[发明专利]用于热成型工具的钢、由所述钢制成的部件及其制造方法和用途

说明书

本申请为申请号为200680044670.7，申请日为2006年11月28日，发明名称为“用于热成型工具的钢、由所述钢制成的部件及其制造方法和用途”的发明专利申请的分案申请。

发明领域

本发明涉及的技术领域为用于热成型工具的钢，所述钢可用于铸造和模制，锻造，拉延或挤压。

发明内容

本发明的一个优选、但不限于此的应用领域是生产用于在压力下铸造基于铝或镁的轻质合金或铜合金(cuprous alloys)的大尺寸模具。

在应用过程中，热成型用的工具要经受循环应力，这会导致它们的损坏。

这些应力的产生源为：

-由机械如(压力机)直接施加的作用力导致的机械应力；

-热应力：由于交替接触待转化的热物质并被喷洒润滑油或耐火涂料冷却，使温度突然变化，从而产生膨胀梯度，这是产生局部机械应力的原因。

在某些情况下，破坏是由于突然的断裂造成的，当材料的韧性不足时，这种断裂会造成工具的瞬间损坏。通常这是由裂纹造成的，这种裂纹在应用的最初几百个循环过程中产生，然后逐渐发展，直至在数万或数十万个循环后，使工具发生毁灭性破坏。这种过程通常称为“热疲劳”。

抗热疲劳所造成的破坏要求在热循环过程中温度的最低点时具有足够的韧性。这种性质一般是用标准试样的冲击弯曲能而加以测定，被测试的试样处于环境温度和150℃之间。还要求在使用过程中，在循环过程中温度最高点时具有足够的硬度和抗软化性。

大尺寸模具或工具(如具有大于200mm的厚度)的生产，要求制备它们的钢材具有更高的性能。在淬火过程中，由于冷却速度是通过局限于表面的热流自然缓和的，且生产者关心的是部件不变形或不损坏，因此所述钢材不会产生占绝大多数的马氏体淬火结构，该结构能得到最佳的使用性能。对于每一种组合物，QCC图(连续冷却淬火)能描述根据冷却速度形成的相的性质，但是众所周知的是，这种图无法计算由于淬火速度的降低导致的淬火/回火状态中韧性的损失量。

已知的具有这种用途的钢材可为：

-AISI H11钢，其大约含有C＝0.40％，Si＝0.90％，Mn＝0.40％，Cr＝5％，Mo＝1.30％，V＝0.5％；

-AISI H13钢，与前者相同，不同在于包含V＝0.95％；

-W-1.2367钢，其大约含有C＝0.40％，Si＝0.30％，Mn＝0.40％，Cr＝5％，Mo＝2.9％，V＝0.65％；

-可与AISI H11相比的钢，但含有Si＝0.3％和Ni＝0.2％(参见EP-B 1-0663018)；其标称的成分为C＝0.3-0.4％，Si≤0.8％，Mn≤0.8％，Cr＝4.5-5.8％，Mo＝0.75-1.75％，V≤1.3％，W≤1.5％，Ni≤0.5％，P≤0.008％，Sb≤0.002％，Sn≤0.003％，As≤0.005％，且10P+5Sb+4Sn+As≤0.10％。

为了提高这些已知钢材的性能，已经进行了很多研究，这些研究关注的是在硬度、韧性和使用时性能的稳定性(特别是硬度)之间获得更好的平衡。因此，相对于H11钢，如上述H13钢和W-1.2367钢通过提高钢中Mo和V的含量，可以提高受热时的耐性，然而这却导致了韧性的降低。另一方面，如果降低Si的含量或者加入Ni，能提高韧性，也能提高可淬火性。但是，Ni会降低受热时的硬度和屈服强度。

本发明的目的是提供一种用于热成型工具的新等级的钢，其在上文提及的各项性能之间取得了优异的平衡。

为此，本发明涉及一种用于热成型工具的钢，具有以重量百分比表示的组成：

-0.30％≤C≤0.39％

-4.00％≤Cr≤6.00％

-痕量≤Si≤0.50％

-痕量≤Mn≤0.80％

-痕量≤W≤1.45％

-痕量≤Co≤2.75％

-0.80％≤Ni≤2.80％

-1.50％≤Mo≤2.60％且1.50％≤Mo+0.65W≤3.20％

-0.55％≤V≤0.80％

-和-0.65≤K≤0.65

式中K＝K2-K1

K2＝0.75×(Ni-0.60)

K1＝1.43×(V-0.40)+0.63×[(Mo+0.65W)-1.20]

-痕量≤Al≤0.080％

-痕量≤S≤0.0040％

-痕量≤P≤0.0200％

-痕量≤Ti≤0.05％