专利名称：：热加工用钢的制作方法
技术领域：
：本发明涉及热加工用钢，即涉及用于在加工材料的热条件下加工的钢。所述钢的用途的典型实例为用于挤压轻金属(主要为铝)的工具。另一应用形式为锻造工具。本发明还涉及所述钢在制备热加工工具中的用途以及涉及由所述钢制备的工具。
背景技术：
：对于高质量热加工工具有许多要求，例如良好的耐热磨损性和其它特性如耐回火性、韧性、淬透性(hardenability)和强度的有利组合。对于最佳的工具性能这些特性都满足是重要的。用于挤压金属(如铝)的工具暴露于有关温度、压力和磨损高要求的操作条件下。挤压是指处于塑化条件(plasticizedcondition)下的材料通过限制装置(restriction)/喷嘴(nozzle)压制，并在限制装置/喷嘴中形成受挤压的材料的挤出轮廓/形状。因此，挤压喷嘴必须具有高强度与良好耐热磨损性和良好耐高温回火性，因为材料如铝通常在约500-600。C的温度挤压。一种熟知并长期使用的热加工用钢为按照AISI表示的H13(或者Hll),其具有以下标称组成，以重量％计0.30-0.40C、0.20-0.40Mn、0.80-1.20Si、4.75-5.50Cr、1.25-1.75Mo、0.80-1.20V、余量的铁和不可避免的杂质，而对于Hll，以重量％计0.30-0.50V，其余部分与H13相同。多年以来，对许多不同研发路线进行了研究，目的是改进常规钢H13的某些特性。例如EP632139、US4,886,640和US4,853,181。上述所有钢的一种共同缺点为其具有相对高含量的贵合金材料(expensivealloyingmaterials)。人们认识到这是一个主要缺点，长期以来都需要使其减少到最小。
发明内容基于多年的实验，目前我们已经成功通过具有以下化学组成的钢将上述问题减少到最小，以重量％计0.30-0.50%C0-1.5%Si0-1.8%Mn1,5-3.5%Cr0.3-0.9%(Mo+W/2)0.4-0.8%(V+N/2)余量的铁和不可避免的杂质。由于本发明，目前可以提供一种热加工用钢，对于大多数应用，其具有与传统H13钢相当的特性，.但合金成本几乎仅为一半(就目前的金属价格)。基于不同种H13型钢已经在市场上存在较长时间这一实事，可以理解其必将被认为出人意料，我们能发现一种如此有效的合金来解决上述问题，尤其是当考虑到对抗铝的耐热磨损性和导热率的重要特性相比传统H13合金得到了提高。尽管淬透性有点减弱，但因为市场上大多数挤压工具都是用于相当小的尺寸，据估计约70-80%的存在的产品可使用这种新合金，导致大多数(ataflmctionality)成本大大降低而其余的保持不变。除非另有说明，本说明书中关于钢的化学组成总是重量百分比，而关于钢的结构组分是体积百分比。以下关于单独的合金材料以及它们之间的相互关系和钢的结构和热处理的内容是真实的。应存在足够量的碳以在热处理之后得到所述所需硬度的钢并有助于淬透性。因此，必须有至少0.3%且最好约0.4%的碳。太多的碳对于韧性有负效应，因此上限应为约0.45%。硅作为制备钢的残余元素而存在，其含量通常至少为0.2%，更经常为约1%。硅增加钢中的碳活性从而有助于得到足够硬度的钢。其也有助于足够的耐氧化性和回火性。太高的含量会由于固溶硬化导致脆性问题，因此硅在钢中的最大含量为1.5%,优选不大于1.2%。锰、铬和钼在钢中的含量应足够高以得到所述足够淬透性的钢。钼除了有助于淬透性外，还具有有助于良好的耐回火性的特性。因此，已证明所需钼的含量至少为0.3%，但不大于0.8%。优选使用0.6%的钼。除了淬透性，铬还有助于合金的耐氧化性，其存在的含量应为至少1.5%,但不大于3.0%。铬的标称含量优选为2.6%。锰的存在含量应至少为0.7%,以在钼和铬的限制含量的情况下有助于得到所述所需淬透性的钢，使钢具有特征。所述钢不应包含大于1.8%的锰。锰的标称含量优选为1.4%。钒在钢中的含量应为至少0.4%且不大于0.7%。钒也有助于得到所述钢，其具有良好的耐回火性、良好的耐磨损性，且通过形成碳化钒还有助于良好的强度，该碳化钒有助于形成较细的晶体结构。常规、已知的生产技术可用于制备所述钢。附图简述在以下实验描述中，将参考附图，其中图1表示气体氮化的样品试验4小时后所需的耐热磨损的图2表示试验8小时后相应的试验结果。实施例以实验室规模的钢锭形式制备三种合金，其重量为50kg，通过以下工艺制备在1270。C锻造成60x60mm的尺寸。以850。C/2h软退火，以10。C/h冷却至600。C,之后在空气中自由冷却。所研究的料锭(charges)的化学组成如下表1所示。表l.所研究的料锭的化学组成(重量％)，余量为铁和杂质。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>所述合金根据下表2进行热处理。表2.奥氏体化温度和回火温度，和各种合金预期的硬度。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>根据表2制成各种类型的具有5x10x30mm尺寸的板材样品。样品的一个表面，5x30mm的一侧，被细抛光成具有RA为约0.10-0.15pm。对不同样品进行研究以比较对抗铝的热磨损性。图1显示气体氮化的(gasnitrided)样品约4小时之后的体积磨耗。该图显示根据本发明制备的两种样品，即样品6和7，与参比钢(2号样品)相比都具有改进的耐磨损性。图2显示由相应的8小时试验得到的结果，表明在该试验中也可证实本发明的改进的耐磨性。在一种情况下(6号样品)，与传统H13钢(2号样品)相比，关于耐磨性的改进大于50%。因此明显地是，当将本发明的钢与经典H13钢(2号样品)相比时，其非常重要的属性耐磨性得到了很大改进，尽管该较低的合金材料含量和较低的成本，所述经典H13钢的组成为，按重量％计0.30-0.40C、0.20-0.40Mn、0.80-1.20Si、4.75-5.50Cr、1.25-1.75Mo、0.80-1.20V、余量的铁和不可避免的杂质，本发明的钢的组成为，按重量％计0.4C、0,5-1.0Si、1.2-1.4Mn、2.2-2.5Cr、0.5-0.6Mo、0.5-0.6V。考虑到在本
技术领域：
中的常规认识，这些结果是出人意料的，因为一般的教导是降低铬和/或钼和/或钒的含量将导致减弱的氮化合(nitrification)潜能。根据一般教导，根据本发明对钢所作的改变，与传统H13钢相比，应相应地导致相对可见的削弱的氮化合潜能和由此产生的削弱的耐磨性。显然，在本发明钢中产生某些机理，导致优异的氮化合潜能，从而得到良好的耐磨性，尽管铬、钼和钒的含量降低。应理解，本发明不仅限于上述优选的、较窄的范围，而是有许多变体(如权利要求1所定义)在本发明的范围内，并且仍然保持所需的良好特性。本发明特别优选的方面列在从属权利要求中。从下表(表3)清楚可知，根据本发明的钢满足H13钢所需的特性，该表给出了重要特性的加权比较(weightedcomparison),其中10为最高评定，相应于最好的测试结果(为比较传统H13钢和本发明的钢)，对比样品的评定与最好评定进行加权。表3.<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>从该表清楚的是，本发明的评定相对于H13钢的重要特性而言非常好，且甚至有可能在对抗铝的耐磨性和导热率的非常重要的特性方面获得改进的评定，尽管合金成本降^f氐几乎50%。权利要求1.热加工用钢，其特征在于其具有以下化学组成，以重量％计0.30-0.50％C0-1.5％Si0-1.8％Mn1.5-3.5％Cr0.3-0.9％(Mo+W/2)0.4-0.8％(V+N/2)余量的铁和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的钢，其特征在于(Mo+Cr)的含量，以重量％计，小于3.5%。3.根据权利要求l所述的钢，其特征在于Mn的含量，以重量％计，大于1%。4.根据前述权利要求任一项所述的钢，其特征在于C的含量，以重量%计，为0.38-0.46，优选0.40-0.44%C。5.根据前述权利要求任一项所述的钢，其特征在于Si的含量，以重量%计，为0.3-1.35%，优选0.5-1.2%。6.根据前述权利要求任一项所述的钢，其特征在于Mn的含量，以重量%计，为0.3-1.5%,优选0.5-1.35%。7.根据前述权利要求任一项所述的钢，其特征在于Cr的含量，以重量%计,为0.7-3.0%,优选2.2-2.8%。8.根据前述权利要求任一项所述的钢，其特征在于Mo的含量，以重量%计，为0.45-0.8%,优选0.5-0.7%。9.根据前述权利要求任一项所述的钢，其特征在于V的含量，以重量%计,为0.45-0.7。10.4艮据前述^L利要求任一项所述的钢，其特征在于Cr的含量与Mo的含量之比，以重量％计，为。/。Cr/。/。Mo〉3。11.根据前述权利要求任一项所述的钢，其特征在于Mo的含量和V的含量都小于0.7重量％。12.根据权利要求11所述的钢，其特征在于V的含量为0.5-0.6重量％。13.根据权利要求1所述的钢，其特征在于其包含不大于0.05重量％的Al。14.根据权利要求l所述的钢，其特征在于A1的含量，以重量％计，为0.3-1.0%，优选约0.7%。15.热加工用钢，其特征在于其具有根据上述权利要求任一项所述的化学组成。16.根据权利要求10或11所述的热加工用钢，其特征在于其在200°C具有的导热率大于26W/m°C。17.根据权利要求l-12任一项所述的钢在制备用于挤压的工具、优选用于挤压铝的工具中的用途。全文摘要本发明涉及热加工用钢，其具有以下化学组成，以重量％计0.30-0.50％C、0-1.5％Si、0-1.8％Mn、1.5-3.5％Cr、0.3-0.9％(Mo+W/2)、0.4-0.8％(V+N/2)、余量的铁和不可避免的杂质。文档编号C22C38/24GK101415854SQ200780011700公开日2009年4月22日申请日期2007年3月30日优先权日2006年4月6日发明者奥德·桑德伯格,本格特·克莱伦夫乔德申请人:尤迪霍尔姆工具公司