[发明专利]退火钢材及其制造方法

说明书

本发明提供一种退火钢材及其制造方法，以质量％计，该退火钢材的组成包含0.28≤C＜0.42，0.01≤Si≤1.50，0.20≤Mn≤1.20，4.80≤Cr≤6.00，0.80≤Mo≤3.20，0.40≤V≤1.20和0.002≤N≤0.080，余量为Fe和不可避免的杂质；其中所述退火钢材具有厚度为200mm以上且宽度为250mm以上的截面尺寸，并具有100HRB以下的硬度；并且根据等效正圆的直径换算，在微结构中观察到的最大铁素体晶粒的直径为120μm以下，碳化物面积比率为3.0％以上且低于10.5％，并且碳化物平均粒径为0.18μm以上0.29μm以下。本发明的退火钢材具有大的截面，并且能够抑制淬火时粗奥氏体晶粒的生成。

技术领域

本发明涉及一种退火钢材及其制造方法。具体而言，本发明涉及一种退火钢材，其在淬火温度下不生成粗奥氏体晶粒，并且适合用作热加工工具(如模具)用材料，本发明还涉及一种制造所述退火钢材的方法。

背景技术

压铸模具在(例如)淬火和回火状态下使用。压铸模具要求在使用过程中几乎不破裂并且经久耐用。其原因是因为如果模具在早期出现裂缝，则要停止生产以更换模具，从而导致生产力降低。此外，必须制造用于更换的新模具，导致成本增加。这是另一个原因。

通过提高冲击值可获得几乎不破裂的压铸模具。作为一个例子，根据以下所述的非专利文献1，据认为，具有20J/cm²以上的冲击值的模具在使用中几乎是不破裂的，因此，从安全性角度出发，通常要求模具具有超过25J/cm²的冲击值。本文所述的冲击值是指将通过U型缺口冲击试样(试样宽度：10mm，试样高度：10mm，缺口深度：8mm，缺口底部半径：1mm)评估所得的吸收能(J)除以试样截面积(0.8cm²)所得到的值。

图1示出了冲击值与JIS SKD61材料在马氏体相变之前的淬火温度下生成的奥氏体晶粒尺寸之间的关系的图表，其中该JIS SKD61材料在马氏体相变之后的回火硬度为45HRC。如图1所示，在淬火时生成的奥氏体晶粒尺寸大的情况下，冲击值降低。因此，有必要使淬火温度下的奥氏体晶粒尺寸更细，从而提高冲击值。

因此，压铸模具需要具有高冲击值，而淬火温度下的奥氏体晶粒尺寸更细可获得高冲击值。另一方面，由于加热温度高和保持时间长，增加了奥氏体晶粒生长和粗化的风险。鉴于此，已对淬火时的加热温度和保持时间加以注意，从而使奥氏体晶粒不长大。在JISSKD61材料的情况中，淬火时，加热温度适宜为1,020℃至1,040℃，而保持时间适宜为30分钟至6小时。

下述专利文献1公开了一种热加工模具：以重量％计，其包含C：0.42％至0.55％，Si：1.20％以下，Mn：0.1％至1.5％，Cr：4.05％至6.50％，W和Mo中的至少一种元素：1/2W+Mo为1.0％至3.0％，和V：0.2％至1.5％，余量为Fe和不可避免的杂质；碳化物面积比率为2％以上，所述碳化物未进入固溶体并且粒径为15μm以上；并且在2,400μm²中的碳化物数量为200以上。

专利文献1：JP-A-H06-145884

专利文献2：JP-A-2003-226939

非专利文献1：Denki-seiko(Electric Furnace Steel),76卷,No.4(2005),287页

发明内容

然而，即使淬火的加热温度和保持时间是适宜的，在某些情况下淬火温度下仍生成大的奥氏体晶粒(按照等效正圆换算，直径超过100μm)。在这种情况下，不是结构的整个表面都变成了粗晶粒，而是很多情况下形成混合晶粒结构，其包含混合状态的细晶粒(以等效正圆换算，直径为35μm以下)和粗晶粒，该混合晶粒结构具有低冲击值。在图2中示出了经过淬火以及随后的回火之后的微结构的例子。