專(zhuān)利名稱(chēng)：韌性?xún)?yōu)異的模具用鋼材的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠用于各種模具的韌性?xún)?yōu)異的模具用鋼材的制造方法。
背景技術(shù)：
模具用鋼材一般是對(duì)通過(guò)鑄造得到的坯料進(jìn)行熱加工形成形狀，接著進(jìn)行退火來(lái)制造的。然后，對(duì)該退火材料進(jìn)行制成模具形狀的機(jī)械加工和淬火回火，從而制作調(diào)整為規(guī)定使用硬度的模具。以往，一直要求塑料成型等耐腐蝕性和研磨性的模具用鋼材使用以JIS-SUS420J2為代表的高C-高Cr的馬丁體系不銹鋼、其改良鋼材(專(zhuān)利文獻(xiàn)I 3)。由這些成分組成構(gòu)成的模具用鋼材通過(guò)淬火回火能夠得到50HRC的高硬度，所以使用時(shí)的耐摩耗性也優(yōu)異。但是，在該淬火回火后的高硬度的狀態(tài)下，不容易機(jī)械加工成模具形狀，所以一般以例如小于30HRC的低硬度的上述退火材料的狀態(tài)來(lái)提供，將其機(jī)械加工成模具形狀后，淬火回火成上述使用硬度。這些模具用鋼材還有以預(yù)先淬火回火的預(yù)硬狀態(tài)來(lái)提供的模具用鋼材。預(yù)硬狀態(tài)的模具用鋼材在其淬火回火的狀態(tài)下機(jī)械加工成模具形狀，所以能夠解決因淬火回火而產(chǎn)生的熱處理變形的課題。例如，將上述退火材料在30HRC左右進(jìn)行淬火回火來(lái)提供的情形下，雖然機(jī)械加工時(shí)的被切削性(工具壽命)比退火材料低，但是機(jī)械加工本身并不困難。于是，提供的模具用鋼材被機(jī)械加工，再次淬火回火至上述50HRC左右的使用硬度?；蛘?，將退火材料淬火回火至40HRC左右來(lái)以預(yù)硬狀態(tài)提供的情形下，以該硬度也能進(jìn)行機(jī)械加工，所以也能夠?qū)ζ溥M(jìn)行機(jī)械加工并以該狀態(tài)下的硬度使用。專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)平04-002745號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)平03-097829號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3:日本 特開(kāi)2007-277639號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
專(zhuān)利文獻(xiàn)I 3提出的馬丁體系不銹鋼的成分組成適于獲得高硬度的模具。但是，由于這些模具用鋼材的成分組成含有大量C，所以通過(guò)上述熱加工后的退火，容易在其組織中分布粗大的碳化物。然后，該粗大的碳化物即使通過(guò)后續(xù)的淬火回火也難以消除。其結(jié)果，如果在經(jīng)過(guò)機(jī)械加工而完成的模具的組織中大量存在該粗大的碳化物，則模具的韌性劣化，從而可能導(dǎo)致使用時(shí)的開(kāi)裂等模具早期的破損。本發(fā)明的目的是在提供由SUS420J2、專(zhuān)利文獻(xiàn)I 3等中提出的成分組成的馬丁體系不銹鋼形成的模具用鋼材時(shí)，提供能夠提高其韌性的制造方法。本發(fā)明的發(fā)明人調(diào)查了在退火后的鋼材中分布粗大的碳化物的現(xiàn)象發(fā)生的原因。其結(jié)果，查明了該現(xiàn)象是因?yàn)橹敝吝M(jìn)行到下次退火為止的溫度經(jīng)歷對(duì)熱加工后的坯料所具有的組織形態(tài)造成影響而發(fā)生的。因此，將該溫度經(jīng)歷與作為前一工序的熱加工的條件一同相互進(jìn)行了重新研究，發(fā)現(xiàn)如果適當(dāng)進(jìn)行熱加工的條件管理和熱加工后坯料的溫度經(jīng)歷的管理，則能夠抑制退火時(shí)粗大的碳化物生成，從而完成了本發(fā)明。
S卩，本發(fā)明是一種韌性?xún)?yōu)異的模具用鋼材的制造方法，是對(duì)以質(zhì)量％計(jì)含有C:
0.3 0.5%、Cr:12.0 16.0%的成分組成的馬丁體系的不銹鋼坯料進(jìn)行熱加工，接著將上述熱加工了的上述不銹鋼坯料進(jìn)行退火的模具用鋼材的制造方法，其特征在于，上述熱加工由[(熱加工前不銹鋼坯料的厚度-熱加工后不銹鋼坯料的厚度)/熱加工前不銹鋼坯料的厚度]XlOO的式計(jì)算出的加工率為55%以上，并且，將上述熱加工后的不銹鋼坯料冷卻至Ms點(diǎn)以下的溫度后，接著加熱至退火溫度來(lái)進(jìn)行上述退火。優(yōu)選上述退火溫度為600°C以上和/或1000°C以下?；蛘?，進(jìn)一步優(yōu)選供給到熱加工的上述不銹鋼坯料采用重熔法制作。另外，本發(fā)明是一種模具用鋼材的制造方法，其特征在于，在上述退火后進(jìn)行淬火回火來(lái)形成預(yù)硬狀態(tài)的模具用鋼材。根據(jù)本發(fā)明的制造方法，能夠提高SUS420J2、專(zhuān)利文獻(xiàn)I 3等中提出的成分組成的模具用鋼材的韌性，是尤其對(duì)提供大型模具有用的制造方法。


圖1是表示利用本發(fā)明的方法和現(xiàn)有方法制造的模具用鋼材的一個(gè)例子的退火后金屬微觀組織的圖代用照片。圖2是表示熱加工時(shí)加工率對(duì)利用本發(fā)明的方法和比較法制造的模具用鋼材的韌性帶來(lái)的影響的一個(gè)例子的圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的特征在于，通過(guò)將熱加工后的坯料直到退火為止所經(jīng)過(guò)的以往的溫度經(jīng)歷與其熱加工時(shí)的條件一同相互進(jìn)行重新研究，提出最佳的熱加工和溫度管理的方法。以下，對(duì)本發(fā)明的各構(gòu)成要素進(jìn)行說(shuō)明。(I) 一種模具用鋼材的制造方法，對(duì)以質(zhì)量%計(jì)含有C:0.3 0.5%、Cr:12.0 16.0%的成分組成的馬丁體系的不銹鋼坯料進(jìn)行熱加工，接著將上述熱加工的上述不銹鋼坯料進(jìn)行退火。如上述所述，本發(fā)明的目的是提高SUS420J2、專(zhuān)利文獻(xiàn)I 3等中提出的成分組成的模具用鋼材的韌性。然后，也如上所述，該模具用鋼材是按照通常的方法對(duì)該成分組成的馬丁體系不銹鋼坯料進(jìn)行熱加工，接著進(jìn)行退火而制造的。以下，對(duì)坯料的成分組成(即，模具用鋼材的成分組成)進(jìn)行說(shuō)明(以下，“質(zhì)量％”的標(biāo)記簡(jiǎn)寫(xiě)為“％”)。.(::().3 0.5%C是提高淬火性、進(jìn)而用于獲得50HRC以上充分的淬火回火硬度所必要的元素。但是，如果過(guò)多，則在淬火后變得容易發(fā)生淬裂。因此，在本發(fā)明中為0.3 0.5%。優(yōu)選0.33%以上和/或0.45%以下。.Cr:12.0 16.0%Cr是提高淬火性、用于得到高淬火回火硬度所必要的元素。而且，Cr是提高模具用鋼材的耐腐蝕性的重要元素。但是，如果過(guò)多，則導(dǎo)熱率顯著降低。如果導(dǎo)熱率高，則能夠縮短作為模具使用時(shí)的加熱.冷卻的熱循環(huán)所需時(shí)間，從而優(yōu)選。因此，在本發(fā)明中為12.0 16.0%。優(yōu)選12.5%以上和/或15.0%以下。
作為本發(fā)明的制造方法所涉及的模具用鋼材的成分組成優(yōu)選的組成范圍如下所示，其中包括其他元素。C:0.3 0.5% (優(yōu)選為0.33%以上和/或0.45%以下)S1: 1.0%以下(優(yōu)選為0.2%以上和/或0.7%以下)Mn: 1.0%以下(優(yōu)選為0.2%以上和/或0.7%以下)P:0.05%以下(優(yōu)選為0.03%以下)S:0.01%以下(優(yōu)選為0.005%以下)N1:無(wú)添加 1.0% (優(yōu)選為0.5%以下)Cr:12.0 ~ 16.0% (優(yōu)選為 12.5% 以上和 / 或 15.0% 以下)Mo和W中I種或2種:以(Mo + 1/2W)式計(jì)為O 1.5% (優(yōu)選0.1%以上和/或
1.0%以下)Fe:實(shí)質(zhì)上為余量(例如，含有余量Fe和不可避免的雜質(zhì))Si是雖然具有提高被切削性的效果，但是如果過(guò)多，則使導(dǎo)熱率極端降低的元素。Mn是雖然具有提高淬火性、抑制鐵素體生成的效果，但是如果過(guò)多，則極端地提高基體的粘度而降低被切削性的元素。P是如果過(guò)多則降低熱加`工性、韌性的元素。S是如果過(guò)多則降低熱加工性、耐腐蝕性，而且助長(zhǎng)韌性的各向異性的元素。Ni雖然也具有提高淬火性、還提高耐腐蝕性的效果，但如果過(guò)多，則是降低導(dǎo)熱率的元素。Mo和W雖然具有提高回火時(shí)的硬度的效果，但是如果過(guò)多，則在淬火時(shí)不能徹底固溶為基體，反而降低回火硬度。(2)上述熱加工使由[(熱加工前不銹鋼坯料的厚度-熱加工后不銹鋼坯料的厚度)/熱加工前不銹鋼坯料的厚度]XlOO的式計(jì)算出的加工率為55%以上。對(duì)本發(fā)明所涉及的不銹鋼坯料進(jìn)行熱加工時(shí)，為了提高其加工性和使碳化物的固溶所帶來(lái)的成分均質(zhì)化，通常將該坯料加熱至奧氏體單相域的溫度后進(jìn)行熱加工。于是，對(duì)于以組織中的碳化物的微細(xì)化為目的的本發(fā)明而言，有效的是該熱加工結(jié)束時(shí)組織中的晶粒是微細(xì)的。即，在后述的冷卻過(guò)程以后，該組織中的奧氏體晶界成為碳化物的析出位點(diǎn)，所以通過(guò)預(yù)先使冷卻前的晶粒微細(xì)，能夠使該析出位點(diǎn)增加，從而使退火后的碳化物微細(xì)。因此，在本發(fā)明中，重要的是使熱加工上述不銹鋼坯料時(shí)的加工率以由下式得到的計(jì)算值計(jì)為55%以上。即，通過(guò)使該加工率為55%以上，在熱加工中的組織中能夠出現(xiàn)加工變形蓄積和再結(jié)晶重復(fù)進(jìn)行的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶(dynamic recrystallization)的現(xiàn)象,從而晶粒被充分微細(xì)化，并有效地增加碳化物的析出位點(diǎn)。優(yōu)選60%以上的加工率，進(jìn)一步優(yōu)選65%以上的加工率。另外，對(duì)于預(yù)先使晶粒微細(xì)而言，其本身也具有對(duì)使破壞的組織單元縮小發(fā)揮作用、提高模具用鋼材的韌性等機(jī)械特性的效果。加工率(％)=[(熱加工前不銹鋼坯料的厚度-熱加工后不銹鋼坯料的厚度)/熱加工前不銹鋼坯料的厚度]X100(3)將上述熱加工后的不銹鋼坯料冷卻至Ms點(diǎn)以下的溫度后，接著加熱至退火溫度來(lái)進(jìn)行上述退火。結(jié)束了上述熱加工的坯料如果原樣放置，則從加工結(jié)束溫度起逐漸降溫。此時(shí)，由于坯料在加工后的冷卻過(guò)程中經(jīng)過(guò)碳化物析出的溫度域，因此，尤其在奧氏體晶界上容易析出微細(xì)的碳化物。另外，在實(shí)際的操作中，為了省略再次的加熱工序來(lái)實(shí)現(xiàn)效率化，該冷卻過(guò)程中的坯料立刻向退火爐插入。所以，以往析出了上述微細(xì)的碳化物的熱加工后的坯料具體而言在300 500°C附近的、沒(méi)有充分冷卻的狀態(tài)下，再次加熱至退火溫度，暴露于長(zhǎng)時(shí)間的退火環(huán)境。于是，本發(fā)明的發(fā)明人查明了通過(guò)該溫度經(jīng)歷，上述微細(xì)的碳化物生長(zhǎng)為能使模具用鋼的韌性降低的粗大的碳化物。因此，本發(fā)明的發(fā)明人研究了即使熱加工后的坯料析出上述微細(xì)的碳化物，也能夠在下一退火工序中 抑制該碳化物生長(zhǎng)的方法。其結(jié)果查明:如果對(duì)于上述結(jié)束熱加工而增加了碳化物的析出位點(diǎn)的坯料，在冷卻過(guò)程不進(jìn)行到退火而冷卻至Ms點(diǎn)以下的溫度，使坯料進(jìn)行馬丁體組織化后再加熱至退火溫度，則能夠抑制碳化物的粗大化。即，通過(guò)該馬丁體相變，組織中進(jìn)一步增加能夠在下一退火工序中析出碳化物的位點(diǎn)。其結(jié)果，在退火中能夠向晶界擴(kuò)散的碳、鉻的量減少，即使在晶界存在碳化物，其生長(zhǎng)也被抑制。應(yīng)予說(shuō)明，冷卻熱加工后的坯料的溫度優(yōu)選低于Ms點(diǎn)。優(yōu)選(Ms點(diǎn)_30°C)以下，進(jìn)一步優(yōu)選(Ms點(diǎn)-50°C)以下的溫度。具體而言，按150°C以下、100°C以下、50°C以下的溫度順序降低而優(yōu)選。但是，如果過(guò)低，則存在發(fā)生淬裂的可能性。因此，優(yōu)選(TC以上的溫度。應(yīng)予說(shuō)明，對(duì)于冷卻速度，只要是本發(fā)明所涉及的不銹鋼坯料能夠進(jìn)行馬丁體組織化，就沒(méi)有必要特別規(guī)定。于是，對(duì)其而言，只要能夠確保例如空氣冷卻以上的快速冷卻速度就足夠。(4)優(yōu)選上述退火溫度為600°C以上和/或1000°C以下。在退火狀態(tài)下進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，熱加工后的退火具有降低硬度、提高加工性的效果。而且，具有抑制后面工序中發(fā)生開(kāi)裂、彎曲的效果。并且，對(duì)于由上述成分組成構(gòu)成的不銹鋼，通過(guò)在組織中使Cr碳化物均勻析出而呈現(xiàn)出的“晶界的釘扎效果”，能夠在其后的淬火時(shí)抑制晶粒的粗大化，還具有能夠抑制韌性降低的效果。為了得到這些效果，尤其是為了充分得到釘扎效果，退火溫度優(yōu)選為600°C以上。但是，如果退火溫度過(guò)高，則上述Cr碳化物的析出變得困難，因此優(yōu)選1000°C以下。更優(yōu)選650°C以上和/或950°C以下。間隔例如直至室溫以下的冷卻，退火可重復(fù)進(jìn)行2次以上。然后，進(jìn)一步優(yōu)選上述退火溫度為A3點(diǎn)以上。例如，為750°C以上。如果在A3點(diǎn)以上進(jìn)行退火，則在組織中形成新奧氏體粒，與此相伴，能夠析出碳化物的位點(diǎn)也增加。其結(jié)果，通過(guò)與上述相同的作用，能夠進(jìn)一步抑制碳化物的生長(zhǎng)。另外，增加碳化物的析出位點(diǎn)也會(huì)增加組織中碳化物的數(shù)密度。這些大量的碳化物在以后的淬火時(shí)呈現(xiàn)出上述“釘扎效果”，從而對(duì)晶粒的微細(xì)化發(fā)揮作用。重復(fù)2次以上的退火時(shí)，優(yōu)選至少I(mǎi)次以上以A3點(diǎn)以上的溫度實(shí)施。(5)優(yōu)選供給到熱加工的上述不銹鋼坯料是采用重熔法得到的。對(duì)于本發(fā)明所制造的不銹鋼而言，優(yōu)選在上述退火時(shí)使Cr碳化物均勻析出。因此，作為起始坯料的鋼塊優(yōu)選極力降低成分偏析。另外，將該不銹鋼用于特別是塑料成型用的模具等時(shí)，優(yōu)選極力減少對(duì)鋼材的研磨性造成不良影響的Al2O3等非金屬夾雜物。由于上述原因，供給到熱加工的鋼坯料優(yōu)選采用電渣重熔法、真空電弧重熔法等消耗電極式重熔法來(lái)獲得。(6)優(yōu)選在上述退火后進(jìn)行淬火回火來(lái)制成預(yù)硬狀態(tài)的模具用鋼材。如上所述，退火后的模具用鋼材能夠以適當(dāng)淬火回火至所需硬度的預(yù)硬狀態(tài)來(lái)提供，例如25 45HRC的硬度。于是，如果重視機(jī)械加工時(shí)的被切削性(工具壽命)，則優(yōu)選淬火回火至25 35HRC左右。另外，如果在機(jī)械加工后不進(jìn)行再次的淬火回火，則優(yōu)選淬火回火至也考慮到使用硬度的35 45HRC左右。實(shí)施例1利用真空電弧重熔法，準(zhǔn)備具有表I的化學(xué)成分的馬丁體系不銹鋼的鋼塊。這些鋼塊的Ms點(diǎn)為約200°C，A3點(diǎn)為約800°C。接著，將這些鋼塊加熱至1100 1200°C，進(jìn)行由上述式得到的加工率為約58%的熱加工后，按照表2的條件冷卻，接著進(jìn)行I次或2次退火。此時(shí)，熱加工后的冷卻為空氣冷卻，冷卻溫度以坯料的表面溫度進(jìn)行管理。另外，退火是通過(guò)將在加熱爐中保持了規(guī)定時(shí)間的坯料直接爐冷而進(jìn)行的。于是，對(duì)這些退火材料進(jìn)行適用于50HRC預(yù)硬的淬火回火的、通常從1030°C起的淬火和350°C的回火，評(píng)價(jià)淬火回火后的硬度和韌性。韌性的評(píng)價(jià)采用IOR夏比沖擊試驗(yàn)片，測(cè)定室溫下的沖擊值。表I(質(zhì)量％)
權(quán)利要求
1.一種韌性?xún)?yōu)異的模具用鋼材的制造方法，其特征在于，對(duì)以質(zhì)量％計(jì)含有C:0.3 0.5%,Cr:12.0 16.0%的成分組成的馬丁體系的不銹鋼坯料進(jìn)行熱加工，接著將所述熱加工了的所述不銹鋼坯料退火， 所述熱加工由[(熱加工前不銹鋼坯料的厚度-熱加工后不銹鋼坯料的厚度)/熱加工前不銹鋼坯料的厚度]XlOO的式計(jì)算出的加工率為55%以上，并且， 將所述熱加工后的不銹鋼坯料冷卻至Ms點(diǎn)以下的溫度后，接著加熱至退火溫度來(lái)進(jìn)行所述退火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的韌性?xún)?yōu)異的模具用鋼材的制造方法，其特征在于，所述退火溫度為600°C以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的韌性?xún)?yōu)異的模具用鋼材的制造方法，其特征在于，所述退火溫度為1000°C以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的韌性?xún)?yōu)異的模具用鋼材的制造方法，其特征在于，所述不銹鋼坯料采用重熔法獲 得。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的韌性?xún)?yōu)異的模具用鋼材的制造方法，其特征在于，在所述退火后，進(jìn)行淬火回火來(lái)制成預(yù)硬狀態(tài)的模具用鋼材。
全文摘要
本發(fā)明涉及韌性?xún)?yōu)異的模具用鋼材的制造方法。發(fā)明提供韌性?xún)?yōu)異的由馬丁體系的不銹鋼制成的模具用鋼材的制造方法。發(fā)明是一種模具用鋼材的制造方法，是對(duì)以質(zhì)量%計(jì)含有C0.3～0.5%、Cr12.0～16.0%的成分組成的馬丁體系的不銹鋼坯料進(jìn)行熱加工，接著將上述熱加工成的上述不銹鋼坯料進(jìn)行退火的模具用鋼材的制造方法，上述熱加工由［(熱加工前不銹鋼坯料的厚度-熱加工后不銹鋼坯料的厚度)/熱加工前不銹鋼坯料的厚度］×100的式計(jì)算出的加工率為55%以上，并且將上述熱加工后的不銹鋼坯料冷卻至Ms點(diǎn)以下的溫度后，接著加熱至退火溫度來(lái)進(jìn)行上述退火。于是，模具用鋼材的制造方法在上述退火后，進(jìn)行淬火回火來(lái)制成預(yù)硬狀態(tài)的模具用鋼材。
文檔編號(hào)C21D1/26GK103114242SQ20121035858
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者菅野隆一朗, 關(guān)山孝明, 岸山圓 申請(qǐng)人:日立金屬株式會(huì)社