[发明专利]冷加工模具钢、模具和用于制造冷加工模具钢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种冷加工模具钢和模具，并且涉及一种用于制造冷加工模具钢的方法。具体地，本发明涉及可用作在汽车用钢板和家用电器用钢板的冷/热压锻成型(冲压、弯曲、拉拔、修整等)中使用的模具用材料的模具钢，并且涉及一种用于制造这样的模具钢的方法。

背景技术

用于形成汽车用钢板和家用电器用钢板的模具被要求具有延长的寿命，以及钢板的强度增加。特别是，对于汽车用钢板，考虑到环境问题，越来越多地需要抗拉强度为至少约590MPa的高度抗拉钢板以提高汽车里程(mileage)；因此，出现的问题是模具的表面膜在早期阶段受到损害，从而导致“烧蚀(seizure)”(压锻成型中的软钎焊(soldering)现象)，从而极大地缩短模具寿命。

模具由模具基体(模具钢)和在其表面上形成的表面硬化层(表面膜)组成。用于基体的模具钢通常在包括依次进行的退火、切割和淬火/回火的工序中制造(在本说明书中，特别是，将淬火称为固溶处理，并且将回火称为时效处理)。

作为模具钢(冷加工模具钢)，以前通常使用高C高Cr的合金工具钢，例如典型的JIS SKD11，以及高速工具钢例如典型的JIS SKH51，其具有进一步提高的耐磨性。在这些工具钢中，主要通过Cr基碳化物或Mo、W或V基碳化物的析出硬化而提高硬度。此外，为了同时提高耐磨性和韧性，还使用由JIS SKH51得到的降低了其中的C、Mo、W、V等的合金含量的低合金高速工具钢(通常被称为基体高速钢)。

为了进一步提高冷加工模具钢的性能，例如专利文献1至专利文献3提出了改变钢-组成成分的技术。

专利文献1是为了进一步提高基体高速钢的硬度而提出的，并且该文献描述了一种通过以下方式提高钢的硬度(提高耐磨性)的方法：将大量的Nb和/或Tb加入到其中，以致于晶粒在高温淬火中的粗大生长得到防止，因此该钢在高温淬火中忍受高温淬火。

专利文献2涉及一种具有尺寸变化抑制性能和高的硬度性能的冷加工模具钢，主要公开了(a)通过由Ni-Al金属间化合物的析出强化产生的尺寸变化抑制作用，消除了由淬火中残余奥氏体的分解导致的回火膨胀所引起的尺寸变化；和(b)通过由钢的预定成分计算的偏析指数K，进一步抑制尺寸变化。在专利文献2中的图1显示了钢可以具有最大硬度时的温度下的回火。

专利文献3公开了一种冷加工模具钢，该冷加工模具钢具有加入其中的适量的Ni和Al以及根据上述成分同样加入其中的适量的Cu，以降低淬火/回火中的尺寸变化程度(尺寸变化)，特别是防止回火膨胀引起的尺寸变化，以及提高硬度。该文献还描述了控制C和Cr的含量，并且将碳化物精细地分散在微组织中，从而提高钢的耐磨性。

另一方面，专利文献4公开了不是像以前一样通过切割，然后将钢淬火/回火制造，而是通过切割经淬火/回火的钢(淬火/回火之后切割)制造“预硬化钢”的技术，以降低模具生产成本。具体地，作为具有高的硬度，而能够表现出良好的切削加工性并且能够通过冷冲压加工的钢，该文献具体地公开了一种其中C、Si和S的含量得到适当控制的预硬化钢。然而，由预硬化钢形成的模具的寿命短，并且目前，该模具仍然未投入实际应用。

上述专利文献1至4主要通过控制钢-组成成分来防止在热处理后(在时效处理后或者在回火处理后)的钢的尺寸变化；但是下述专利文献5至7公开了通过控制热处理例如淬火/回火中的条件来防止尺寸变化的技术。

在这些之中，专利文献5公开了通过将钢进行至少一个道次的150至450℃的低温回火，以及至少一个道次的480至550℃的高温回火，以防止淬火/回火后的钢的尺寸变化的方法。

专利文献6公开了包括依次进行的淬火、0至-200℃的零下处理和500℃以下的低温回火的方法。具体地，将钢在上述温度进行零下处理，从而控制残余奥氏体量，以控制加工的钢的尺寸变化，然后将其进行低温回火以实现钢的预期尺寸。

专利文献7公开了通过以下方式实现钢的预定硬度的方法：控制钢成分来提高钢的淬火性能，随后控制珠光体鼻端(pearlite nose)前的淬火和气体冷却中的冷却速率，由此降低热处理应变，同时保持模具用钢所必需的硬度。

专利文献1：JP-A-10-330894

专利文献2：JP-A-2006-152356

专利文献3：JP-A-2006-169624

专利文献4：JP-A-2002-241894

专利文献5：JP-A-9-125204

专利文献6：JP-A-2001-172748