專利名稱：韌性優(yōu)異的模具用鋼材的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠用于各種模具的韌性優(yōu)異的模具用鋼材的制造方法。
背景技術(shù)：
模具用鋼材一般是對通過鑄造得到的坯料進行熱加工形成形狀，接著進行退火來制造的。然后，對該退火材料進行制成模具形狀的機械加工和淬火回火，從而制作調(diào)整為規(guī)定使用硬度的模具。以往，一直要求塑料成型等耐腐蝕性和研磨性的模具用鋼材使用以JIS-SUS420J2為代表的高C-高Cr的馬丁體系不銹鋼、其改良鋼材(專利文獻I 3)。由這些成分組成構(gòu)成的模具用鋼材通過淬火回火能夠得到50HRC的高硬度，所以使用時的耐摩耗性也優(yōu)異。但是，在該淬火回火后的高硬度的狀態(tài)下，不容易機械加工成模具形狀，所以一般以例如小于30HRC的低硬度的上述退火材料的狀態(tài)來提供，將其機械加工成模具形狀后，淬火回火成上述使用硬度。這些模具用鋼材還有以預(yù)先淬火回火的預(yù)硬狀態(tài)來提供的模具用鋼材。預(yù)硬狀態(tài)的模具用鋼材在其淬火回火的狀態(tài)下機械加工成模具形狀，所以能夠解決因淬火回火而產(chǎn)生的熱處理變形的課題。例如，將上述退火材料在30HRC左右進行淬火回火來提供的情形下，雖然機械加工時的被切削性(工具壽命)比退火材料低，但是機械加工本身并不困難。于是，提供的模具用鋼材被機械加工，再次淬火回火至上述50HRC左右的使用硬度?；蛘撸瑢⑼嘶鸩牧洗慊鸹鼗鹬?0HRC左右來以預(yù)硬狀態(tài)提供的情形下，以該硬度也能進行機械加工，所以也能夠?qū)ζ溥M行機械加工并以該狀態(tài)下的硬度使用。專利文獻1:日本特開平04-002745號公報專利文獻2:日本特開平03-097829號公報專利文獻3:日本 特開2007-277639號公報

發(fā)明內(nèi)容
專利文獻I 3提出的馬丁體系不銹鋼的成分組成適于獲得高硬度的模具。但是，由于這些模具用鋼材的成分組成含有大量C，所以通過上述熱加工后的退火，容易在其組織中分布粗大的碳化物。然后，該粗大的碳化物即使通過后續(xù)的淬火回火也難以消除。其結(jié)果，如果在經(jīng)過機械加工而完成的模具的組織中大量存在該粗大的碳化物，則模具的韌性劣化，從而可能導致使用時的開裂等模具早期的破損。本發(fā)明的目的是在提供由SUS420J2、專利文獻I 3等中提出的成分組成的馬丁體系不銹鋼形成的模具用鋼材時，提供能夠提高其韌性的制造方法。本發(fā)明的發(fā)明人調(diào)查了在退火后的鋼材中分布粗大的碳化物的現(xiàn)象發(fā)生的原因。其結(jié)果，查明了該現(xiàn)象是因為直至進行到下次退火為止的溫度經(jīng)歷對熱加工后的坯料所具有的組織形態(tài)造成影響而發(fā)生的。因此，將該溫度經(jīng)歷與作為前一工序的熱加工的條件一同相互進行了重新研究，發(fā)現(xiàn)如果適當進行熱加工的條件管理和熱加工后坯料的溫度經(jīng)歷的管理，則能夠抑制退火時粗大的碳化物生成，從而完成了本發(fā)明。
S卩，本發(fā)明是一種韌性優(yōu)異的模具用鋼材的制造方法，是對以質(zhì)量％計含有C:
0.3 0.5%、Cr:12.0 16.0%的成分組成的馬丁體系的不銹鋼坯料進行熱加工，接著將上述熱加工了的上述不銹鋼坯料進行退火的模具用鋼材的制造方法，其特征在于，上述熱加工由[(熱加工前不銹鋼坯料的厚度-熱加工后不銹鋼坯料的厚度)/熱加工前不銹鋼坯料的厚度]XlOO的式計算出的加工率為55%以上，并且，將上述熱加工后的不銹鋼坯料冷卻至Ms點以下的溫度后，接著加熱至退火溫度來進行上述退火。優(yōu)選上述退火溫度為600°C以上和/或1000°C以下?；蛘撸M一步優(yōu)選供給到熱加工的上述不銹鋼坯料采用重熔法制作。另外，本發(fā)明是一種模具用鋼材的制造方法，其特征在于，在上述退火后進行淬火回火來形成預(yù)硬狀態(tài)的模具用鋼材。根據(jù)本發(fā)明的制造方法，能夠提高SUS420J2、專利文獻I 3等中提出的成分組成的模具用鋼材的韌性，是尤其對提供大型模具有用的制造方法。


圖1是表示利用本發(fā)明的方法和現(xiàn)有方法制造的模具用鋼材的一個例子的退火后金屬微觀組織的圖代用照片。圖2是表示熱加工時加工率對利用本發(fā)明的方法和比較法制造的模具用鋼材的韌性帶來的影響的一個例子的圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的特征在于，通過將熱加工后的坯料直到退火為止所經(jīng)過的以往的溫度經(jīng)歷與其熱加工時的條件一同相互進行重新研究，提出最佳的熱加工和溫度管理的方法。以下，對本發(fā)明的各構(gòu)成要素進行說明。(I) 一種模具用鋼材的制造方法，對以質(zhì)量%計含有C:0.3 0.5%、Cr:12.0 16.0%的成分組成的馬丁體系的不銹鋼坯料進行熱加工，接著將上述熱加工的上述不銹鋼坯料進行退火。如上述所述，本發(fā)明的目的是提高SUS420J2、專利文獻I 3等中提出的成分組成的模具用鋼材的韌性。然后，也如上所述，該模具用鋼材是按照通常的方法對該成分組成的馬丁體系不銹鋼坯料進行熱加工，接著進行退火而制造的。以下，對坯料的成分組成(即，模具用鋼材的成分組成)進行說明(以下，“質(zhì)量％”的標記簡寫為“％”)。.(::().3 0.5%C是提高淬火性、進而用于獲得50HRC以上充分的淬火回火硬度所必要的元素。但是，如果過多，則在淬火后變得容易發(fā)生淬裂。因此，在本發(fā)明中為0.3 0.5%。優(yōu)選0.33%以上和/或0.45%以下。.Cr:12.0 16.0%Cr是提高淬火性、用于得到高淬火回火硬度所必要的元素。而且，Cr是提高模具用鋼材的耐腐蝕性的重要元素。但是，如果過多，則導熱率顯著降低。如果導熱率高，則能夠縮短作為模具使用時的加熱.冷卻的熱循環(huán)所需時間，從而優(yōu)選。因此，在本發(fā)明中為12.0 16.0%。優(yōu)選12.5%以上和/或15.0%以下。
作為本發(fā)明的制造方法所涉及的模具用鋼材的成分組成優(yōu)選的組成范圍如下所示，其中包括其他元素。C:0.3 0.5% (優(yōu)選為0.33%以上和/或0.45%以下)S1: 1.0%以下(優(yōu)選為0.2%以上和/或0.7%以下)Mn: 1.0%以下(優(yōu)選為0.2%以上和/或0.7%以下)P:0.05%以下(優(yōu)選為0.03%以下)S:0.01%以下(優(yōu)選為0.005%以下)N1:無添加 1.0% (優(yōu)選為0.5%以下)Cr:12.0 ~ 16.0% (優(yōu)選為 12.5% 以上和 / 或 15.0% 以下)Mo和W中I種或2種:以(Mo + 1/2W)式計為O 1.5% (優(yōu)選0.1%以上和/或
1.0%以下)Fe:實質(zhì)上為余量(例如，含有余量Fe和不可避免的雜質(zhì))Si是雖然具有提高被切削性的效果，但是如果過多，則使導熱率極端降低的元素。Mn是雖然具有提高淬火性、抑制鐵素體生成的效果，但是如果過多，則極端地提高基體的粘度而降低被切削性的元素。P是如果過多則降低熱加`工性、韌性的元素。S是如果過多則降低熱加工性、耐腐蝕性，而且助長韌性的各向異性的元素。Ni雖然也具有提高淬火性、還提高耐腐蝕性的效果，但如果過多，則是降低導熱率的元素。Mo和W雖然具有提高回火時的硬度的效果，但是如果過多，則在淬火時不能徹底固溶為基體，反而降低回火硬度。(2)上述熱加工使由[(熱加工前不銹鋼坯料的厚度-熱加工后不銹鋼坯料的厚度)/熱加工前不銹鋼坯料的厚度]XlOO的式計算出的加工率為55%以上。對本發(fā)明所涉及的不銹鋼坯料進行熱加工時，為了提高其加工性和使碳化物的固溶所帶來的成分均質(zhì)化，通常將該坯料加熱至奧氏體單相域的溫度后進行熱加工。于是，對于以組織中的碳化物的微細化為目的的本發(fā)明而言，有效的是該熱加工結(jié)束時組織中的晶粒是微細的。即，在后述的冷卻過程以后，該組織中的奧氏體晶界成為碳化物的析出位點，所以通過預(yù)先使冷卻前的晶粒微細，能夠使該析出位點增加，從而使退火后的碳化物微細。因此，在本發(fā)明中，重要的是使熱加工上述不銹鋼坯料時的加工率以由下式得到的計算值計為55%以上。即，通過使該加工率為55%以上，在熱加工中的組織中能夠出現(xiàn)加工變形蓄積和再結(jié)晶重復進行的動態(tài)再結(jié)晶(dynamic recrystallization)的現(xiàn)象,從而晶粒被充分微細化，并有效地增加碳化物的析出位點。優(yōu)選60%以上的加工率，進一步優(yōu)選65%以上的加工率。另外，對于預(yù)先使晶粒微細而言，其本身也具有對使破壞的組織單元縮小發(fā)揮作用、提高模具用鋼材的韌性等機械特性的效果。加工率(％)=[(熱加工前不銹鋼坯料的厚度-熱加工后不銹鋼坯料的厚度)/熱加工前不銹鋼坯料的厚度]X100(3)將上述熱加工后的不銹鋼坯料冷卻至Ms點以下的溫度后，接著加熱至退火溫度來進行上述退火。結(jié)束了上述熱加工的坯料如果原樣放置，則從加工結(jié)束溫度起逐漸降溫。此時，由于坯料在加工后的冷卻過程中經(jīng)過碳化物析出的溫度域，因此，尤其在奧氏體晶界上容易析出微細的碳化物。另外，在實際的操作中，為了省略再次的加熱工序來實現(xiàn)效率化，該冷卻過程中的坯料立刻向退火爐插入。所以，以往析出了上述微細的碳化物的熱加工后的坯料具體而言在300 500°C附近的、沒有充分冷卻的狀態(tài)下，再次加熱至退火溫度，暴露于長時間的退火環(huán)境。于是，本發(fā)明的發(fā)明人查明了通過該溫度經(jīng)歷，上述微細的碳化物生長為能使模具用鋼的韌性降低的粗大的碳化物。因此，本發(fā)明的發(fā)明人研究了即使熱加工后的坯料析出上述微細的碳化物，也能夠在下一退火工序中 抑制該碳化物生長的方法。其結(jié)果查明:如果對于上述結(jié)束熱加工而增加了碳化物的析出位點的坯料，在冷卻過程不進行到退火而冷卻至Ms點以下的溫度，使坯料進行馬丁體組織化后再加熱至退火溫度，則能夠抑制碳化物的粗大化。即，通過該馬丁體相變，組織中進一步增加能夠在下一退火工序中析出碳化物的位點。其結(jié)果，在退火中能夠向晶界擴散的碳、鉻的量減少，即使在晶界存在碳化物，其生長也被抑制。應(yīng)予說明，冷卻熱加工后的坯料的溫度優(yōu)選低于Ms點。優(yōu)選(Ms點_30°C)以下，進一步優(yōu)選(Ms點-50°C)以下的溫度。具體而言，按150°C以下、100°C以下、50°C以下的溫度順序降低而優(yōu)選。但是，如果過低，則存在發(fā)生淬裂的可能性。因此，優(yōu)選(TC以上的溫度。應(yīng)予說明，對于冷卻速度，只要是本發(fā)明所涉及的不銹鋼坯料能夠進行馬丁體組織化，就沒有必要特別規(guī)定。于是，對其而言，只要能夠確保例如空氣冷卻以上的快速冷卻速度就足夠。(4)優(yōu)選上述退火溫度為600°C以上和/或1000°C以下。在退火狀態(tài)下進行機械加工時，熱加工后的退火具有降低硬度、提高加工性的效果。而且，具有抑制后面工序中發(fā)生開裂、彎曲的效果。并且，對于由上述成分組成構(gòu)成的不銹鋼，通過在組織中使Cr碳化物均勻析出而呈現(xiàn)出的“晶界的釘扎效果”，能夠在其后的淬火時抑制晶粒的粗大化，還具有能夠抑制韌性降低的效果。為了得到這些效果，尤其是為了充分得到釘扎效果，退火溫度優(yōu)選為600°C以上。但是，如果退火溫度過高，則上述Cr碳化物的析出變得困難，因此優(yōu)選1000°C以下。更優(yōu)選650°C以上和/或950°C以下。間隔例如直至室溫以下的冷卻，退火可重復進行2次以上。然后，進一步優(yōu)選上述退火溫度為A3點以上。例如，為750°C以上。如果在A3點以上進行退火，則在組織中形成新奧氏體粒，與此相伴，能夠析出碳化物的位點也增加。其結(jié)果，通過與上述相同的作用，能夠進一步抑制碳化物的生長。另外，增加碳化物的析出位點也會增加組織中碳化物的數(shù)密度。這些大量的碳化物在以后的淬火時呈現(xiàn)出上述“釘扎效果”，從而對晶粒的微細化發(fā)揮作用。重復2次以上的退火時，優(yōu)選至少I次以上以A3點以上的溫度實施。(5)優(yōu)選供給到熱加工的上述不銹鋼坯料是采用重熔法得到的。對于本發(fā)明所制造的不銹鋼而言，優(yōu)選在上述退火時使Cr碳化物均勻析出。因此，作為起始坯料的鋼塊優(yōu)選極力降低成分偏析。另外，將該不銹鋼用于特別是塑料成型用的模具等時，優(yōu)選極力減少對鋼材的研磨性造成不良影響的Al2O3等非金屬夾雜物。由于上述原因，供給到熱加工的鋼坯料優(yōu)選采用電渣重熔法、真空電弧重熔法等消耗電極式重熔法來獲得。(6)優(yōu)選在上述退火后進行淬火回火來制成預(yù)硬狀態(tài)的模具用鋼材。如上所述，退火后的模具用鋼材能夠以適當淬火回火至所需硬度的預(yù)硬狀態(tài)來提供，例如25 45HRC的硬度。于是，如果重視機械加工時的被切削性(工具壽命)，則優(yōu)選淬火回火至25 35HRC左右。另外，如果在機械加工后不進行再次的淬火回火，則優(yōu)選淬火回火至也考慮到使用硬度的35 45HRC左右。實施例1利用真空電弧重熔法，準備具有表I的化學成分的馬丁體系不銹鋼的鋼塊。這些鋼塊的Ms點為約200°C，A3點為約800°C。接著，將這些鋼塊加熱至1100 1200°C，進行由上述式得到的加工率為約58%的熱加工后，按照表2的條件冷卻，接著進行I次或2次退火。此時，熱加工后的冷卻為空氣冷卻，冷卻溫度以坯料的表面溫度進行管理。另外，退火是通過將在加熱爐中保持了規(guī)定時間的坯料直接爐冷而進行的。于是，對這些退火材料進行適用于50HRC預(yù)硬的淬火回火的、通常從1030°C起的淬火和350°C的回火，評價淬火回火后的硬度和韌性。韌性的評價采用IOR夏比沖擊試驗片，測定室溫下的沖擊值。表I(質(zhì)量％)
權(quán)利要求
1.一種韌性優(yōu)異的模具用鋼材的制造方法，其特征在于，對以質(zhì)量％計含有C:0.3 0.5%,Cr:12.0 16.0%的成分組成的馬丁體系的不銹鋼坯料進行熱加工，接著將所述熱加工了的所述不銹鋼坯料退火， 所述熱加工由[(熱加工前不銹鋼坯料的厚度-熱加工后不銹鋼坯料的厚度)/熱加工前不銹鋼坯料的厚度]XlOO的式計算出的加工率為55%以上，并且， 將所述熱加工后的不銹鋼坯料冷卻至Ms點以下的溫度后，接著加熱至退火溫度來進行所述退火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的韌性優(yōu)異的模具用鋼材的制造方法，其特征在于，所述退火溫度為600°C以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的韌性優(yōu)異的模具用鋼材的制造方法，其特征在于，所述退火溫度為1000°C以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的韌性優(yōu)異的模具用鋼材的制造方法，其特征在于，所述不銹鋼坯料采用重熔法獲 得。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的韌性優(yōu)異的模具用鋼材的制造方法，其特征在于，在所述退火后，進行淬火回火來制成預(yù)硬狀態(tài)的模具用鋼材。
全文摘要
本發(fā)明涉及韌性優(yōu)異的模具用鋼材的制造方法。發(fā)明提供韌性優(yōu)異的由馬丁體系的不銹鋼制成的模具用鋼材的制造方法。發(fā)明是一種模具用鋼材的制造方法，是對以質(zhì)量%計含有C0.3～0.5%、Cr12.0～16.0%的成分組成的馬丁體系的不銹鋼坯料進行熱加工，接著將上述熱加工成的上述不銹鋼坯料進行退火的模具用鋼材的制造方法，上述熱加工由［(熱加工前不銹鋼坯料的厚度-熱加工后不銹鋼坯料的厚度)/熱加工前不銹鋼坯料的厚度］×100的式計算出的加工率為55%以上，并且將上述熱加工后的不銹鋼坯料冷卻至Ms點以下的溫度后，接著加熱至退火溫度來進行上述退火。于是，模具用鋼材的制造方法在上述退火后，進行淬火回火來制成預(yù)硬狀態(tài)的模具用鋼材。
文檔編號C21D1/26GK103114242SQ20121035858
公開日2013年5月22日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者菅野隆一朗, 關(guān)山孝明, 岸山圓 申請人:日立金屬株式會社