[发明专利]奥氏体合金钢及其制作方法

说明书

本发明提供一种奥氏体(Austenite)合金钢，包含25wt.％至31wt.％的锰、7wt.％至10wt.％的铝、1.2wt.％至1.6wt.％的碳、小于6wt.％的钼，以及平衡量的铁。本发明奥氏体合金钢具高强度、高延展性与高温强度，且密度介于6.6～6.8g/cm³，比传统模具用钢轻14％。此外，本发明还提供上述奥氏体合金钢的制作方法。

技术领域

本发明是有关于一种奥氏体(Austenite)合金钢，特别是指一种适用于制作热加工工具的奥氏体合金钢。

背景技术

麻田散体钢材具有优异的硬度及韧性等机械性质，因此常被用于制作热加工工具的材料，然而，麻田散体钢材的延展性不佳，而可能造成制成的热加工工具开裂的情况产生。

AISI H13钢材为其中一种用于制作热加工工具的麻田散体钢材，包含0.32wt.％至0.45wt.％的碳、0.8wt.％至1.2wt.％的硅、0.20wt.％至0.50wt.％的锰、4.75wt.％至5.5wt.％的铬、1.10wt.％至1.75wt.％的钼、0.8wt.％至1.2wt.％的钒、不大于0.03wt.％的磷、不大于0.03wt.％的硫，以及平衡量的铁。所述AISI H13钢材的室温洛氏硬度最高介于55至58、伸长率介于3％至5％，因伸长率较低在使用上易脆裂，故一般使用时会将所述AISI H13钢材的洛氏硬度降低至42至50，使伸长率提高至介于5％至8％、冲击韧性介于5焦耳至10焦耳，及高温洛氏硬度(Rockwell C hardness，HRc)介于33至41。

QRO 90钢材为另一种用于制作热加工工具的麻田散体钢材，包含0.38wt.％的碳、0.30wt.％的硅、0.75wt.％的锰、2.60wt.％的铬、2.25wt.％的钼、0.9wt.％的钒，以及平衡量的铁。所述QRO 90钢材的室温洛氏硬度为45、伸长率为11％、冲击韧性为10焦耳，以及高温洛氏硬度(Rockwell C hardness，HRc)介于26至41。

另一方面，铁锰铝碳奥氏体(Austenite)钢材因其高机械强度及高延展性的特性而具有应用潜力，因此在过去数十年间受到广泛的研究。

一般来说钢铁合金中的碳含量超过约1.2wt.％时，合金的延展性将严重劣化或谓脆化。因此研究奥氏体合金系统的现有技术中，合金中的碳量均会控制在0.54-1.3wt.％之间。而于此碳含量的铁锰铝碳钢则是借由添加钼、铌，及/或钨以增加机械强度，然而，添加上述元素虽可增加铁锰铝碳奥氏体钢材的机械强度，但也因为此类合金在时效处理过程容易在奥氏体晶界上沉淀粗大碳化物，因而造成延展性(即伸长率)下降的问题，使得利用此类钢料制成的热加工工具于使用过程容易有开裂的情况产生。

申请人的美国专利第9,528,177揭示了一种具有特定含量的铁、锰、铝，及碳的铁锰铝碳四元合金，所述铁锰铝碳四元合金利用将碳含量控制在介于1.4wt.％至2.2wt.％而可令所述铁锰铝碳四元合金在固溶化处理(SHT)后的淬火期间，借由旋节分解(spinodaldecomposition)相变态机制于奥氏体基相中形成高密度且细致的κ′-碳化物，使所述铁锰铝碳四元合金具有优异的延展性以及高机械强度。然而，于所述铁锰铝碳四元合金中添加强碳化物形成元素，例如铬、钛，及钼等元素，并无法对奥氏体基相中高密度且细致的κ′-碳化物的形成有明显的效果，因此并不建议于所述铁锰铝碳四元合金中添加所述强碳化物形成元素。

发明内容

本发明的目的，即在提供一种在室温具有优异机械性质且不影响延展性、在高温下也具有优异强度的奥氏体(Austenite)合金钢。

本发明奥氏体合金钢包含25wt.％至31wt.％的锰、7wt.％至10wt.％的铝、1.2wt.％至1.6wt.％的碳、大于0wt.％且小于6wt.％的钼，以及平衡量的铁。

较佳地，所述奥氏体合金钢，其中，所述锰的比例介于26wt.％至30wt.％，所述铝的比例介于8wt.％至10wt.％。