[发明专利]冷加工工具钢

说明书

技术领域

发明涉及氮合金化的冷加工工具钢(冷作工具钢，cold work tool steel)。

背景技术

氮和钒合金化的粉末冶金(PM)工具钢由于它们独特的高硬度、高耐磨性和优异的耐擦伤性(耐咬住性，galling resistance)的组合而获得相当大的兴趣。这些钢在其中占主导的疲劳机制为粘附性磨损或擦伤的情况下具有宽范围的应用。典型的应用领域包括冲裁(blanking)和成型、精密冲裁、冷挤压、深拉和粉末压制(powder pressing)。将基础钢组合物雾化、使其经历氮化、并且之后将粉末填充到包囊(capsule)中并使其经历热等静压压制(HIP)以制造各向同性钢。用此方式制造的高性能钢为。其具有高的碳、氮和钒含量，且还与显著量的Cr、Mo和W合金化，这导致包含类型MX(14体积％)和M₆C(5体积％)的硬质相的显微结构(mircostructure)。所述钢描述于WO 00/79015 A1中。

尽管具有非常吸引人的性质概况(profile)，但是一直力求改善工具材料以进一步改善所制造的产品的表面品质以及延长工具寿命，特别地在其中擦伤是主要问题的严格的工作条件下。

发明内容

本发明的目的是为先进的冷加工提供具有改善的性质概况的氮合金化的粉末冶金(PM)制造的冷加工工具钢。

本发明的另一目的是提供具有导致所制造的部件的表面品质改善的组成和显微结构的粉末冶金(PM)制造的冷加工工具钢。

通过提供具有如权利要求中所阐明的组成的冷加工工具钢显著地实现前述目的以及另外的优势。

发明定义在权利要求中。

具体实施方式

下面简要地解释所主张的合金的单独元素的重要性和它们彼此的相互作用以及化学成分的限制。所述钢的化学组成的全部百分比在整个说明书中以重量％(wt.％)给出。个体元素的上限和下限可在权利要求1中所阐述的界限内自由地进行组合。

碳(0.5-2.1％)

碳以0.5％的最小含量、优选地至少1.0％存在。碳的上限可被设定为1.8％或2.1％。优选的范围包括0.8-1.6％、1.0-1.4％和1.25-1.35％。碳对于MX的形成和对于淬火(硬化，hardening)是重要的，其中金属M主要为V，但是Mo、Cr和W也可存在。X为C、N和B的一种或多种。优选地，调节碳含量以获得在奥氏体化温度下溶解于基体中的0.4-0.6％C。无论如何，应该控制碳量使得所述钢中的类型M₂₃C₆、M₇C₃和M₆C的碳化物的量受到限制，优选地所述钢不含所述碳化物。

氮(1.3-3.5％)

氮在本发明中对于MX型的硬质碳氮化物的形成是必要的。因此，氮应该以至少1.3％的量存在。下限可为1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2.0％、2.1％或甚至2.2％。上限为3.5％，且其可被设定为3.3％、3.2％、3.0％、2.8％、2.6％、2.4％、2.2％、2.1％、1.9％或1.7％。优选范围包括1.6-2.1％和1.7-1.9％。

铬(2.5-5.5％)

铬以至少2.5％的含量存在以提供足够的淬透性。为了在热处理期间提供在大的横截面中良好的淬透性，Cr优选为较高的。如果铬含量过高，则这可导致不期望的碳化物例如M₇C₃的形成。另外，这还可增大残余奥氏体在显微结构中的倾向。下限可为2.8％、3.0％、3.2％、3.4％、3.6％、3.8％、4.0％、4.2％、4.35％、4.4％或4.6％。上限可为5.2％、5.0％、4.9％、4.8％或4.65％。铬含量优选为4.2-4.8％。

钼(0.8-2.2％)

Mo已知对淬透性具有非常有利的效果。钼对于获得良好的二次硬化响应是必要的。最小含量为0.8％，且可被设定为1％、1.25％、1,5％、1.6％、1.65％或1.8％。钼是强的碳化物形成元素。然而，钼还是强的铁素体形成物。而且由于限制除MX之外的硬质相的量的原因，也需要约束Mo。具体地，应该将M₆C-碳化物的量限制至优选地≤3体积％。更优选地，M₆C-碳化物应该不存在于显微结构中。因此钼的最大含量为2.2％。优选地Mo被限制至2.15％、2.1％、2.0％或1.9％。

钨(≤1％)