尺寸变化抑制特性优异的冷模具钢制造技术

一种尺寸变化抑制特性优异的冷模具钢，按质量％计，含有Ｃ：０．７％以上并且低于１．６％、Ｓｉ：０．５～３．０％、Ｍｎ：０．１～３．０％、Ｐ：低于０．０５％（含０％）、Ｓ：０．０１～０．１２％、Ｃｒ：７．０～１３．０％、从Ｍｏ和Ｗ构成的组中选择的１种或２种元素：按式（Ｍｏ＋（Ｗ／２））＝０．５～１．７％规定的量、Ｖ：低于０．７％（含０％）、Ｎｉ：０．３～１．５％、Ｃｕ：０．１～１．０％及Ａｌ：０．１～０．７％。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术，从广义上讲涉及金属铸模材料，特别涉及非常适合用于成型家电、便携式电话、汽车等构成部件所用的金属铸模的尺寸变化抑制特性优异的冷模具钢。
技术介绍
以往，在冷模具钢中，多采用JIS SKD11，但其中一部分，进行了改进SKD11，重新提高切削性、韧性、二次硬化硬度的试验。例如，提出了(1)通过调整C、Cr的添加量，尽量维持SKD11的基体组织，同时减少未固溶碳化物，改进切削性或韧性的称为10％CrSKD(参照特开平11-279704号公报)的冷模具钢，或(2)除尽量维持SKD11的基体组织，同时减少未固溶碳化物外，进而通过提高Mo量，提高二次硬化能的称为8％CrSKD(参照特开平01-011945号公报)的冷模具钢。上述的方法，对于提高冷模具钢所要求的诸特性是有效的。但是，它们都存在回火时产生的尺寸变化大的问题。即，由于在回火的二次硬化区域发生的膨胀量大，因此导致热处理后的加工工时的增加。回火时的膨胀尺寸变化的发生，其原因是在先实施的淬火时的残余应力的释放(残余奥氏体的分解)，以往，为期待二次硬化而添加的Mo等形成的回火碳化物的析出促进了其发生。此外，残余奥氏体，如果被在造块时形成的、本来存在的未固溶的一次碳化物所约束，就抑制其回火时的分解，但由于一次碳化物成为切削性劣化的要因，因此优选降低，由此，同样促进残余奥氏体的分解，助长尺寸变化。
技术实现思路
近年来，在金属铸模加工业中，由于加工技术的发展，因此热处理前的加工工时剧减，但在热处理后的加工、调整的工时，比以前无大变化，尤其，当务之急是改进热处理后的工序。为此，本专利技术，通过抑制淬火、回火时发生的尺寸变化，提供一种冷模具钢，能够削减金属铸模制作工时依然高的热处理后的加工、调整工序，特别适合金属铸模材料。首先，本专利技术人等，摸索出在冷模具钢的回火时，在必须维持冷模具钢所要求的所有诸特性的要求条件下，通过相抵手段反向抑制难以充分抑制的尺寸变化的方法。进而，通过仔细研究在回火时在基体产生的组织变化，也查明回火碳化物本身对二次硬化的贡献度低。另外，通过发现能够抑制尺寸变化、且也能够提高硬度的新的方法，从而可以得到仍充分具有其它特性的冷模具钢。因此，根据本专利技术，能够提供具有以下组成、尺寸变化抑制特性优异的冷模具钢。即，提供一种冷模具钢，按质量％计，含有C0.7％以上并且低于1.6％、Si0.5～3.0％、Mn0.1～3.0％、P低于0.05％(含0％)、硫(S)0.01～0.12％、Cr7.0～13.0％、从Mo和W构成的组中选择的1种或2种元素按式(Mo+(W/2))＝0.5～1.7％规定的量、V低于0.7％(含0％)、Ni0.3～1.5％、Cu0.1～1.0％及Al0.1～0.7％。优选地，该冷模具钢，按质量％计，满足式Ni/Al＝1～3.7。进而，该冷模具钢，优选按质量％计，满足(Cr-4.2×C)＝5以下、及(Cr-6.3×C)＝1.4以上的关系式。此外，更优选，含有0.3％以下的Nb。本专利技术的重要的特征在于，在维持冷模具钢所要求的诸特性的同时，利用相抵手段抑制本来难抑制的尺寸变化。而且，尽管成为促进回火时的膨胀尺寸变化的要因，但是为二次硬化而采用的上述回火碳化物，关于其的“通过仔细重新评价冷模具钢的热处理硬化行为而查明二次硬化能的不足”，发现了与尺寸变化的抑制同时，还补充其二次硬化能不足的手段。根据该补足手段，能够在不阻碍包括切削性或耐磨损性的必要特性的情况下，实现优异的尺寸变化抑制特性和高硬度。本专利技术的原理，是通过按能够降低一次碳化物、满足诸性能的范围，以尽量能够抑制尺寸变化的发生的成分组成为基础，添加适量的Ni、Al，并且再据此添加适量的Cu，得到尺寸变化特性及高硬度特性优异的冷模具钢。在本专利技术中，Ni、Al，由于它们形成金属间化合物，通过在上述工具钢的二次硬化区域的回火时(时效时)析出，对收缩方向的尺寸变化产生作用，所以能够利用残余奥氏体的分解相抵所述膨胀。另外，在发挥上述的相抵效果方面，重要的是只在工具钢的二次硬化区域温度析出该Ni-Al系金属间化合物，也要适当调整具有如此作用效果的Cu量。进而，本专利技术人们，利用投射型电子显微镜的观察，详细研究了，尤其在多发膨胀尺寸问题的、残余奥氏体的分解和析出回火碳化物的高温回火时的热处理中，其基体呈现何种的组织变化。结果发现，关于促进尺寸变化的回火碳化物，虽然只大大有助于提高耐磨损性，但尤其几乎未发现以往看作二次硬化的贡献要因的微细碳化物的析出，关于二次硬化的程度，基于基体侧的要因形成的程度大。在本专利技术采用的Ni-Al系金属间化合物的情况下，由于它们也具有作为析出强化元素的二次硬化作用，除上述的尺寸变化相抵作用外，还进一步补充二次硬化作用，因此，能够在不阻碍切削性或耐磨损性等其它必须特性的情况下，实现优异的耐尺寸变化特性和高硬度特性。利用该金属间化合物的析出强化，是以往多用于马氏体时效钢等的手段，但很少在含有0.2质量％以上的C的工具钢的领域、尤其在作为本专利技术的对象的冷加工工具钢的领域使用。在本专利技术中，还发现，除其尺寸变化相抵特性外，工具钢本体中认为由回火碳化物形成的二次硬化作用，实际上是很小的，从而着眼于如此的金属间化合物的利用，虽然如此，但由于在该Ni或Al各自中也具有阻碍工具钢的要求特性的作用，所以工具钢的成分组成另外需要与Cu相互且适当的合金设计。接着，如果叙述淬火时发生的尺寸变化，其程度被淬火时的基体中的固溶C量控制，即，马氏体组织中固溶的C使扩宽晶格，膨胀。在以往的钢的情况下，其淬火时的固溶C量达到SKD11，以达到0.6(质量％)附近的方式进行整体的合金设计，但本专利技术的冷加工工具钢，降低其固溶C量，进行以0.53％附近为目标的成分设计。另外，通过添加Cu、Ni、Al等可降低固溶C量的元素，也能达到此目的，作为抑制淬火时的膨胀的设计原则。达到如此的固溶C量的优选的条件是，除本专利技术的基本组成和Cu、Ni、Al量的适当的添加量外，将作为冷模具钢整体的C、Cr添加量，调整到(Cr-4.2×C)＝5以下、及(Cr-6.3×C)＝1.4以上。优选，(Cr-6.3×C)＝1.7以上。图1是总结上述效果的概念图。(*注在图1中，符号A表示“降低固溶碳量的膨胀抑制效果”。符号B表示“通过析出强化相抵尺寸变化量”。符号C表示“本专利技术的二次硬化温度”)本专利技术的冷加工工具钢，尽管引起比JIS SKD11大的二次硬化，但显示出能够更加抑制尺寸变化。本专利技术的原理，在于同时满足(1)减少淬火时的固溶C量(参照图1中的符号A)、及(2)通过添加Cu、Ni、Al，相抵二次硬化时的基体的体积变化(参照图1中的符号B)这两点。关于项目(1)的观点，认为在普通使用的淬火温度即1030℃前后将固溶C量规定为0.53％左右，在工业上是最重要的。关于项目(2)的观点，认为通过添加Cu和Ni，担心热加工性、冷加工性的劣化，但重要的是，按可防止其发生的水平，且引起最大的析出强化的平衡进行调整。以下，说明构成本专利技术的冷加工工具钢的成分组成。另外，表示各元素的含量的％为质量％。C，是通过一部分固溶在基体中，付与强度，一部分形成碳化物，提高耐磨损性或耐烧伤性的重要元素。此处，由于钢中的C成为固溶C和碳化物的比例主要由与Cr的相互本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：久保田邦亲，中津英司，小松原周吾，
申请(专利权)人：日立金属株式会社，
类型：发明
国别省市：