專利名稱：用于擠壓工具的鋼的制作方法
用于擠壓工具的鋼 本發(fā)明涉及意圖用于各種熱成形工具和模具中的鋼，特別是用于擠壓鋁合金或其它非鐵金屬的熱成形工具和模具中的鋼。盡管初始設(shè)計用于擠壓工藝，但是所述材料也能用于其中待成形的金屬承受高于600°c的溫度的其它熱成形工藝，雖然所述鋼能夠被用于較低溫度或甚至環(huán)境溫度下的工藝。所考慮的鋼的組成使其可被歸類為熱加工工具鋼，其主要特征在于較低含量的高成本合金化元素例如鑰和釩，但是具有比現(xiàn)有技術(shù)概念的常規(guī)鋼更大的耐回火性(tempering resistance)(或硬度損失抵抗性)。提供了本發(fā)明鋼的另外替代品以便增加滲氮后的硬度，并且可產(chǎn)生比常規(guī)鋼甚至更高的性能水平，同時由于較簡單的化學組成而保持低的成本。通過仔細設(shè)計合金并設(shè)定下述元素的最佳范圍而可能實現(xiàn)這種效果:碳、鉻、鑰和鋁。術(shù)語熱加工工具被應(yīng)用于在工業(yè)中采用的且專注于生產(chǎn)用于機械應(yīng)用的零件尤其是汽車零件的大量熱成形操作中。最常見的熱成形工藝是鋼的鍛造、以及非鐵合金的擠壓或鑄造。在高溫下(典型高于500°C/600°C)執(zhí)行的其它應(yīng)用也可被歸類為熱加工。在這些應(yīng)用中，模子、模具、沖頭、嵌塊和其它成形裝置可用如下通用術(shù)語進行歸類:熱加工工具。這些工具通常由鋼制成，所述鋼需要特殊的性能以便承受利用這些工具的工藝中的高溫和機械作用力。在熱加工鋼的關(guān)鍵性能中，下述性能引人關(guān)注:高溫回火后的抵抗性、對硬度損失的抵抗性(稱為耐回火性)，韌性，淬硬性，和物理特性，諸如熱導率和比熱。用于非鐵合金特別是鋁合金的擠壓模具是利用本發(fā)明鋼的主要熱加工目標。這些典型的模具構(gòu)成巴西和國外的工具鋼市場的重要分部。在該應(yīng)用中，這些鋼是非常標準化的，基于諸如ABNT H13 (參見表I)之類的鋼，其品質(zhì)要求不如其它應(yīng)用例如壓力模具鑄造嚴格，而是強調(diào)較低的生產(chǎn)成本。金屬合金的成本增加(尤其是Mo和V)顯著損害該分部，從而更渴望低成本的替代品。已經(jīng)采用了低合金鋼例如DIN 1.2714(表I中給出的化學組成)。但是，其由于減小的熱強度和較低的滲氮后硬度而導致的較低耐磨性妨礙其得到應(yīng)用。最近的發(fā)展(例如US 2009/0191086)關(guān)注于通過減小的Cr、Mo和V含量而減少合金化元素。但是，減少Cr含量產(chǎn)生不利的影響。首先，合金的組成不足以實現(xiàn)高的回火后硬度(在600°C下回火后至少為45HRC)。其次，減小的Cr含量也可產(chǎn)生較低的滲氮后硬度，這不適合于擠壓應(yīng)用，考慮到在這些應(yīng)用中通過滲氮產(chǎn)生的明顯益處(目前幾乎所有擠壓模具均被滲氮)。表1:現(xiàn)有技術(shù)概念的鋼的典型化學組成。示出了總和Mo+V+Co，因為這些元素具有最高的成本且與工具鋼的最終成本密切相關(guān)。含量按質(zhì)量百分比計且Fe為余量。對于所有擠壓應(yīng)用，W含量為低， 通常〈0.1%。
權(quán)利要求
1.關(guān)于擠壓工具的鋼，其特征在于，合金化元素的組成按質(zhì)量百分比基本由如下構(gòu)成:0.40 至 0.60 的 C、低于 1.0 的 S1、低于 0.030 的 Ρ、2.5 至 4.5 的 Cr,0.5 至 0.7 的 Mo,0.10至1.0的V、低于1.0的Mn、至多1.0的Al，其余由Fe和不可避免的有害物質(zhì)構(gòu)成。
2.關(guān)于擠壓工具的鋼，其特征在于，合金化元素的組成按質(zhì)量百分比基本由如下構(gòu)成:0.40 至 0.60 的 C、低于 0.50 的 S1、低于 0.030 的 Ρ、3.0 至 4.2 的 Cr,0.55 至 0.65 的 Mo、0.30至0.8的V、低于0.8的Mn、至多0.80的Al，其余由Fe和不可避免的有害物質(zhì)構(gòu)成。
3.關(guān)于擠壓工具的鋼，其特征在于，合金化元素的組成按質(zhì)量百分比基本由如下構(gòu)成:0.45 至 0.55 的 C、低于 0.5 的 S1、低于 0.030 的 Ρ、3.5 至 4.2 的 Cr、0.55 至 0.65 的 Mo、0.30至0.50的V、低于0.50的Mn、至多0.60的Al，其余由Fe和不可避免的有害物質(zhì)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，Al含量限于0.10，按質(zhì)量百分比計。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，鋁含量(0.05，按質(zhì)量百分比計。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，鈷和鎳的含量〈1.0，按質(zhì)量百分比計。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，磷和硫的含量〈0.030，按質(zhì)量百分比計。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，磷含量〈0.010，按質(zhì)量百分比計。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任 一項所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，以lMo=2W的比率用W替代Mo。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，以lV=2Nb或ITi的比率用Nb或Ti替代V。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，在淬火和回火以實現(xiàn)30HRC至60HRC的硬度之后使用，接著進行滲氮熱處理以獲得800HV至1500HV的表面硬度至0.50mm的最大厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，所述鋼被應(yīng)用于模子、模具和通用工具中，用于在室溫或至多1300°C的溫度下對固體材料和液體材料進行成形。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，在鐵合金或非鐵合金的鍛造、擠壓或鑄造的應(yīng)用中，所述鋼被應(yīng)用到用于在300°C至1300°C的溫度下使金屬成形的工具。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，所述鋼被應(yīng)用到非鐵合金特別是鋁合金的熱擠壓工具，以及被應(yīng)用到實心型材或管材的擠壓模具。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，生產(chǎn)所述鋼以便用于涉及坯料鑄造以及熱成形和冷成形的工藝，或者甚至與熔融的總體結(jié)構(gòu)一起使用。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的用于擠壓工具的鋼，其特征在于，生產(chǎn)所述鋼以便用于涉及液態(tài)金屬的破碎的工藝，例如粉末冶金、粉末注射或通過噴射成形的工藝。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于擠壓工具的鋼，所述鋼具有比常規(guī)H13鋼更低的成本和提高的耐回火性，其化學組成如下(按重量百分比計)0.4至0.6的碳；小于1的硅；小于0.03的磷；2.5至4.5的鉻；0.5至0.7的鉬，可用鎢以2W/1Mo的比率替代鉬；0.1至1的釩；小于1的錳；Fe和不可避免的雜質(zhì)基本上構(gòu)成余量。作為用于提供高的滲氮后表面硬度的選項，本發(fā)明的鋼可具有至多1.0的Al含量；但是為了高韌性的目的，Al含量必須保持低于0.10。
文檔編號C22C38/00GK103097562SQ201180020085
公開日2013年5月8日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月8日
發(fā)明者C·A·巴爾博扎, R·A·梅斯基塔 申請人:維拉雷斯金屬股份公司