專利名稱：：冷加工用鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種新的冷加工用鋼，即旨在用于制造冷加工工具的鋼。典型的用途是下料刀具、沖壓工具、深拉模具等。敘述本發(fā)明本發(fā)明的目的在于提供冷加工用鋼，該鋼的化學成份經(jīng)權(quán)衡從而使之滿足了以下要求-為取得高生產(chǎn)率它易于用非粉末冶金的方法制造而且有良好的熱加工性能；-它能以如下的尺寸范圍制造，該范圍為從最小尺寸，如φ10mm或更小至φ500mm，或相應(yīng)的正方形的或扁的截面尺寸；-它不含任何大量的粗大的初次碳化物；-它有良好的熱處理性能，其中這指的是，它能從中等高度的奧氏體化溫度被淬火；-它有良好的淬透性，即在大尺寸的情況下被淬透的能力；-在熱處理及應(yīng)用時，它有良好的尺寸穩(wěn)定性，后一條件特指它對時效(ageing)的敏感性很小。-它能通過回火而被二次硬化，從而達到60-64HRC的硬度；-它有良好的表面沉積性能，這指的是，它能被氮化、表面硬化或表面涂覆PVP及CVD；-它有良好的電火花加工性能，-它有適宜的耐磨性；-它有適宜的韌性；-它有高的抗壓強度；及-它有良好的疲勞性能、切削性能及研磨性能。首先檢驗一系列本領(lǐng)域已知的冷加工用鋼，其化學成份列于表1中。表1檢驗的現(xiàn)有技術(shù)鋼的化學成分檢測表1中的鋼，或參照顯微組織進行對比，這包括夾雜物的類型和特點、對熱處理的靈敏性、淬透性、奧氏體化之后及回火之后的硬度，尺寸穩(wěn)定性、電火花加工性、沖擊韌性、抗彎強度、耐磨性，抗壓屈服點，研磨性及切削性能。在被檢驗的鋼中，沒有一種具備所需的，各方面的性能組合。在持續(xù)的開發(fā)工作中，鑒于已取得的成果，設(shè)計了一系列經(jīng)過修正的要求，其中首先考慮到硬度和碳化物體積對韌性和耐磨性的影響。在開發(fā)工作的第二階段更仔細地檢驗了C、N、Mn、V和Mo含量的很小的變化怎樣地影響看這些關(guān)鍵性能，如韌性，對熱處理的靈敏度、淬透性、2次硬化、抗回火穩(wěn)定性及耐磨性。在這種工作中，制成了7種50kg重的實驗料，其化學成份(％重量)列于表2。表2化學成份(％重量)將全部料都鍛成60×60mm的棒。材料檢驗表明滿足這種被提出的要求的鍛態(tài)的鋼，在上述不同性能方面均是最好的鋼具有以下的化學成份(％重量)0.82-0.97C，0.70-1.10Si，0.38-0.62Mn，至少7.6但小于8.0Cr。最多0.40Ni，2.30-2.70Mo，最多0.25W，0.35-0.55V，余量的Fe，雜質(zhì)及正常含量的附帶元素。該鋼通常還含最多0.15N，更好是最多0.03N，最多0.30Cu及最多6ppmH。Al含量必須是最大0.1％，更好是最多0.045％，但作為鋼脫氧處理帶來的殘留元素，其含量一般為0.010-0.045％。這種鋼一般含0.92C、0.95Si、0.5Mn、7.8Cr、2.5Mo、0.45V。至于該鋼的顯微組織，在1000-1080℃奧氏體化，冷至室溫，1-數(shù)次180-650℃回火后，是由回火馬氏體組成的，該回火馬氏體所含的碳化物總體積為3-6％(體積)，更好是3-5％(體積)，其中0.25-0.45％(體積)是MC碳化物，其余主要是M7C3碳化物。初次碳化物為約4％(體積)是適宜的。本發(fā)明的鋼可用常規(guī)方法，通過生產(chǎn)熔體而制成，該熔體被鑄成錠，錠被熱加工成棒狀，板狀等，用該棒或板可制成工具及其它物品，為取得具有所需組合性能的成品，可使其經(jīng)受熱處理?？捎萌魏蔚暮罄m(xù)熔融冶金工藝步驟，如電渣重熔(ESR)或固化熔滴堆積鑄造等替換工藝，如以O(shè)sprey的名稱而公知的工藝補充該常規(guī)的鋼錠生產(chǎn)工藝。本發(fā)明鋼的特征和目的將以后附的權(quán)利要求和對較佳實施方案的描述而得知。附圖描述，參照附圖對所進行的實驗進行說明，所述在沖壓超高強度鋼板方面沖壓磨損與沖壓次數(shù)關(guān)系。說明較佳實施方案本發(fā)明的鋼旨在用于制造冷加工工具。冷加工工具比如被用于汽車工業(yè)進行下料、沖壓、壓制和彎曲薄鋼板等作業(yè)。在該領(lǐng)域中，近年來已開發(fā)出一些超高強度鋼。SSABTunnplatAB已開發(fā)出這些鋼中的一種，其商品名為DocolTM1400DP，而且除Fe和不可避免的雜質(zhì)之外，它一般還含(％重量)0.18C、0.50Si、1.80Mn、0.015P、0.002S、0.040Al及0.030Nb。這種鋼以0.50-2.00mm的規(guī)格制造，按交貨條件，它具有表3所列的機械性能。表3加工材料的機械性能側(cè)面沖擊防護體系中的零部件，保險杠加強件，座椅框架，摩托車中的橫梁及結(jié)構(gòu)件是這種鋼的典型應(yīng)用領(lǐng)域。所進行的研究旨在評價該鋼用作制造所述類型產(chǎn)品的工具的可實現(xiàn)性及評估該鋼與其它市售的冷加用鋼的性能比較。被檢測的鋼的化學成份列于表4中。鋼No.19是本發(fā)明的鋼。用電弧爐生產(chǎn)了35噸這種鋼。用此鋼鑄成了錠，該錠經(jīng)鍛造和軋制而成為棒狀。該鋼中所含的Ni、Nb、Ti和Cu是來自所用原料的殘留物，因而不是故意加入的。為使鋼脫氧曾加過Al，因而所述的Al含量是來自此工藝的殘留物。鋼No.20是符合上述US-A-5，160，553的鋼，它是由另外的生產(chǎn)者制造的。這種市售的由本申請人參照其化學成份進行了分析。鋼No.21、22和23是由本申請人制造的市售的鋼。表4中的鋼No.21-23的各含量是標稱含量。鋼No.21是常規(guī)制造的鋼，而鋼No.22、23是用粉末冶金法生產(chǎn)的。除表4所列的各種元素的含量外，這些鋼還含正常量的，來自用于制造該鋼原料的雜質(zhì)。表4化學成份(％重量)<tablesid="table3"num="003"><table>鋼No.CSiMnPSCrNiMoWVNbTiCuAlNO余量190.910.90.520.0210.00078.070.122.590.0360.480.0020.0060.690.025n.a.n.a.Fe201.060.790.390.0210.00018.850.222.190.0910.510.140.00520.070.891n.a.n.a.Fe211.550.30.3≤0.030≤0.03012.00.80.8Fe221.51.00.4≤0.02≤0.0158.01.54.0Fe232.071.00.4≤0.02≤0.0156.81.55.35Fe</table></tables>n.a.=未分析用鋼No.19-23的棒制成沖頭直徑為10mm的沖頭。該棒的尺寸列于表5中。所有的沖頭取自該棒材的心部并與該棒的方向交叉，而沖頭的縱向與該棒的高度方向是一致的。該加工材料由所述的DocolTM1400DP構(gòu)成，其厚度為10mm。為得到最高水平的強度，冷軋此鋼并對之施以熱處理，因而達致了良好的耐磨性、延展性/韌性指標。用15噸外心壓機進行沖壓作業(yè)。沖壓速率為200次/分；沖壓間隙為6％；無潤滑。用三棱鏡測量磨損，在沖壓前、后測量弧線偏差。將該差值轉(zhuǎn)換為以μm2表示的數(shù)值，用它代表磨損。表5展示了試驗參數(shù)并記載了沖壓20000次后的沖頭磨損量。該表還展示了對工具的熱處理。所有的工具從所示的奧氏體化溫度淬火(在表5中的TA表示此溫度)，冷卻后回火2次，每次以表5所示溫度回火2小時。表5在附圖中，展示了整個沖壓試驗過程中的磨損。該結(jié)果可以下面的方式解釋。粉末冶金法制成的鋼No.22、23有足夠的延展性，從而避免了沖頭邊緣的顯微碎屑(microchipping)，而鋼No.23的最小的磨損歸因于其中的V含量較高。本發(fā)明的鋼No.19中的合金元素的化學成份經(jīng)過很好地權(quán)衡，因而該鋼有各種性能的平衡組合，其中磨損控制著沖頭邊緣的顯微碎屑。其耐磨性優(yōu)于合金含量很高的鋼No.21，而且可與V含量高的，用粉末冶金法生產(chǎn)的，高級的鋼No.22和23的耐磨性相匹敵。尤其是，鋼No.20具有明顯的產(chǎn)生沖頭邊緣顯微碎屑的趨向，這解釋了為何在試驗中它表現(xiàn)不良。權(quán)利要求1．冷加工用鋼，其特征在于它有以下的化學成份(％重量)0.82-0.97C，痕量-最多1.10Si，痕量-最多0.62Mn，至少7.6但小于8.0Cr，2.30-2.70Mo，0.35-0.55V，余量的Fe及以來自該鋼制造過程中的殘留元素形態(tài)存在的正常量的雜質(zhì)。2．權(quán)利要求1的冷加工用鋼，其特征為，它含至少0.70Si和至少0.38Mn。3．權(quán)利要求1的冷加工用鋼，其特征為，它含最多0.25W。4．權(quán)利要求1的冷加工用鋼，其特征為，它含最多0.40Ni。5．權(quán)利要求1的冷加工用鋼，其特征為，它含最多0.15N，而更好是最多0.03N。6．權(quán)利要求1的冷加工用鋼，其特征為，它含最多0.30Cu。7．權(quán)利要求1的冷加工用鋼，其特征為，它含0.85-0.95C。8．權(quán)利要求1的冷加工用鋼，其特征為，它含0.46-0.54Mn。9．權(quán)利要求1的冷加工用鋼，其特征為，它含2.40-2.60Mo。10．權(quán)利要求1的冷加工用鋼，其特征為，它含0.4-0.5V。11．權(quán)利要求1的冷加工用鋼，其特征為，它含0-0.1的Al，更好是最多0.045Al，適宜地是0.010-0.045Al。12．權(quán)利要求1的冷加工用鋼，其特征為，它含0.92C、0.95Si、0.5Mn、7.8Cr、2.5Mo、0.45V。13．權(quán)利要求1-2中的任何一項的冷加工用鋼，其特征為，它在1000-1080℃奧氏體化，冷至室溫，180-650℃一次或多次回火后含3-6％(體積)碳化物，最好是3-5％(體積)碳化物，其0.25-0.45％(體積)是MC碳化物，而其余主要是M7C3碳化物。14．權(quán)利要求1-13項中的任何一項的冷加工用鋼的用途，它用于制造冷作工具。15．權(quán)利要求14的用途是用于金屬板的下料、沖壓或成形。16．權(quán)利要求14的用途是用于加工結(jié)構(gòu)件，最好是加工鋼板。17．權(quán)利要求14的用途是用于加工汽車工業(yè)、大型家用器具業(yè)及電器工業(yè)中用作結(jié)構(gòu)件的金屬板。全文摘要冷加工用鋼有以下化學成份(%重量):0.82—0.97C,痕量－最多1.10Si,痕量－最多0.62Mn,至少7.6但小于8.0Cr,2.30—2.70Mo,0.35—0.55V及余量的Fe及以來自煉鋼時的殘余元素形態(tài)存在的,含量正常的不可避免的雜質(zhì)。文檔編號C21D6/00GK1295625SQ9980447公開日2001年5月16日申請日期1999年3月8日優(yōu)先權(quán)日1998年3月27日發(fā)明者奧德·桑德伯格,博吉·約翰森申請人:尤迪霍爾姆工具公司