專利名稱：：熱加工用鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及熱加工用鋼，即涉及用于在加工材料的熱條件下加工的鋼。所述鋼的用途的典型實(shí)例為用于擠壓輕金屬(主要為鋁)的工具。另一應(yīng)用形式為鍛造工具。本發(fā)明還涉及所述鋼在制備熱加工工具中的用途以及涉及由所述鋼制備的工具。
背景技術(shù)：
：對(duì)于高質(zhì)量熱加工工具有許多要求，例如良好的耐熱磨損性和其它特性如耐回火性、韌性、淬透性(hardenability)和強(qiáng)度的有利組合。對(duì)于最佳的工具性能這些特性都滿足是重要的。用于擠壓金屬(如鋁)的工具暴露于有關(guān)溫度、壓力和磨損高要求的操作條件下。擠壓是指處于塑化條件(plasticizedcondition)下的材料通過(guò)限制裝置(restriction)/噴嘴(nozzle)壓制，并在限制裝置/噴嘴中形成受擠壓的材料的擠出輪廓/形狀。因此，擠壓噴嘴必須具有高強(qiáng)度與良好耐熱磨損性和良好耐高溫回火性，因?yàn)椴牧先玟X通常在約500-600。C的溫度擠壓。一種熟知并長(zhǎng)期使用的熱加工用鋼為按照AISI表示的H13(或者Hll),其具有以下標(biāo)稱組成，以重量％計(jì)0.30-0.40C、0.20-0.40Mn、0.80-1.20Si、4.75-5.50Cr、1.25-1.75Mo、0.80-1.20V、余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)，而對(duì)于Hll，以重量％計(jì)0.30-0.50V，其余部分與H13相同。多年以來(lái)，對(duì)許多不同研發(fā)路線進(jìn)行了研究，目的是改進(jìn)常規(guī)鋼H13的某些特性。例如EP632139、US4,886,640和US4,853,181。上述所有鋼的一種共同缺點(diǎn)為其具有相對(duì)高含量的貴合金材料(expensivealloyingmaterials)。人們認(rèn)識(shí)到這是一個(gè)主要缺點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)都需要使其減少到最小。
發(fā)明內(nèi)容基于多年的實(shí)驗(yàn)，目前我們已經(jīng)成功通過(guò)具有以下化學(xué)組成的鋼將上述問(wèn)題減少到最小，以重量％計(jì)0.30-0.50%C0-1.5%Si0-1.8%Mn1,5-3.5%Cr0.3-0.9%(Mo+W/2)0.4-0.8%(V+N/2)余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)。由于本發(fā)明，目前可以提供一種熱加工用鋼，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，其具有與傳統(tǒng)H13鋼相當(dāng)?shù)奶匦裕?但合金成本幾乎僅為一半(就目前的金屬價(jià)格)?；诓煌NH13型鋼已經(jīng)在市場(chǎng)上存在較長(zhǎng)時(shí)間這一實(shí)事，可以理解其必將被認(rèn)為出人意料，我們能發(fā)現(xiàn)一種如此有效的合金來(lái)解決上述問(wèn)題，尤其是當(dāng)考慮到對(duì)抗鋁的耐熱磨損性和導(dǎo)熱率的重要特性相比傳統(tǒng)H13合金得到了提高。盡管淬透性有點(diǎn)減弱，但因?yàn)槭袌?chǎng)上大多數(shù)擠壓工具都是用于相當(dāng)小的尺寸，據(jù)估計(jì)約70-80%的存在的產(chǎn)品可使用這種新合金，導(dǎo)致大多數(shù)(ataflmctionality)成本大大降低而其余的保持不變。除非另有說(shuō)明，本說(shuō)明書中關(guān)于鋼的化學(xué)組成總是重量百分比，而關(guān)于鋼的結(jié)構(gòu)組分是體積百分比。以下關(guān)于單獨(dú)的合金材料以及它們之間的相互關(guān)系和鋼的結(jié)構(gòu)和熱處理的內(nèi)容是真實(shí)的。應(yīng)存在足夠量的碳以在熱處理之后得到所述所需硬度的鋼并有助于淬透性。因此，必須有至少0.3%且最好約0.4%的碳。太多的碳對(duì)于韌性有負(fù)效應(yīng)，因此上限應(yīng)為約0.45%。硅作為制備鋼的殘余元素而存在，其含量通常至少為0.2%，更經(jīng)常為約1%。硅增加鋼中的碳活性從而有助于得到足夠硬度的鋼。其也有助于足夠的耐氧化性和回火性。太高的含量會(huì)由于固溶硬化導(dǎo)致脆性問(wèn)題，因此硅在鋼中的最大含量為1.5%,優(yōu)選不大于1.2%。錳、鉻和鉬在鋼中的含量應(yīng)足夠高以得到所述足夠淬透性的鋼。鉬除了有助于淬透性外，還具有有助于良好的耐回火性的特性。因此，已證明所需鉬的含量至少為0.3%，但不大于0.8%。優(yōu)選使用0.6%的鉬。除了淬透性，鉻還有助于合金的耐氧化性，其存在的含量應(yīng)為至少1.5%,但不大于3.0%。鉻的標(biāo)稱含量?jī)?yōu)選為2.6%。錳的存在含量應(yīng)至少為0.7%,以在鉬和鉻的限制含量的情況下有助于得到所述所需淬透性的鋼，使鋼具有特征。所述鋼不應(yīng)包含大于1.8%的錳。錳的標(biāo)稱含量?jī)?yōu)選為1.4%。釩在鋼中的含量應(yīng)為至少0.4%且不大于0.7%。釩也有助于得到所述鋼，其具有良好的耐回火性、良好的耐磨損性，且通過(guò)形成碳化釩還有助于良好的強(qiáng)度，該碳化釩有助于形成較細(xì)的晶體結(jié)構(gòu)。常規(guī)、已知的生產(chǎn)技術(shù)可用于制備所述鋼。附圖簡(jiǎn)述在以下實(shí)驗(yàn)描述中，將參考附圖，其中圖1表示氣體氮化的樣品試驗(yàn)4小時(shí)后所需的耐熱磨損的圖2表示試驗(yàn)8小時(shí)后相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果。實(shí)施例以實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的鋼錠形式制備三種合金，其重量為50kg，通過(guò)以下工藝制備在1270。C鍛造成60x60mm的尺寸。以850。C/2h軟退火，以10。C/h冷卻至600。C,之后在空氣中自由冷卻。所研究的料錠(charges)的化學(xué)組成如下表1所示。表l.所研究的料錠的化學(xué)組成(重量％)，余量為鐵和雜質(zhì)。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>所述合金根據(jù)下表2進(jìn)行熱處理。表2.奧氏體化溫度和回火溫度，和各種合金預(yù)期的硬度。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>根據(jù)表2制成各種類型的具有5x10x30mm尺寸的板材樣品。樣品的一個(gè)表面，5x30mm的一側(cè)，被細(xì)拋光成具有RA為約0.10-0.15pm。對(duì)不同樣品進(jìn)行研究以比較對(duì)抗鋁的熱磨損性。圖1顯示氣體氮化的(gasnitrided)樣品約4小時(shí)之后的體積磨耗。該圖顯示根據(jù)本發(fā)明制備的兩種樣品，即樣品6和7，與參比鋼(2號(hào)樣品)相比都具有改進(jìn)的耐磨損性。圖2顯示由相應(yīng)的8小時(shí)試驗(yàn)得到的結(jié)果，表明在該試驗(yàn)中也可證實(shí)本發(fā)明的改進(jìn)的耐磨性。在一種情況下(6號(hào)樣品)，與傳統(tǒng)H13鋼(2號(hào)樣品)相比，關(guān)于耐磨性的改進(jìn)大于50%。因此明顯地是，當(dāng)將本發(fā)明的鋼與經(jīng)典H13鋼(2號(hào)樣品)相比時(shí)，其非常重要的屬性耐磨性得到了很大改進(jìn)，盡管該較低的合金材料含量和較低的成本，所述經(jīng)典H13鋼的組成為，按重量％計(jì)0.30-0.40C、0.20-0.40Mn、0.80-1.20Si、4.75-5.50Cr、1.25-1.75Mo、0.80-1.20V、余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)，本發(fā)明的鋼的組成為，按重量％計(jì)0.4C、0,5-1.0Si、1.2-1.4Mn、2.2-2.5Cr、0.5-0.6Mo、0.5-0.6V?？紤]到在本
技術(shù)領(lǐng)域：
中的常規(guī)認(rèn)識(shí)，這些結(jié)果是出人意料的，因?yàn)橐话愕慕虒?dǎo)是降低鉻和/或鉬和/或釩的含量將導(dǎo)致減弱的氮化合(nitrification)潛能。根據(jù)一般教導(dǎo)，根據(jù)本發(fā)明對(duì)鋼所作的改變，與傳統(tǒng)H13鋼相比，應(yīng)相應(yīng)地導(dǎo)致相對(duì)可見的削弱的氮化合潛能和由此產(chǎn)生的削弱的耐磨性。顯然，在本發(fā)明鋼中產(chǎn)生某些機(jī)理，導(dǎo)致優(yōu)異的氮化合潛能，從而得到良好的耐磨性，盡管鉻、鉬和釩的含量降低。應(yīng)理解，本發(fā)明不僅限于上述優(yōu)選的、較窄的范圍，而是有許多變體(如權(quán)利要求1所定義)在本發(fā)明的范圍內(nèi)，并且仍然保持所需的良好特性。本發(fā)明特別優(yōu)選的方面列在從屬權(quán)利要求中。從下表(表3)清楚可知，根據(jù)本發(fā)明的鋼滿足H13鋼所需的特性，該表給出了重要特性的加權(quán)比較(weightedcomparison),其中10為最高評(píng)定，相應(yīng)于最好的測(cè)試結(jié)果(為比較傳統(tǒng)H13鋼和本發(fā)明的鋼)，對(duì)比樣品的評(píng)定與最好評(píng)定進(jìn)行加權(quán)。表3.<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從該表清楚的是，本發(fā)明的評(píng)定相對(duì)于H13鋼的重要特性而言非常好，且甚至有可能在對(duì)抗鋁的耐磨性和導(dǎo)熱率的非常重要的特性方面獲得改進(jìn)的評(píng)定，盡管合金成本降^f氐幾乎50%。權(quán)利要求1.熱加工用鋼，其特征在于其具有以下化學(xué)組成，以重量％計(jì)0.30-0.50％C0-1.5％Si0-1.8％Mn1.5-3.5％Cr0.3-0.9％(Mo+W/2)0.4-0.8％(V+N/2)余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼，其特征在于(Mo+Cr)的含量，以重量％計(jì)，小于3.5%。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的鋼，其特征在于Mn的含量，以重量％計(jì)，大于1%。4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的鋼，其特征在于C的含量，以重量%計(jì)，為0.38-0.46，優(yōu)選0.40-0.44%C。5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的鋼，其特征在于Si的含量，以重量%計(jì)，為0.3-1.35%，優(yōu)選0.5-1.2%。6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的鋼，其特征在于Mn的含量，以重量%計(jì)，為0.3-1.5%,優(yōu)選0.5-1.35%。7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的鋼，其特征在于Cr的含量，以重量%計(jì),為0.7-3.0%,優(yōu)選2.2-2.8%。8.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的鋼，其特征在于Mo的含量，以重量%計(jì)，為0.45-0.8%,優(yōu)選0.5-0.7%。9.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的鋼，其特征在于V的含量，以重量%計(jì),為0.45-0.7。10.4艮據(jù)前述^L利要求任一項(xiàng)所述的鋼，其特征在于Cr的含量與Mo的含量之比，以重量％計(jì)，為。/。Cr/。/。Mo〉3。11.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的鋼，其特征在于Mo的含量和V的含量都小于0.7重量％。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鋼，其特征在于V的含量為0.5-0.6重量％。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼，其特征在于其包含不大于0.05重量％的Al。14.根據(jù)權(quán)利要求l所述的鋼，其特征在于A1的含量，以重量％計(jì)，為0.3-1.0%，優(yōu)選約0.7%。15.熱加工用鋼，其特征在于其具有根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的化學(xué)組成。16.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的熱加工用鋼，其特征在于其在200°C具有的導(dǎo)熱率大于26W/m°C。17.根據(jù)權(quán)利要求l-12任一項(xiàng)所述的鋼在制備用于擠壓的工具、優(yōu)選用于擠壓鋁的工具中的用途。全文摘要本發(fā)明涉及熱加工用鋼，其具有以下化學(xué)組成，以重量％計(jì)0.30-0.50％C、0-1.5％Si、0-1.8％Mn、1.5-3.5％Cr、0.3-0.9％(Mo+W/2)、0.4-0.8％(V+N/2)、余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)。文檔編號(hào)C22C38/24GK101415854SQ200780011700公開日2009年4月22日申請(qǐng)日期2007年3月30日優(yōu)先權(quán)日2006年4月6日發(fā)明者奧德·桑德伯格,本格特·克萊倫夫喬德申請(qǐng)人:尤迪霍爾姆工具公司