溶，又能形成碳化物。鉻元素在本技術(shù)合金成分設(shè)計(jì)中是對(duì)鋼的性能影響較大的合金元素，鉻元素是本技術(shù)中多種形態(tài)碳化物形成關(guān)鍵元素，鉻元素既可以 是碳化物的形成元素也可以在鋼中提高鋼的淬透性合金元素，但是鉻含量過高可以使得鋼的強(qiáng)度過高而韌性不足，降低鋼的綜合性能，也提高了鋼的合金成本。因此，降低鉻含量目的是在保證鋼的淬透性的同時(shí)提高鋼的韌性和降低鋼的合金成本。鉻元素控制在本設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)，可以在鋼中形成穩(wěn)定的多種碳化物類型，主要的鉻碳化物類型是cr7c3和cr23c6類型碳化物起到強(qiáng)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(qiáng)性。mo1.9-2.4％鉬能使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性和熱強(qiáng)性能，在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)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。鉬元素是強(qiáng)碳化物形成元素，也是本設(shè)計(jì)成分設(shè)計(jì)中的重要化學(xué)元素之一，在本設(shè)計(jì)中的鉬元素的加入量1.9-2.4wt％。因?yàn)殂f的固溶溫度不高，低溫淬火時(shí)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(xì)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(shí)，mo在鋼中能形成較為細(xì)小的碳化物，從而進(jìn)一步提高材料的熱強(qiáng)性及熱穩(wěn)定性。鉬元素的加入提高了鋼奧氏體的穩(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(diǎn)強(qiáng)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。鉬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(qiáng)化的作用，這對(duì)鋼的硬度和沖擊韌性的提高起著重要的作用。另外，鉬含量過高會(huì)因碳含量不足而失去應(yīng)用的作用，并且大大提高鋼的合金化成本。v0.7-1.0％釩元素是強(qiáng)碳化物形成元素，其在鋼中的強(qiáng)化作用和鉬元素相似，釩元素在鋼中形成的是m2c和mc類型的碳化物，產(chǎn)生彌散強(qiáng)化相，不但能彌補(bǔ)鉻量的減少，而且能阻礙奧氏體晶粒的長大，改善碳化物的形態(tài)，提高鋼的強(qiáng)度。但釩的固溶溫度較高，如果為了獲得釩的碳化物而在較高溫度淬火會(huì)產(chǎn)生晶粒粗大，使韌性不足，并且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，并且不易重溶，從而降低鋼的韌 性，因此，釩元素含量不宜過高，在本技術(shù)鋼中為0.7-1.0％，減小一次碳化物的析出，改善鋼的韌性。p≤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(yán)格的冶煉要求，對(duì)鋼性能指標(biāo)值有一定的影響。s≤0.030％硫主要以硫化物的形態(tài)存在于鋼中。一般認(rèn)為硫是鋼中的有害元素之一。硫在鋼中易于偏析，惡化鋼的質(zhì)量。如以熔點(diǎn)較低的fes的形式存在時(shí)，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(jī)械性能，特別是對(duì)徑鍛機(jī)鍛造開坯時(shí)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(duì)熱作模具鋼的顯微組織的改善起到一定的作用。本發(fā)明還提供了一種高性能熱沖壓模具鋼的冶金制備方法，包括電渣重熔和徑鍛機(jī)鍛造成材工序，該方法包括如下步驟：根據(jù)上述化學(xué)成分配比，在所述電渣重熔工序中，電制度電壓57-59v，電制度電流11000-12000a；在所述徑鍛機(jī)鍛造工序中，電渣錠的置爐溫度為700℃－800℃，電渣錠在加熱爐內(nèi)以60℃/h－120℃/h的升溫速度加熱至1230℃－1250℃后保溫3－5小時(shí)，徑鍛機(jī)鍛造成材開鍛溫度為1100℃－1150℃；鍛后置入溫度為860℃－740℃退火爐中保溫14－16小時(shí)后出爐空冷至室溫。電制度控制電壓57-59v/電流11000-12000a范圍可以使得電渣鋼錠的內(nèi)部結(jié)晶組織細(xì)小，均勻性好，對(duì)提高熱作模具鋼的內(nèi)在質(zhì)量起到一定的作用。由于這種電渣錠是圓形錠型設(shè)計(jì)，因此在加熱過程中存在較大的表面應(yīng)力使得鋼錠的熱應(yīng)力敏感性提高，圓形鋼錠是容易在鋼錠加熱的過程中產(chǎn)生應(yīng)力裂紋，因此，控制電渣錠的入爐溫度在700℃－800℃(加熱爐為徑鍛機(jī)加熱爐，起始溫度為700℃－800℃)，升溫速度控制在60℃/h－120℃/h可以防止鋼錠在加熱的過程中產(chǎn)生熱應(yīng)力裂紋，防止電渣錠的熱應(yīng)力導(dǎo)致開裂的風(fēng)險(xiǎn)，在加熱至1230℃－1260℃后保溫3－5小時(shí)，使得鋼錠的整個(gè)表面至心 部的溫度都可以保持均勻，更重要的是消除大塊狀液析碳化物或使其細(xì)小球化，使鋼中合金元素的分布更加均勻，這樣可以改善鋼錠的可鍛形，防止電渣錠在鍛造過程中的開裂傾向，并可以改善鋼的顯微組織指標(biāo)，提高鋼的基體強(qiáng)度和韌性。徑鍛機(jī)鍛造開坯開鍛溫度為1100℃－1150℃：由于這種鋼在1100℃－1150℃溫度范圍是鋼的奧氏體單相組織區(qū)域，有著最佳的高溫?zé)崴苄?，有利于高溫變形加工處理，不容易產(chǎn)生高溫?zé)峒庸ら_裂。如果高于此加熱溫度的上限，可能會(huì)導(dǎo)致成份偏析所造成的鍛造過熱，從而會(huì)形成組織的晶粒粗大，影響產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量。鋼錠鍛后置入830℃－740℃退火爐中保溫14-16小時(shí)后爐冷至室溫。這種處理方式是因?yàn)殇撳V鍛后在再結(jié)晶時(shí)容易出現(xiàn)晶粒粗大，且在晶界析出二次碳化物，降低材料性能，因此采用工藝可以避免二次碳化物沿晶析出，并可獲得碳化物分布均勻細(xì)小的組織，便于機(jī)械加工。根據(jù)本發(fā)明的高性能熱沖壓模具鋼的冶金制備方法，優(yōu)選的是，在所述電爐煉鋼工序中，澆鑄成的電擊棒為φ400mm-φ450mm。根據(jù)本發(fā)明的高性能熱沖壓模具鋼的冶金制備方法，優(yōu)選的是，在所述電渣重熔工序中，電渣重熔成2000kg-3000kg電渣錠。進(jìn)一步地，鋼錠在加熱爐內(nèi)以80℃/h－120℃/h的升溫速度加熱至1230℃－1250℃。根據(jù)本發(fā)明的高性能熱沖壓模具鋼的冶金制備方法，優(yōu)選的是，在所述徑鍛機(jī)鍛造工序中，徑鍛機(jī)停鍛溫度溫度為850℃－900℃。該鋼的徑鍛機(jī)停鍛溫度為850℃－900℃：由于電渣錠終鍛溫度對(duì)鋼錠終鍛質(zhì)量有著重要的影響，徑鍛機(jī)停鍛溫度低于所規(guī)定的控制范圍，非常容易引起電渣錠在徑鍛機(jī)鍛造成材過程中產(chǎn)生成品材開裂，但是，停鍛溫度高于控制范圍容易引起鋼在徑鍛機(jī)鍛造開坯后產(chǎn)生鋼的組織粗晶現(xiàn)象，降低鋼的性能。因此，選擇這種合適的鍛造終鍛溫度，可以進(jìn)一步保證產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)：1.化學(xué)成分的配比更加經(jīng)濟(jì)、合理。降低了鉻、釩元素的含量和硅元素的含量，特別 是鉻元素含量降低約50％，而提高碳元素的含量和錳元素的含量和鉬元素含量，使得這種熱作模具鋼的合金成本下降10％。較高含量的錳元素，使鋼回火馬氏體和合金碳化物更穩(wěn)定，同時(shí)提高鋼淬火后殘余奧氏體含量和增加回火過程中殘余奧氏體的穩(wěn)定，從而提高鋼的沖擊韌性和高溫抗回火穩(wěn)定性。較高含量的鉬元素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(qiáng)化的作用，這對(duì)鋼的硬度和沖擊韌性的提高起著重要的作用。2.合理的鍛造加熱工藝參數(shù)和鍛后熱處理工藝參數(shù)的控制可以有效消除材料中的大塊狀液析碳化物，并使得材料的顯微組織均勻細(xì)小，從而提高了鋼的綜合性能。3.通過本技術(shù)的化學(xué)成分配比及合理的鍛造工藝和熱處理工藝使得材料的熱導(dǎo)系數(shù)較現(xiàn)有的材料提升29.5％以上，調(diào)質(zhì)硬度提高7.5％以上，沖擊韌性提高16.7％以上。附圖說明圖1采用本發(fā)明制造的高性能熱沖壓模具鋼退火態(tài)的金相組織。圖2采用本發(fā)明制造的高性能熱沖壓模具鋼調(diào)質(zhì)顯微組織。具體實(shí)施方式以下是本發(fā)明實(shí)施例1－5的具體說明。實(shí)施例1鋼的化學(xué)成分重量百分比為：c0.52wt％、mn0.65wt％、cr2.60wt％、si0.38wt％、mo2.25wt％、v0.95wt％、p0.015wt％、s0.005wt％。其余為fe和不可避免的雜質(zhì)；電制度電壓59v，電制度電流11700a，電渣重熔成2300kg電渣錠電渣錠的置入爐溫在750℃的加入徑鍛機(jī)加熱爐內(nèi)，鋼錠在徑鍛機(jī)加熱爐內(nèi)以100℃/h的升溫速度加熱至1260℃后保溫3.5小時(shí)。徑鍛機(jī)鍛造成材開鍛溫度為1150℃、徑鍛機(jī)鍛造畢停鍛溫度為850℃。將鍛后鋼材置入830℃退火爐保溫15小時(shí)，爐冷至室溫。經(jīng)過本實(shí)施例的高性能熱沖壓模具鋼的性能指標(biāo)明顯提升，調(diào)質(zhì)硬度為50.5hrc，熱導(dǎo)率為32.6w/m·k，沖擊韌性值ak為179j.實(shí)施例2－5的具體化學(xué)成分(重量百分比wt％)見表1所示，工藝參數(shù)控制見表2、表3所示，性能指標(biāo)見表4所示。表1實(shí)施例csimncrmovps20.470.460.782.691.780.890.0150.01230.490.380.532.412.330.760.0120.02640.510.350.672.632.250.860.0210.00850.480.490.632.581.910.950.0100.009表2表3表4實(shí)施例熱導(dǎo)率w/m·k調(diào)質(zhì)硬度值(hrc)沖擊韌性值(j)135.051.0178233.550.5177337.551.0180433.051.5179圖1是實(shí)施例2高性能熱沖壓模具鋼退火的顯微組織，從金相組織可以顯示出均勻細(xì)小的合金碳化物彌散地分布在機(jī)體上，而沒有大塊狀的液析碳化物，這種組織達(dá)到nadca#207-2007的a級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。圖2是高性能熱沖壓模具鋼調(diào)質(zhì)的顯微組織，顯示出細(xì)小彌散的碳化物在組織中的均勻分布，這種優(yōu)良顯微組織保證了材料的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)33.5w/m·k，硬度高達(dá)50.5hrc，而沖擊韌性能達(dá)177j。本發(fā)明采用一種全新的化學(xué)成份的配比達(dá)到了提高材料的熱導(dǎo)率、沖擊韌性和抗回火穩(wěn)定性等關(guān)鍵性能指標(biāo)的目的。在目前國內(nèi)外可持續(xù)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展模式下，從降低成本的角度出發(fā)，采用硅、錳、鉻作為主要的合金化元素，充分降低硅元素對(duì)熱導(dǎo)率的影響，提高錳元素含量并利用硅、錳合金元素的固溶強(qiáng)化和對(duì)碳化物回火穩(wěn)定性等作用，而盡量不添加鈮、鎢等元素并降低鉻、鉬等貴合金元素的含量，開發(fā)了一種具有高熱導(dǎo)率、高抗回火穩(wěn)定性以及良好沖擊韌性的低成本高性能熱沖壓模具鋼。當(dāng)前第1頁12