专利名称：用于挤压工具的钢的制作方法
用于挤压工具的钢 本发明涉及意图用于各种热成形工具和模具中的钢，特别是用于挤压铝合金或其它非铁金属的热成形工具和模具中的钢。尽管初始设计用于挤压工艺，但是所述材料也能用于其中待成形的金属承受高于600°c的温度的其它热成形工艺，虽然所述钢能够被用于较低温度或甚至环境温度下的工艺。所考虑的钢的组成使其可被归类为热加工工具钢，其主要特征在于较低含量的高成本合金化元素例如钥和钒，但是具有比现有技术概念的常规钢更大的耐回火性(tempering resistance)(或硬度损失抵抗性)。提供了本发明钢的另外替代品以便增加渗氮后的硬度，并且可产生比常规钢甚至更高的性能水平，同时由于较简单的化学组成而保持低的成本。通过仔细设计合金并设定下述元素的最佳范围而可能实现这种效果:碳、铬、钥和铝。术语热加工工具被应用于在工业中采用的且专注于生产用于机械应用的零件尤其是汽车零件的大量热成形操作中。最常见的热成形工艺是钢的锻造、以及非铁合金的挤压或铸造。在高温下(典型高于500°C/600°C)执行的其它应用也可被归类为热加工。在这些应用中，模子、模具、冲头、嵌块和其它成形装置可用如下通用术语进行归类:热加工工具。这些工具通常由钢制成，所述钢需要特殊的性能以便承受利用这些工具的工艺中的高温和机械作用力。在热加工钢的关键性能中，下述性能引人关注:高温回火后的抵抗性、对硬度损失的抵抗性(称为耐回火性)，韧性，淬硬性，和物理特性，诸如热导率和比热。用于非铁合金特别是铝合金的挤压模具是利用本发明钢的主要热加工目标。这些典型的模具构成巴西和国外的工具钢市场的重要分部。在该应用中，这些钢是非常标准化的，基于诸如ABNT H13 (参见表I)之类的钢，其品质要求不如其它应用例如压力模具铸造严格，而是强调较低的生产成本。金属合金的成本增加(尤其是Mo和V)显著损害该分部，从而更渴望低成本的替代品。已经采用了低合金钢例如DIN 1.2714(表I中给出的化学组成)。但是，其由于减小的热强度和较低的渗氮后硬度而导致的较低耐磨性妨碍其得到应用。最近的发展(例如US 2009/0191086)关注于通过减小的Cr、Mo和V含量而减少合金化元素。但是，减少Cr含量产生不利的影响。首先，合金的组成不足以实现高的回火后硬度(在600°C下回火后至少为45HRC)。其次，减小的Cr含量也可产生较低的渗氮后硬度，这不适合于挤压应用，考虑到在这些应用中通过渗氮产生的明显益处(目前几乎所有挤压模具均被渗氮)。表1:现有技术概念的钢的典型化学组成。示出了总和Mo+V+Co，因为这些元素具有最高的成本且与工具钢的最终成本密切相关。含量按质量百分比计且Fe为余量。对于所有挤压应用，W含量为低， 通常〈0.1%。
权利要求
1.关于挤压工具的钢，其特征在于，合金化元素的组成按质量百分比基本由如下构成:0.40 至 0.60 的 C、低于 1.0 的 S1、低于 0.030 的 Ρ、2.5 至 4.5 的 Cr,0.5 至 0.7 的 Mo,0.10至1.0的V、低于1.0的Mn、至多1.0的Al，其余由Fe和不可避免的有害物质构成。
2.关于挤压工具的钢，其特征在于，合金化元素的组成按质量百分比基本由如下构成:0.40 至 0.60 的 C、低于 0.50 的 S1、低于 0.030 的 Ρ、3.0 至 4.2 的 Cr,0.55 至 0.65 的 Mo、0.30至0.8的V、低于0.8的Mn、至多0.80的Al，其余由Fe和不可避免的有害物质构成。
3.关于挤压工具的钢，其特征在于，合金化元素的组成按质量百分比基本由如下构成:0.45 至 0.55 的 C、低于 0.5 的 S1、低于 0.030 的 Ρ、3.5 至 4.2 的 Cr、0.55 至 0.65 的 Mo、0.30至0.50的V、低于0.50的Mn、至多0.60的Al，其余由Fe和不可避免的有害物质构成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于挤压工具的钢，其特征在于，Al含量限于0.10，按质量百分比计。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的用于挤压工具的钢，其特征在于，铝含量(0.05，按质量百分比计。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于挤压工具的钢，其特征在于，钴和镍的含量〈1.0，按质量百分比计。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于挤压工具的钢，其特征在于，磷和硫的含量〈0.030，按质量百分比计。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于挤压工具的钢，其特征在于，磷含量〈0.010，按质量百分比计。
9.根据权利要求1至8中任 一项所述的用于挤压工具的钢，其特征在于，以lMo=2W的比率用W替代Mo。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的用于挤压工具的钢，其特征在于，以lV=2Nb或ITi的比率用Nb或Ti替代V。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的用于挤压工具的钢，其特征在于，在淬火和回火以实现30HRC至60HRC的硬度之后使用，接着进行渗氮热处理以获得800HV至1500HV的表面硬度至0.50mm的最大厚度。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的用于挤压工具的钢，其特征在于，所述钢被应用于模子、模具和通用工具中，用于在室温或至多1300°C的温度下对固体材料和液体材料进行成形。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的用于挤压工具的钢，其特征在于，在铁合金或非铁合金的锻造、挤压或铸造的应用中，所述钢被应用到用于在300°C至1300°C的温度下使金属成形的工具。
14.根据权利要求1至11中任一项所述的用于挤压工具的钢，其特征在于，所述钢被应用到非铁合金特别是铝合金的热挤压工具，以及被应用到实心型材或管材的挤压模具。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的用于挤压工具的钢，其特征在于，生产所述钢以便用于涉及坯料铸造以及热成形和冷成形的工艺，或者甚至与熔融的总体结构一起使用。
16.根据权利要求1至14中任一项所述的用于挤压工具的钢，其特征在于，生产所述钢以便用于涉及液态金属的破碎的工艺，例如粉末冶金、粉末注射或通过喷射成形的工艺。
全文摘要
本发明涉及用于挤压工具的钢，所述钢具有比常规H13钢更低的成本和提高的耐回火性，其化学组成如下(按重量百分比计)0.4至0.6的碳；小于1的硅；小于0.03的磷；2.5至4.5的铬；0.5至0.7的钼，可用钨以2W/1Mo的比率替代钼；0.1至1的钒；小于1的锰；Fe和不可避免的杂质基本上构成余量。作为用于提供高的渗氮后表面硬度的选项，本发明的钢可具有至多1.0的Al含量；但是为了高韧性的目的，Al含量必须保持低于0.10。
文档编号C22C38/00GK103097562SQ201180020085
公开日2013年5月8日 申请日期2011年3月4日 优先权日2010年3月8日
发明者C·A·巴尔博扎, R·A·梅斯基塔 申请人:维拉雷斯金属股份公司