具有优良的机加工性能的高强度模具用钢制造技术

一种高强度模具钢具有优良的机加工性能，它主要由（％重量）０．００５～０．１％的Ｃ、小于１．５％的Ｓｉ、小于２．０％的Ｍｎ、３．０～小于８．０％的Ｃｒ、小于４．０％的Ｎｉ、０．１～２．０％的Ａｌ、小于３．５％的Ｃｕ、余量的Ｆｅ及包括氮和氧的不可避免的杂质组成，而且该钢具有初始显微组织为马氏体的金属组织，其中Ｎ和Ｏ作为杂质限于不大于０．０２％的Ｎ和不大于０．００３％的Ｏ的含量范围。按本发明专利技术，当上述高强度钢具的化学成分，其中的（７．７×Ｃ（％重量）＋（２．２×Ｓｉ（％重量））＋（２７１．２×Ｓ（％重量））的值优选大于２．５，更好小于６时，可达到厚件切割时的机加工性能、精密电火花加工性能以及高级抛光性能的改进。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有高强度及优良的机加工性能的，含有马氏体显微组织的模具用钢。按常规，用于模具的预硬化钢是公知的，如，用于模制塑料的模具。这种模具所用的预硬化钢与常规的模具用钢不同，经过调整以具有预定的硬度，经后续的机加工而得到作为最终产品的模具而无需进一步的淬火处理，而所述的常规的模具钢则经受退火、机加工和淬火过程，以便提高其强度和硬度。因此，虽然该预硬化钢可具有保证高强度和高耐磨性的高硬度，从而可适用于作模具等产品，但又要求它具有优良的机加工性能，而该性能与上述各种性能是相抵触的。例如，于JP-A-5-70887，JP-A-7-278737等中所述，已有具有上述性能的公知材料，它们通过使添加的Ni、Al、Cu等的析出作用而被改善，从而具有高强度，然后经调整而具有机加工性能良好的贝氏体显微组织。这种金属组织的初始显微组织为贝氏体的预硬化钢在体现高硬度及相当好的机加工性能方面是有效果的。因此，无需使这种预硬化钢在机加工后经受淬火处理，因而便于用于模具制造。但，在制造该钢的产品时，在调整该钢以具有贝氏体显微组织的热处理过程中，需控制冷却速度，而所需多个热处理步骤是不利于这种用于得到贝氏体显微组织的调节。此外，近年有一种对模具必须具有耐腐蚀性，高强度以及更长寿命的要求趋势。另一方面，其组织的初始显微组织为马氏体的钢一直被用于各种用途，使这种钢的特殊性能有最大的应用，这些性能可以通过与从奥氏体转变为马氏体的比较的高速冷却处理，同时避免初始铁素体、珠光体和贝氏体相存在而获得的。有一些这类已知的用于模具的钢，其中的一个实例示于JP-A2-3-501752中，其化学成份中包括0.01～0.1％的C、不大于2％的Si、0.3～3.0的Mn、1～5％的Cr、0.1～1％的Mo、1～7％的Ni以及1.0～3.0％的Al和1.0～4.0％的Cu中的至少一种。它在时效之前具有条状马氏体的显微组织及30～38HRC的硬度，而且为提高硬度而易于经受后续的热处理。但，也是在JP-A2-501752的情况下，没有考虑到对具有较高的，超过38HRC硬度的马氏体钢的加工。这是因为在机加工性能方面，认为马氏体显微组织方面有难题，而且因为在调整到具有高硬度的马氏体后，机加工是不可想像的。为解决上述难题，本专利技术的目的在于提供一种高强度钢，它在机加工性能方面有所提高而又有无损于强度和延展性之间的优良平衡的优越性能，因而该钢可作为预硬化材料用于模具，尤其是用于模压塑料的模具。本专利技术人针对该钢检验了机加工性能和韧性以及耐腐蚀性之间的关系，从而发现，通过将该钢调整到具有最佳的化学成份，以控制在淬火时自奥氏体转变而成的马氏体显微组织及在淬火和回火过程中金属间化合物和碳化物的析出行为来使机加工性能大为提高而又无损于韧性，从而推出本专利技术。根据本专利技术，提供了一种具有优良机加工性能的高强度模具用钢，它主要由(％重量)0.005～0.1％的C、不大于1.5％的Si、不大于2.0的Mn、从3.0至小于8.0％的Cr、不大于4.0％的Ni、0.1～2.0％的Al、不大于3.5％的Cu及余量的Fe及不可避免的，包括N和O的杂质，而且它具有初始显微组织是马氏体的金属组织，其中作为杂质的氮和氧的量被分别限于不大于0.02％的氮和不大于0.003％的氧。按本专利技术就可能改善厚件切割的机加工性能、精密的电火花加工性能及高精度的抛光性能，这是通过使该钢满足下式所限定的值而达到的该值＝(7.7×C(％重量))+(2.2×Si(％重量))+(271.2×S(％重量))≥2.5，其中该值不大于6则更佳。本专利技术的高强度钢可任选地含有(％重量)不大于1％的Mo、不大于1％的Co、不大于0.5％的V和Nb中的至少一种及不大于0.20％的S。附图说明图1示意性地表示本专利技术钢的金属显微组织；图2A表示本专利技术钢的一个实例中的金属显微组织的光学显微镜照片；图2B是图2A照片的示意性图解；图3A表示具有高碳含量的对比钢的典型金属显微组的照片的实例；图3B是图3A照片的示意性图解；图4表示具有低Cr含量的对比钢的典型金属显微组织照片的实例及其图2A照片的示意性图解；图5表示本专利技术钢的金属显微照片的一个实例，在该照片中，晶界处的碳化物被处理得清晰可见；图6表示本专利技术的，添加了Mo的钢的金属显微组织照片的一个实例，在该照片中，晶界处的碳化物被处理得清晰可见；图7表示本专利技术的，添加了Co的钢的金属显微组织照片的一个实例，在该照片中，晶界处的碳化物被处理得清晰可见；图8表示了本专利技术的，同时添加了Mo和Co的钢的金属显微照片的一个实例，在该照片中，晶界处的碳化物被处理得清晰可见。如上所述，提供了一种模具用钢，通过将该钢调整得具有最佳的化学成份，从而使其具有优良的机加工性能及耐腐蚀性，更好是具有优良的厚件切割性能、电火花加工性能及抛光性能，同时还具有坚硬的及高强度的马氏体显微组织。马氏体显微组织通常可用淬火处理获得。但因本专利技术的钢含有不小于3％的Cr，所以它容易转变为马氏体。因此，还可能通过直接淬火得到马氏体，淬火时，该钢在热处理后以高于空冷的冷却速度冷却。本专利技术钢的化学成份的特点如下C0.005～0.1％为保证本专利技术钢在机加工性能方面的基本改善，经选定的相当低的碳含量是重要的。为使马氏体领域(Packet)增大，降低碳含量是有效的，该领域是马氏体显微组织的单元，而且降低碳含量对于钢具有硬的马氏体显微组织的同时提高机加工性能而言是重要的因素。具体地说，本专利技术的钢具有图1中所示的显微组织，其中1指条状马氏体、2是区段(block)，3是领域，4是先前的奥氏体晶界，其中一个奥氏体晶粒被分成若干个领域，而每个领域又被分成若干个一般是平行的条状区段。领域是由很多条(条状马氏体)的组所组成区域，它们沿相互平行的方向排列(即它们有相同的晶面，而区段是由一组条(条状马氏体))构成的区域，这些条相互平行，并具有相同的结晶取向。因此领域和区段是基本的组织单元，它们是体现马氏体的韧性的原因。在本专利技术的钢中，据信韧性主要由领域确定，因为区段的生长不充分。具体地说，本专利技术的钢具有图1所示的组织。当降低碳含量时，溶解的碳减少，因而转变应力下降，该应力出现于从奥氏体向马氏体转变的过程中，因而减少了领域的结合，领域是因应力消除机理而形成的。因为大的领域降低了机加工，如切削过程中的断裂应力，所以它们减少了切削阻力并改善了加在切削工具上的负荷。因此，即使其组织是坚硬的马氏体，也可确保优良的机加工性能。此外，碳防止形成铁素体，而且它对于改善硬度和强度是有效的。要求碳含量不小于0.005％。当碳含量大于0.1％时，它形成碳化物，当切削时，碳化物增加工具的磨损，或由于减少了基体中的Cr含量而恶化了耐腐蚀性能。因此，为进一步改进机加工性能而又无损于上述的功能，碳含量不应大于0.1％，更好是小于0.05％。Cr3.0～小于8.0％。对于使钢具有耐腐蚀性能，Cr是有效的，因而，为了获得具有良好机加工性能的金属组织，要求对Cr含量有所限制。当Cr含量小于3％或大于8％时，因初始铁素体在马氏体转变前析出而使机加工性能恶化。此外，因在初始铁素体析出时溶解碳被带入基体中，所以基体中的溶解碳增加，从而导致在后续的残余奥氏体向马氏体转变的过程中转变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有优良机加工性能的高强度模具钢，按重量计，它主要由０．００５～０．１％的Ｃ、不大于１．５％的Ｓｉ、不大于２．０％的Ｍｎ、３．０～小于８．０％的Ｃｒ、不大于４．０％的Ｎｉ、０．１～２．０％的Ａｌ、不大于３．５％的Ｃｕ、余量的Ｆｅ及包括氮和氧的不可避免杂质组成，该钢有初始显微组织为马氏体的金属组织，其中作为杂质的氮和氧被限于不大于０．０２％的氮和不大于０．００３％的氧的含量范围。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：中津英司，田村庸，村川义行，
申请(专利权)人：日立金属株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]