热作工具及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种即使提高热作工具中所含的P的容许量，也能够维持充分的韧性的热作工具。一种热作工具，其具有通过淬火而能够调整为马氏体组织成分组成、具有淬火回火后的马氏体组织，其中，上述成分组成包含超过0.020质量％且0.050质量％以下的P，上述淬火回火后的马氏体组织中的原奥氏体粒的粒径以基于JIS‑G‑0551的结晶粒度级别计为No.9.5以上，该原奥氏体粒的晶界的P浓度为1.5质量％以下。优选上述成分组成还包含0.0250质量％以下的Zn的热作工具。以及一种对具有上述成分组成的热作工具材料进行淬火回火的热作工具的制造方法。

Heat work tool and manufacturing method thereof

The present invention provides a thermal work tool capable of maintaining full toughness even if the amount of P contained in a heat work tool is increased. A hot work tool, it has to adjust for martensite composition, with martensite after quenching and tempering by quenching, the composition contains more than 0.020 mass% and 0.050 mass% P, the original austenite grain size of the martensite after quenching and tempering in diameter the level of JIS G crystal size 0551 meter based on P is more than No.9.5 and the concentration of the original austenite grain boundary is 1.5 mass% or less. Preferably, the composition also contains a heat work tool of 0.0250 mass less than Zn. And a method of manufacturing a hot work tool for quenching and tempering a material consisting of such a composition.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热作工具及其制造方法
本专利技术涉及压制模具、锻造模具、压铸模具、挤出工具等多种热作工具和其制造方法。
技术介绍
热作工具由于一边与高温的被加工材料、硬质的被加工材料接触一边使用，因此需要具备能够耐受冲击的韧性。而且，以往对于热作工具材料，使用例如为JIS钢种的SKD61系合金工具钢。另外，应最近的进一步的韧性提高的要求，对于热作工具材料，提出了改良了上述SKD61系合金工具钢的成分组成的合金工具钢材料(专利文献1、2)。热作工具通常通过将硬度低的退火状态的热作工具材料机械加工成热作工具的形状后，对其进行淬火回火而调整至规定的使用硬度来制作。另外，在调整至上述使用硬度后，通常进行精加工的机械加工。有时也根据情况对上述热作工具材料先进行淬火回火(所谓制成预硬材料的状态)，然后还结合上述的精加工的机械加工而机械加工成热作工具的形状。淬火是如下的操作：将退火状态的热作工具材料(或者该热作工具材料被机械加工后的热作工具材料)加热至奥氏体温度区域为止并保持，对其进行骤冷，由此使组织发生马氏体相变。因此，对于热作工具材料的成分组成，通过淬火而能够调整为马氏体组织。而且，淬火后的马氏体组织中，在加热至上述奥氏体温度区域为止并保持的过程生成的奥氏体晶粒的晶界被确认为“原奥氏体晶界”。由该原奥氏体晶界形成的“原奥氏体粒径”的分布状况即便在接下来的回火后的金相组织(即完成了的热作工具的组织)中实质上也能维持。然而，对于这样的热作工具样态，已知热作工具的韧性可以通过减少其成分组成中所含的P、S、O、N等不可避免的杂质的含量来提高。其中，P是在淬火回火后的马氏体组织中的原奥氏体晶界处偏析而使该晶界脆化、使热作工具的韧性大幅降低的元素。因此，提出了将热作工具材料(即热作工具)中的P含量限制为例如0.020质量％以下(专利文献3)。另外，已知热作工具的韧性可以通过减小上述马氏体组织中的原奥氏体粒径来提高(专利文献3)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平2-179848号公报专利文献2：日本特开2000-328196号公报专利文献3：日本特开2003-268486号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题减少热作工具中所含的P含量对于淬火回火后的热作工具的韧性的提高非常有效。但是，若通过精炼工序等将热作工具材料中的P去除，则消耗大的能量。而且，对于通过该精炼工序等去除P，一方面也成为使促进P含量高的低级废料的使用停滞的主要原因。如此，在热作工具的领域中，应该减少的P为对环境负担大的元素。本专利技术的目的在于，提供一种即使提高热作工具中所含的P含量的容许量也能维持足够的韧性的热作工具。用于解决问题的方案本专利技术为一种热作工具，其具有通过淬火而能够调整为马氏体组织的成分组成，具有淬火回火后的马氏体组织，其中，上述成分组成包含超过0.020质量％且0.050质量％以下的P，上述淬火回火后的马氏体组织中的原奥氏体粒的粒径以基于JIS-G-0551的结晶粒度级别计为No.9.5以上，该原奥氏体粒的晶界的P浓度为1.5质量％以下。优选上述成分组成还包含0.0250质量％以下的Zn的热作工具。另外，本专利技术为一种热作工具的制造方法，其是对具有通过淬火而能够调整为马氏体组织的成分组成的热作工具材料进行淬火回火的、具有马氏体组织的热作工具的制造方法，其中，上述热作工具材料的成分组成包含超过0.020质量％且0.050质量％以下的P，进行了上述淬火回火后的马氏体组织中的原奥氏体粒的粒径以基于JIS-G-0551的结晶粒度级别计为No.9.5以上，并且，该原奥氏体粒的晶界的P浓度为1.5质量％以下。优选上述热作工具材料的成分组成还包含0.0250质量％以下的Zn的热作工具的制造方法。专利技术的效果根据本专利技术，能够充分维持包含超过0.020质量％且0.050质量％以下的P的热作工具的韧性。附图说明图1是关于SKD61制热作工具(淬火回火硬度：43HRC)示出其夏氏冲击值与原奥氏体晶界的P浓度的关系的图。图2是实施例中评价的热作工具A1的断裂面组织的扫描型电子显微镜图像和示出该图像中的P浓度的元素映射图。图3是实施例中评价的热作工具B1的断裂面组织的扫描型电子显微镜图像和示出该图像中的P浓度的元素映射图。图4是热作工具的断裂面组织的扫描型电子显微镜图像，是示出在断裂面中确认到的原奥氏体晶界的一个例子的图。图5是示出用俄歇电子光谱仪对热作工具的断裂面中相当于原奥氏体晶界的位置分析时收集的俄歇电子能谱的一个例子的图。具体实施方式本专利技术人对即使提高热作工具材料中所含的P含量，也能够维持热作工具的韧性的方法进行了研究。结果发现，起因于P的含有的热作工具的韧性的劣化主要原因之一与在淬火回火后的马氏体组织中的原奥氏体晶界处的P偏析有关，从而调整原奥氏体粒径“直接”起到抑制在上述原奥氏体晶界处的P偏析的作用。而且，明确了通过充分发挥在该原奥氏体晶界处的“P偏析的抑制效果”从而即使P含量增高也能够充分维持热作工具的韧性的、“P容许量”与“原奥氏体粒径”的具体的关系量，从而实现本专利技术。以下对本专利技术的各构成要件进行说明。(1)本专利技术的热作工具“具有通过淬火而能够调整为马氏体组织的成分组成、具有淬火回火后的马氏体组织”。通常热作工具是对退火状态的热作工具材料进行淬火回火而制作的。对于该具有退火组织的热作工具材料，通过将由钢锭或者对钢锭进行开坯加工而成的钢坯构成的原材料作为起始材料，对其进行各种热加工、热处理而制成规定的钢材，对该钢材进行退火处理，精加工成例如块状。而且，如上所述，以往将通过淬火回火而显现马氏体组织的原材料用于热作工具材料。马氏体组织对于奠定各种热作工具的绝对韧性的基础而言是必要的组织。作为这样的热作工具(即热作工具材料)的原材料，例如各种热作工具钢是代表性的。热作工具钢能够在其表面温度被升温至大致200℃以上的环境下使用。而且，例如可以代表性地将属于JIS-G-4404的“合金工具钢钢材”的标准钢种、其它已提出的钢种应用于该热作工具钢的成分组成。另外，也可以根据需要添加、含有除上述热作工具钢规定以外的元素种类。而且，如果为退火组织经过淬火回火而显现马氏体组织的原材料，则通过之后使该淬火回火组织满足后述的(3)的要件，就能够实现上述本专利技术的“P偏析的抑制效果”。因此，为了实现本专利技术的上述效果，除了设定体现本专利技术的P偏析的抑制效果所需的、热作工具的P含量的“容许值(下限值)”以外，无需限定上述原材料的成分组成。但是，对于奠定热作工具的绝对的机械特性基础而言，例如，作为上述显现马氏体组织的一成分组成，优选具有以质量％计包含C：0.30～0.50％、Cr：3.00～6.00％、并且包含后述的P的热作工具钢的成分组成。而且，在提高热作工具的绝对韧性方面，优选具有还包含V：0.10～1.50％的热作工具钢的成分组成。或者，含有Mo或W的情况下，在提高热作工具的绝对韧性方面，优选具有包含Mo及W以单独或复合计(Mo+1/2W)：3.50％以下的热作工具钢的成分组成。此时，在对热作工具赋予强度及软化阻力方面，更优选上述(Mo+1/2W)的值设为0.50％以上。而且，具体而言，优选具有包含C：0.30～0.50％、Si：2.00％以下、Mn：1.50％以下、S：0.0500％以下、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热作工具，其特征在于，具有通过淬火而能够调整为马氏体组织的成分组成、具有淬火回火后的马氏体组织，其中，所述成分组成包含超过0.020质量％且0.050质量％以下的P，所述淬火回火后的马氏体组织中的原奥氏体粒的粒径以基于JIS‑G‑0551的结晶粒度级别计为No.9.5以上，所述原奥氏体粒的晶界的P浓度为1.5质量％以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.25 JP 2015-0353141.一种热作工具，其特征在于，具有通过淬火而能够调整为马氏体组织的成分组成、具有淬火回火后的马氏体组织，其中，所述成分组成包含超过0.020质量％且0.050质量％以下的P，所述淬火回火后的马氏体组织中的原奥氏体粒的粒径以基于JIS-G-0551的结晶粒度级别计为No.9.5以上，所述原奥氏体粒的晶界的P浓度为1.5质量％以下。2.根据权利要求1所述的热作工具，其特征在于，所述成分组成还包含0.0250质量％以下的Zn。...

【专利技术属性】
技术研发人员：中野洋佑，
申请(专利权)人：日立金属株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP