[发明专利]工具钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及工具钢，尤其是涉及在淬火和回火时发生各向同性地膨胀的工具钢及其制备方法。

背景技术

常规上，工具钢被广泛地用于形成模具(例如冲模、压模或拉模)以及与所述模具连接的模具部件，其中所述模具用于冷锻、精密锻造、连续冲压、可塑成型、温锻、粉末成型和磁体成型。

工具钢是需要具有高硬度的材料，因此，通过对工具钢进行淬火和回火处理，工具钢的结构就转变为马氏体结构，从而赋予了所需的硬度，这种工具钢被用作上述模具等的材料。

由于淬火和回火，工具钢的体积发生膨胀。当这种膨胀为各向同性的膨胀时不会产生问题，但是，常规的冷作工具钢会产生各向异性且不均匀的膨胀，因此在模具等的制造过程中会产生严重问题。

对于含有大量碳化物的工具钢来说，工具钢容易特别显著地产生各向异性且不均匀的膨胀。但是，尚未阐明这一现象的原因。

例如，在模具制造过程中，工具钢的各向异性且不均匀的膨胀会产生如下问题：

在模具制造的过程中，工具钢先大致形成具有一定形状和尺寸的粗模具，其中通过将由热处理引起的尺寸变化添加至所需的模具尺寸中来初步评价所述的形状和尺寸，随后对该粗模具施加淬火和回火处理，最后对其进行精加工，从而形成具有所需形状的模具。

在模具材料(工具钢)由于淬火和回火而产生各向同性的膨胀的情况下，模具可大致形成一定的形状和尺寸，使得其在所有方向上发生等量的膨胀。

但是，当模具材料由于淬火和回火在一个方向上发生较大地延伸(膨胀)而在另一个方向上发生较小地延伸或收缩时，需要在淬火和回火之前测定模具材料的尺寸，并且要将在另一个方向上发生的尺寸变化考虑在内。

但是，模具材料由于淬火和回火而发生延伸的方向还随着待形成模具的材料从原料中取出时的方向的不同而不同。因此，淬火和回火后尺寸不具有重现性，因此不能够按照所需精度来控制模具的尺寸。这一缺陷大大阻碍了模具的制造。

因此，例如，与满足普通用户所需要的模具尺寸精度±0.03％(当模具长度为100mm时，尺寸精度为±30μm)相比，热处理之前模具的尺寸通常被均匀地制大(约+0.06％)，从而使得即使由于淬火和回火而不能控制尺寸(+0.06±0.03％＝0.03％至0.09％)时，也可以保证具有足够的机械加工余量(+0.03％或更大，当被切削后机械加工余量低于0.03％时，要除去1μm至30μm，从机床等的刚度的角度来看，该切削较为困难)。

但是，当精加工的机械加工余量最高变为0.09％，并且同时工具钢基本上为具有高硬度的材料的情况下，热处理后的加工需要相当长的时间(假定在每个0.03％的条件下都进行切削，则需要进行三次切削)。

或者，还产生下列严重的问题：切削工具承受的负荷过量增加(当通过一次处理加工余量为0.09％时)，导致切削工具断裂。

因此，非常需要降低机械加工余量。但是，由于控制由热处理而引起的不均匀膨胀的因素尚未揭示出来，因此至今仍未找到对策。

专利文献JP-A-2005-113161披露了这样一种技术，该技术的目的是解决热锻工具钢的热膨胀率的各向异性的问题。在该情况中，热膨胀率为施加了淬火和回火热处理的材料(没有相变)随温度而发生膨胀的比率。

本发明涉及淬火和回火中的热处理，即，在产生相变时工具钢的尺寸变化的各向同性。因此，在是否存在相变这一点上，本发明与专利文献JP-A-2005-113161中所披露的技术有根本的区别。因此，在产生相变时本发明的工具钢的尺寸变化的各向同性不应该由该专利文献来评价。

另外，专利文献JP-A-2003-226939披露了这样一种技术，该技术通过控制热锻工具钢中的碳化物和非金属夹杂物的粒径和数量来提高加工性。

但是，该文献未披露本发明所要解决的问题，并且在用于克服这一问题的技术方面，本发明也区别于该专利文献中所披露的技术。

发明内容

基于上述情况完成了本发明，本发明的目的是提供一种工具钢及其制备方法，其中所述工具钢在满足作为工具钢的55HRC的使用硬度的同时，还表现出伴随有相变的、由于淬火和回火而产生的各向同性的尺寸变化。

即，本发明涉及如下1至7项的内容。

1.一种工具钢，其包含：

0.55质量％至0.85质量％的C、

0.20质量％至2.50质量％的Si、

0.30质量％至1.20质量％的Mn、

0.50质量％或更低的Cu、

0.01质量％至0.50质量％的Ni、

6.00质量％至9.00质量％的Cr、