模具用钢的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及印模钢和模具钢，并且更具体地涉及用于形成树脂材料的注射成型用 的模具的注塑模具印模材料。
【背景技术】
[0002] 对于塑料模具印模具有如硬度和导热率等各种优异的特性是必要的。专利文 献1公开了具有高导热率、硬度和耐腐蚀性的塑料成型模具用钢，其包含，以质量％计， 0· 22 % -0· 35 % 的 C ;0· 01 % -0· 40 % 的 Si ;0· 10 % -L 20 % 的 Mn ;0· 030 % 以下的 P ; 0· 05% -0· 20% 的 Cu ;0· 05% -L 00% 的 Ni ;5· 0% -10. 0% 的 Cr ;0· 10% -L 00% 的 Mo ;大 于 0· 50%至 0· 80% 的 V ;0· 01% -0· 2% 的 Ν，0· 0100% 以下的 0 ;和 0· 050% 以下的 A1，余量 为Fe和不可避免的杂质。
[0003] 专利文献 I :JP-A-2010-174319
【发明内容】
[0004] 如上所述，专利文献1中公开的模具用钢具有优异的耐热性、硬度和耐腐蚀性。然 而，近几年，响应于塑料成型工艺的多样化，要求模具用钢具有更多样的特性。
[0005] 例如，由于树脂制品的高强度化，将硬质玻璃纤维混入树脂制品中的情况的次数 增加。在此类树脂的注射成型时，由于玻璃纤维的硬度使得模具的磨耗成为严重的问题。存 在因为由于模具的磨耗使得制品的形状变化，所以尺寸精度的要求随时间变得较不满意的 可能性。因此，有必要使模具具有高硬度，结果，具有高耐磨耗性。此外，因为模具具有较高 的硬度，由于不可能形成由于碳化物或夹杂物从模具表面的脱落产生的微小孔（针孔），由 此抛光时不可能产生如擦伤等微小缺陷，期望模具的镜面抛光性变得优异。
[0006] 当模具的表面微小地凹凸（波浪状）时，波纹转印至树脂制品，从而使树脂制品表 面的平滑性降低，结果，损害设计性。因此，优选镜面抛光后的模具不存在波纹。由于由组 分的偏析产生波纹，所以期望模具用钢中偏析少。此外，在为了将类似皮革的图案转印至树 脂制品的表面的目的，进行通过借助使用化学品腐蚀模具的表面形成类似皮革的图案的压 花加工的情况下，由于由偏析导致的化学组分的不均匀分布产生压花程度的不同（压花不 均匀），模具用钢的偏析对树脂制品的设计性的影响变得特别大。
[0007] 此外，随着近几年树脂制品的大型化，模具的尺寸变得更大。存在当模具的尺寸增 加时淬火速度（淬火时的冷却速度）变小的倾向。此外，随着生产地域的全球化，在热处理 的设备或技术不充分的环境中进行模具的淬火的情况的次数增加。在这种情况下，模具的 淬火速度在许多情况下减小。当模具的淬火速度减小时，在具有降低的淬透性的钢的情况 下，在淬火时容易析出珍珠岩。当珍珠岩析出时，在模具的镜面抛光时珍珠岩中的碳化物从 其中脱落，由此优选削去珍珠岩部分并且容易产生针孔。针孔转印至树脂制品作为凸状结 构，从而损害树脂制品表面的设计性。此外，即使在模具表面的附近具有相对大的淬火速度 并且珍珠岩不太可能在其中析出的情况下，模具内部具有比其表面附近更低的淬火速度并 且处在其中珍珠岩容易析出的状态。在合模或树脂注射的情况下将机械应力重复地施加至 使用中的模具。通过施加此类应力导致金属疲劳时，因为模具内部析出的珍珠岩变为断裂 的起点，所以来自模具内部的断裂倾向于容易发生。此外，为了使树脂快速冷却并固化，在 许多情况下将水冷却回路设置在注射成型用模具的内部。在水冷却回路的表面上析出珍珠 岩的情况下，珍珠岩也可能变为裂纹的起点。以该方式，从确保模具的镜面抛光性或抑制其 断裂的观点，必要的是模具用钢具有改进的淬透性并且抑制珍珠岩的析出。
[0008] 此外，如上所述在模具中设置水冷却回路的情况下，当模具用钢具有低耐腐蚀性 时，存在因为水冷却回路变得生锈并且狭窄所以水的流量减少，由此损害冷却能力的可能 性。此外，还存在因为其中锈已深深地侵食的部位变为起点所以产生裂纹的可能性。因此， 为了维持冷却能力和防止腐蚀和裂纹的目的，模具用钢需要具有高耐腐蚀性。
[0009] 此外，在塑料模具印模中，为了确保镜面抛光性并抑制断裂的目的，除了珍珠岩以 外抑制S-铁氧体的析出是重要的。当在凝固和热加工期间析出δ-铁氧体时，淬火和回火 后S-铁氧体残存。由于δ-铁氧体的部分比其周围的马氏体更软，所以用于抛光的研磨 粒容易刺向其并且在抛光期间容易产生如擦伤等微小缺陷。刺入的研磨粒或产生的擦伤降 低模具的表面粗糙度并且损害镜面抛光性。此外，由于δ-铁氧体与母相之间的界面起到 裂纹的起点或传播路径的作用，所以在其中存在S-铁氧体的模具用钢中容易产生裂纹。 此外，由于在许多情况下δ-铁氧体以通过加工而伸长的状态残存，所以其中存在δ-铁氧 体的模具中机械性质的各向异性变大并且对沿特定方向的力容易产生裂纹。从上述观点来 看，在确保镜面抛光性并且抑制断裂的可能性方面，使S-铁氧体难以析出是必要的。
[0010] 此外，传统上，为了抑制模具的裂纹，已要求模具用钢具有作为耐裂纹性的指标的 高冲击值。特别是，近几年，如上所述随着模具的大型化和在其中设备和技术不充分的环境 下进行淬火的可能性，需要即使在淬火速度小的情况下（在慢淬火时）模具用钢也具有高 冲击值。
[0011] 此外，要求高循环生产（缩短一个循环成型所需要的时间）用于树脂的注射成型。 即，使模具内部注射的树脂快速冷却并固化是必要的。为此，优选使模具快速冷却下来。因 此，要求模具用钢具有高导热率。
[0012] 如上所述，近几年，随着待成型的树脂制品的多样化和模具的制造环境的多样化， 要求构成用于树脂材料的注射成型的模具的钢具有各种特性。此处，通过本发明解决的课 题为提供具有高硬度、耐偏析、耐珍珠岩的析出、高耐腐蚀性、耐S-铁氧体的析出、慢淬火 时的高冲击值和高导热率的模具用钢。
[0013] 为了解决上述问题，本发明提供模具用钢，其包含以质量％计的：
[0014] 大于0· 27%且小于0· 36%的C ;
[0015] 大于0.07%且小于0.40%的51;
[0016] 大于L 00 %且小于8. 80 %的Cr ;
[0017] 大于 0. 25 %且小于 0. 80 % 的 Mo ;
[0018] 大于0.50%且小于0.75%的V ;
[0019] 大于0· 0005%且小于0· 05%的N ;和
[0020] Mn,
[0021] 余量为Fe和不可避免的杂质，
[0022] 其中满足"-0· lCr+1. 10〈Μη〈-0· lCr+1. 50" 的表达式。
[0023] 模具用钢优选满足"N〈-0. 04V+0. 050"的表达式。
[0024] 模具用钢可进一步包含选自以质量％计的：
[0025] 大于0· 10%且4. 00%以下的W和
[0026] 大于0· 10 %且3. 00%以下的Co的一种或两种。
[0027] 模具用钢可进一步包含选自以质量％计的：
[0028] 大于 0· 004%且 0· 100% 以下的 Nb ;
[0029] 大于 0· 004%且 0· 100% 以下的 Ta ;
[0030] 大于0· 004%且0· 100%以下的Ti ;和
[0031] 大于0· 004%且0· 100%以下的Zr的一种以上。
[0032] 模具用钢可进一步包含以质量％计的：
[0033] 大于0· 10%且小于L 2%的Al。
[0034] 模具用钢可进一步包含选自以质量％计的：
[0035] 大于0.30 %且3. 5 %以下的Ni和
[0036] 大于(λ 30%且L 5%以下的Cu的一种以上。
[0037] 模具用钢可进一步包含以质量％计的：
[0038] 大于 0· 0001 %且 0· 0050% 以下的 B。
[0039] t旲具用钢可进一步包含以质量％计的：
[0040] 大于 0.003%且 0.050%以下的3;
[0041] 大于 0· 0005 %且 0· 2000% 以下的 Ca ;
[0042] 大于 0· 03%且 0· 50% 以下的 Se ;
[0043] 大于 0· 005 %且 0· 100% 以下的 Te ;
[0044] 大于0.01 %且0.50 %以下的Bi ;和
[0045] 大于0.03 %且0.50 %以下的Pb的一种以上。
[0046] 模具用钢在25°C下的导热率优选为20W/m/K以上。
[0047] 通过包括上述组分的组成，根据本发明的模具用钢具有处于良好平衡的高硬度、 耐偏析、耐珍珠岩的析出、高耐腐蚀性、耐δ -铁氧体的析出、慢淬火时的高冲击值和高导 热率的全部。
[0048] 此处，在满足"N〈-0. 04V+0. 050"的表达式的情况下，模具用钢具有特别高的冲击 值。
[0049] 此外，在模具用钢包含选自上述特定量的W和Co的一种以上的情况下，可容易达 到特别高的硬度。
[0050] 此外，在模具用钢包含选自上述特定量的Nb、Ta、Ti和Zr的一种以上的情况下，即 使当淬火时的加热温度变得更高或加热时间变得更长时也抑制奥氏体晶粒的粗大化，由此 容易维持高冲击值或镜面抛光性。
[0051] 此外，在模具用钢包含上述特定量的Al的情况下，通过键合至包含在模具用钢中 的N原子而形成的Al的氮化物可抑制奥氏体晶