一種塑料成型模具用鋼和其熱處理方法技術

本發明專利技術涉及到一種具有改善了的可切削性，良好的可焊接性和高的抗腐蝕性的馬氏體時效硬化鋼，一種用于該種鋼的熱處理方法以及它的應用。根據本發明專利技術這種鋼含有（重量％）：０．０２－０．０７５％的碳，０．１－０．６％的硅，０．５－０．９５％的錳，０．０８－０．２５％的硫，０．０４％的磷，１２．４－１５．２％的鉻，０．０５－１．０％的鉬，０．２－１．８％的鎳，上限為０．１５％的釩，０．１－０．４５％的銅，上限為０．０３％的鋁，０．０２－０．０８％的氮，以及可能的上限為２．０％的一種或多種合金元素，余量為鐵，以及在煉制過程中帶進的雜質，在組織結構中具有少于２８體積％的鐵素體。具有改善了的可切削性的馬氏體時效硬化鋼的熱處理方法，該方法可制備甚至大橫截面也淬透了的物體，該方法主要為對具有上述組成的鋼錠第一步進行用于形成和調節其組織結構中的鐵素體含量的退火處理，第二步進行熱變形，第三步為軟化退火和接著進行熱時效硬化。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
本申請是于2001年12月19日向中國國家知識產權局專利局提交的中國專利申請No.01143694.8的分案申請。本專利技術涉及到一種具有改善了的可切削性，良好的可焊接性和高的抗腐蝕性的馬氏體時效硬化鋼，以及其用途。本專利技術還包括該種具有改善了的可切削性的馬氏體時效硬化鋼的熱處理方法，該種熱處理法能制備即使在大的橫截面時也淬透的物體。在日常生活和工業需要的產品中含有塑料，這些塑料制件通常應有固定了的形狀和表面性質。成型可以通過例如將物料壓制，注模壓制或注射成模制件進行。對于顧客審美判斷的重要的制件表面性質主要是在成型過程中由所應用的模具的表面性能所決定。通常是由鋼，特別是馬氏體時效硬化了的鋼制成的物體或元件用作為塑料成型用模具，也用作為夾緊元件如框架和類似件。煉制用于上述目的的鋼時一方面要考慮到制造模具者的興趣，另一方面考慮到模具使用者的興趣。模具制造者為了在短時間內經濟地制備出塑料成型模具和附屬配件，所以希望應用庫存的熱時效硬化了的棒材或板材制成的盡量大型的工件。這樣一方面可在產生較少的廢料的同時由省去熱處理而降低生產成本。另一方面在由已經時效硬化了的材料加工時能提供給模具使用者具有特別精確尺寸的塑料成型模具或元件，因為這避免了由于在制模完成后接著的熱處理而使得模具變形的現象。模具制造者為了容易加工處理和達到塑料制件足夠的表面質量，特別是要求熱時效硬化了的起始材料有良好的可切削性。還有為了達到所制備出來的塑料成型模具在整個橫截面上有相同的機械性能，要求所用的工件是完全淬透的。出于經濟的原因，為了低成本生產和特別是修理模具，對于模具使用者來說，除了良好的可焊接性，模具材料的抗腐蝕性能也是具有重要意義的一個方面。只有由足夠抗腐蝕性能的鋼制成的塑料成型模具和模具元件才適合于具有間隔存放時間的多次使用和/或長期使用。模具由于注入物，特別是塑料的污染物，例如由酸性催化聚合反應中生成的酸，其表面要與引起腐蝕的腐蝕性化學試劑發生經常性的接觸。眾所周知，含有高于12重量％的鉻的鋼應用來制備具有較高抗腐蝕性能的塑料成型模具。這種鋼可通過具有德國工業標準材料號1.2085，1.2314或1.2316的合金獲知。這些種類的鋼含有至少14.0重量％的鉻，0.33重量％或更多的碳，這么高的碳含量在形成碳化物時就要降低在基體中的鉻濃度，這樣也就要降低抗腐蝕性，特別是在碳化物的周圍介質中。為了達到較好的抗腐蝕性能，一類具有較低碳含量的鋼得到應用，例如德國工業標準材料號為1.4005的鋼。在US 6,045 633中提出了一種用來制備塑料成型模具的低碳的馬氏體鋼。這種鋼除了含有鐵和制備過程中帶進的雜質外，還含有1.0-1.6重量％的錳，0.25-1.0重量％的硅，0.5-1.3重量％的銅，12.0-14.0重量％的鉻，0.06-0.3重量％的硫以及其他元素。對于這種合金，除了降低的碳含量外通過銅而提高了抗腐蝕性。然而這么高的銅含量就會在工件的熱變形時引起較大的問題，特別是在被加工的工件表面形成細小的裂紋，這些裂紋又容易造成裂縫腐蝕。已知的用于制備塑料成型模具或類似的配件的鋼要能滿足模具制造者和使用者所提出的機械的和化學腐蝕性能的多方面要求。然而這種材料常常被觀察到達不到可切削性能。另外在熱時效硬化時顯示出由這些合金制備的工件有時候非常難以達到淬透，尤其是對于具有大橫截面的大型物體，例如生產技術上常要產生的鍛棒。此外由這些工件生產的模具會有不均勻的機械性能并因此產生薄弱位，這主要是通過過早的材料缺陷而顯示出來。所以本專利技術的任務是提供一種馬氏體時效硬化鋼，該種鋼同時具有良好的可焊接性，高的抗腐蝕性和改善了的可切削性。本專利技術的另一任務是給出用于具有改善了的切削性能的馬氏體時效硬化鋼的熱處理方法，用該方法可制備出甚至大橫截面時都淬透了的物體。最后，本專利技術的目的是闡述根據本專利技術的鋼的應用。這個提供具有改善了的可切削性，良好的可焊接性和高的抗腐蝕性的馬氏體時效硬化鋼的任務可通過一種具有以下合金元素含量(重量％)的馬氏體時效硬化鋼而解決，0.02-0.075％碳0.1-0.6％的硅0.5-0.95％的錳0.08-0.25％的硫上限為0.04％的磷12.4-15.2％的鉻0.05-1.0％的鉬0.2-1.8％的鎳上限為0.15％的釩0.1-0.45％的銅上限為0.03％的鋁0.02-0.08％的氮以及非必要的一種或多種上限為2.0％的其他合金元素，余量為鐵和制備中帶入的雜質，這種鋼在組織結構中的鐵素體份額小于28體積％。本專利技術的優點特別在于，通過確定的合金技術措施制備出能馬氏體時效硬化鋼，該種鋼協同地具有一定的通過熱處理按需要可調節的在組織結構中的鐵素體份額，所以具有改善了的可切削性，同時其碳含量為0.02-0.075重量％和鉻含量為12.4-15.2重量％，保證了高的抗腐蝕性和良好的可焊接性。根據本專利技術的鋼中還含有0.2-1.8重量％的鎳，其一方面用來調整組織結構中鐵素體份額。另一方面鎳與鉻化合可達到對還原性化學試劑的耐腐蝕的目的，這樣根據本專利技術的鋼可達到高的化學抗腐蝕性。為了在材料中形成有利于可切削性的硫化錳，0.5-0.95重量％的錳含量和0.08-0.25重量％的硫含量對本專利技術是很重要的，在此錳和硫的含量比例是如下所確定的，即在達到良好的抗腐蝕性的同時有優越的可切削性。人們發現錳含量小于0.5重量％時，有形成硫化鉻的趨勢，而硫化鉻對可切削性有不利的影響。相反地當錳含量大于0.95重量％時通常要形成不含鉻的硫化錳。上限為0.01重量％的鈣能夠引起硫化錳包裹物有較均勻的形態學。銅的含量范圍在0.1-0.45重量％，這個含量范圍的銅能提高抗腐蝕性能。銅含量的上限為0.45重量％，直到這個上限，由根據本專利技術的鋼制備的工件，特別是大的鍛件可達到良好的熱變形性。含量為0.05-1.0重量％的鉬可得到在馬氏體時效硬化時提高硬度所期望的變形動力學，并且證實上述濃度范圍內一方面有利于對碳化鉻形成的進一步抑制，另一方面提高了抗腐蝕性。相反地高于1.0重量％的鉬在一些溫度范圍內在工件的熱變形過程中會降低其抗裂性能。根據本專利技術的鋼的其他元素是在權利要求1中給出的重量含量下的碳、硅、磷、礬、鋁和氮。合金成分，特別如第5和第6副族的合金成分能以總含量上限2重量％存在，而沒有對可切削性可觀察到的不利影響，還可能用來提高抗腐蝕性。根據本專利技術的鋼在一個優選實施方案中含有0.80-0.90重量％的錳和0.1-0.16重量％的硫。在錳/硫的重量比為5.0至9.0的組成范圍內在特別改善了的可切削性的情況下可達到良好的抗腐蝕性能，這種效應能歸因于在上述方案中硫化錳顆粒的球狀形態學的影響。當錳/硫的化學計量比小于3∶1時也顯得對形成可能含有極少量的鉻的硫化錳顆粒是有利的，這使得材料達到優越的腐蝕性能。較高的鉻含量主要是用來改善合金的抗腐蝕性，而幾乎不減小合金的可加工性。根據本專利技術的鋼較好的鉻含量為13.8-15.0％，優選為14.1-14.7％，在這個組成范圍內可同時達到所期望的優越的性能。對于良好的抗腐蝕性以及精確的鐵素體份額的調整和改善了的切削性能，根據本專利技術的鋼中的鎳含量為0.25-1.6重量％，優選為0.35-1.1重量％，最優選為0.8-1.0重量％是重要的。較本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有改善了的可切削性，良好的可焊接性和高的抗腐蝕性的鋼物體，該鋼物體具有由馬氏體構成的組織結構和少于２８體積％的鐵素體含量，并含有（重量％）０．０２－０．０７５％的碳０．１－０．６％的硅０．５－０．９５％的錳 ０．０８－０．２５％的硫上限為０．０４％的磷１２．４－１５．２％的鉻０．０５－１．０％的鉬０．２－１．８％的鎳上限為０．１５％的釩０．１－０．４５％的銅上限為０．０３％的鋁 ０．０２－０．０８％的氮以及可能的上限為２．０％的一種或多種其他合金元素，余量為鐵，還含有煉制過程中帶進的雜質，和該鋼物體通過將一種具有以上組成的鋼錠進行如下處理獲得的，即對此鋼錠第一步進行用來形成和調節在組織結構中的鐵素體含量的退 火處理，第二步進行具有至少４倍的變形度的熱變形，之后在第三步進行軟化退火，接著進行由至少一次硬化處理和至少一次回火處理組成的熱時效硬化。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：K薩穆特，J薩米爾，G利啻特尼戈爾，
申請(專利權)人：博哈里爾特種鋼有限公司，
類型：發明
國別省市：AT[奧地利]