[發明專利]具有較低δ鐵素體含量的不銹模具鋼無效

申請號：	201080059664.5	申請日：	2010-11-10
公開（公告）號：	CN102859021A	公開（公告）日：	2013-01-02
發明（設計）人：	C·A·巴博索;R·阿涅利麥斯基塔	申請（專利權）人：	維拉雷斯金屬股份公司
主分類號：	C22C38/20	分類號：	C22C38/20;C21D1/25
代理公司：	中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038	代理人：	李帆
地址：	巴西***	國省代碼：	巴西;BR
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摘要：
搜索關鍵詞：	具有鐵素體含量不銹模具鋼
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【說明書】：

本發明是一種用于塑料成形模具中的一般應用的不銹鋼，且特別是但不限于熱室模具。其主要特征是與模具制造有關的性質的組合，例如機械加工性能、可焊性和低成本（與低鎳（Ni）含量相關聯），并且在稱為δ鐵素體的不期望顯微組織相的控制方面容易處理。由于這些模具制造和鋼制造的優點，本發明允許顯著降低的模具成本。

通常操作工具和模具以成形其它材料，熱塑性聚合物材料（一般稱為塑料）或金屬材料。根據用來制造工具的材料的性質，這些用于室溫或約700℃的高溫下的工藝中。本發明的鋼特別用于如下的模具或模具裝置：該模具或模具設備暴露于室溫或低于500℃的溫度并且必須耐腐蝕。此類應用的典型實例是在塑料成形模具中使用的熱室，其不超過300℃。對于此類情況而言，溫度/水冷卻的組合作用可導致腐蝕，這解釋了對不銹鋼的需要。并且，由于經機械加工材料的高含量，應當優化機械加工性能。

除這兩種特征（耐腐蝕性和機械加工性能）之外，經常在模具鋼上應用焊接以進行小修補和模具調整。然而，具有高的鉻含量（12至17%）和中等碳含量（約0.4%）的常規馬氏體不銹鋼具有極高的淬硬性，從而在焊接區域中引起顯著硬度和潛在的開裂（參見表1）。因此，低碳合金的開發有時是期望的。

表1：現有技術中利用的傳統鋼的典型化學組成。示出馬氏體的近似硬度以便凸顯由高碳含量引起的艱難可焊性。含量為質量百分比且Fe為余量。

*典型值；并非由標準規定

除這些冶金性質之外，成本問題已變得甚至更加關鍵。強烈的競爭，尤其是考慮到全世界可獲得的低成本模具，使得模具制造商尋找低成本的選擇。在這些條件下，負面的冶金因素是δ鐵素體不存在時的顯微組織穩定性。碳和鎳是促成奧氏體相和消除馬氏體鋼中的δ鐵素體的最重要元素。然而，關于可焊性問題，存在上述的碳限制。并且，對于鎳，成本限制是顯著的。碳含量越高，對鎳的需要越低，因此合金的成本越高。

正在進行新的開發以解決此類問題。例如，專利US?6,358,334和US?6,893,608B2采用高水平的銅和氮來解決低鎳和碳的不銹鋼的生產（參見表2）。然而，δ鐵素體的出現對于它們兩者而言都是顯著的，且高達10%的水平是常見的。另一方面，這些合金中的δ鐵素體的控制影響合金鍛造和層壓溫度。表2示出用于這些合金的由“Thermocalc”熱力學計算軟件計算的平衡溫度。當與高硫含量組合時，低溫可能易于引起開裂或者在成形設備（通常是鍛壓機或層壓軋機）中的過大功率。因此，考慮所有這些事項，存在某些現有技術的低碳和鎳的鋼，但是對其進行處理并不是容易的任務，這導致昂貴的工藝和隨之而來的合金成本的增加。

因此，顯然需要具有高機械加工性能、低鎳和碳含量及增加的加工能力的不銹鋼。為了允許降低煉鋼過程的成本，材料的成形溫度應顯著高于現有技術鋼的成形溫度。

本發明的鋼將滿足所有這些需要。

表2：比表1所示鋼更新近開發的現有技術鋼。含量以質量百分比計且Fe為余量。由于低碳含量，這些合金中的馬氏體的硬度為約35HRC。

*對于AISI?420鋼而言，成形溫度可以達到1260℃。

能夠以較低的δ鐵素體含量并且在鍛造和層壓工藝期間約30℃更高溫度下生產本發明提出的模具用不銹鋼。其化學組成也缺少例如鎳和鉬的高成本元素，但是鉻含量足以保證抗氧化性。并且，如前所述，由于較低的碳含量，因此能夠實現可焊性要求。

為了滿足上述條件，本發明的合金具有由下列構成的合金化元素組成，以質量百分比計：

*碳：在0.01和0.2之間，且優選在0.03和0.10之間，典型為0.05。

*氮：在0.01和0.07之間，優選在0.03和0.06之間，典型為0.055。

*錳：2.0和4.0之間，優選在2.2和3.0之間，典型為2.5。

*鎳:0.01和1.0之間，優選在0.1和0.5之間，典型為0.3。

*鉻：11.0和13.0之間，優選在11.5和12.5之間，典型為12.0。

*鉬和鎢：總數應低于1.0，優選低于0.5，典型低于0.2。