模具用鋼的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及印模鋼和模具鋼，并且更具體地涉及用于形成樹脂材料的注射成型用 的模具的注塑模具印模材料。
【背景技術】
[0002] 對于塑料模具印模具有如硬度和導熱率等各種優異的特性是必要的。專利文 獻1公開了具有高導熱率、硬度和耐腐蝕性的塑料成型模具用鋼，其包含，以質量％計， 0· 22 % -0· 35 % 的 C ;0· 01 % -0· 40 % 的 Si ;0· 10 % -L 20 % 的 Mn ;0· 030 % 以下的 P ; 0· 05% -0· 20% 的 Cu ;0· 05% -L 00% 的 Ni ;5· 0% -10. 0% 的 Cr ;0· 10% -L 00% 的 Mo ;大 于 0· 50%至 0· 80% 的 V ;0· 01% -0· 2% 的 Ν，0· 0100% 以下的 0 ;和 0· 050% 以下的 A1，余量 為Fe和不可避免的雜質。
[0003] 專利文獻 I :JP-A-2010-174319
【發明內容】
[0004] 如上所述，專利文獻1中公開的模具用鋼具有優異的耐熱性、硬度和耐腐蝕性。然 而，近幾年，響應于塑料成型工藝的多樣化，要求模具用鋼具有更多樣的特性。
[0005] 例如，由于樹脂制品的高強度化，將硬質玻璃纖維混入樹脂制品中的情況的次數 增加。在此類樹脂的注射成型時，由于玻璃纖維的硬度使得模具的磨耗成為嚴重的問題。存 在因為由于模具的磨耗使得制品的形狀變化，所以尺寸精度的要求隨時間變得較不滿意的 可能性。因此，有必要使模具具有高硬度，結果，具有高耐磨耗性。此外，因為模具具有較高 的硬度，由于不可能形成由于碳化物或夾雜物從模具表面的脫落產生的微小孔（針孔），由 此拋光時不可能產生如擦傷等微小缺陷，期望模具的鏡面拋光性變得優異。
[0006] 當模具的表面微小地凹凸（波浪狀）時，波紋轉印至樹脂制品，從而使樹脂制品表 面的平滑性降低，結果，損害設計性。因此，優選鏡面拋光后的模具不存在波紋。由于由組 分的偏析產生波紋，所以期望模具用鋼中偏析少。此外，在為了將類似皮革的圖案轉印至樹 脂制品的表面的目的，進行通過借助使用化學品腐蝕模具的表面形成類似皮革的圖案的壓 花加工的情況下，由于由偏析導致的化學組分的不均勻分布產生壓花程度的不同（壓花不 均勻），模具用鋼的偏析對樹脂制品的設計性的影響變得特別大。
[0007] 此外，隨著近幾年樹脂制品的大型化，模具的尺寸變得更大。存在當模具的尺寸增 加時淬火速度（淬火時的冷卻速度）變小的傾向。此外，隨著生產地域的全球化，在熱處理 的設備或技術不充分的環境中進行模具的淬火的情況的次數增加。在這種情況下，模具的 淬火速度在許多情況下減小。當模具的淬火速度減小時，在具有降低的淬透性的鋼的情況 下，在淬火時容易析出珍珠巖。當珍珠巖析出時，在模具的鏡面拋光時珍珠巖中的碳化物從 其中脫落，由此優選削去珍珠巖部分并且容易產生針孔。針孔轉印至樹脂制品作為凸狀結 構，從而損害樹脂制品表面的設計性。此外，即使在模具表面的附近具有相對大的淬火速度 并且珍珠巖不太可能在其中析出的情況下，模具內部具有比其表面附近更低的淬火速度并 且處在其中珍珠巖容易析出的狀態。在合模或樹脂注射的情況下將機械應力重復地施加至 使用中的模具。通過施加此類應力導致金屬疲勞時，因為模具內部析出的珍珠巖變為斷裂 的起點，所以來自模具內部的斷裂傾向于容易發生。此外，為了使樹脂快速冷卻并固化，在 許多情況下將水冷卻回路設置在注射成型用模具的內部。在水冷卻回路的表面上析出珍珠 巖的情況下，珍珠巖也可能變為裂紋的起點。以該方式，從確保模具的鏡面拋光性或抑制其 斷裂的觀點，必要的是模具用鋼具有改進的淬透性并且抑制珍珠巖的析出。
[0008] 此外，如上所述在模具中設置水冷卻回路的情況下，當模具用鋼具有低耐腐蝕性 時，存在因為水冷卻回路變得生銹并且狹窄所以水的流量減少，由此損害冷卻能力的可能 性。此外，還存在因為其中銹已深深地侵食的部位變為起點所以產生裂紋的可能性。因此， 為了維持冷卻能力和防止腐蝕和裂紋的目的，模具用鋼需要具有高耐腐蝕性。
[0009] 此外，在塑料模具印模中，為了確保鏡面拋光性并抑制斷裂的目的，除了珍珠巖以 外抑制S-鐵氧體的析出是重要的。當在凝固和熱加工期間析出δ-鐵氧體時，淬火和回火 后S-鐵氧體殘存。由于δ-鐵氧體的部分比其周圍的馬氏體更軟，所以用于拋光的研磨 粒容易刺向其并且在拋光期間容易產生如擦傷等微小缺陷。刺入的研磨粒或產生的擦傷降 低模具的表面粗糙度并且損害鏡面拋光性。此外，由于δ-鐵氧體與母相之間的界面起到 裂紋的起點或傳播路徑的作用，所以在其中存在S-鐵氧體的模具用鋼中容易產生裂紋。 此外，由于在許多情況下δ-鐵氧體以通過加工而伸長的狀態殘存，所以其中存在δ-鐵氧 體的模具中機械性質的各向異性變大并且對沿特定方向的力容易產生裂紋。從上述觀點來 看，在確保鏡面拋光性并且抑制斷裂的可能性方面，使S-鐵氧體難以析出是必要的。
[0010] 此外，傳統上，為了抑制模具的裂紋，已要求模具用鋼具有作為耐裂紋性的指標的 高沖擊值。特別是，近幾年，如上所述隨著模具的大型化和在其中設備和技術不充分的環境 下進行淬火的可能性，需要即使在淬火速度小的情況下（在慢淬火時）模具用鋼也具有高 沖擊值。
[0011] 此外，要求高循環生產（縮短一個循環成型所需要的時間）用于樹脂的注射成型。 即，使模具內部注射的樹脂快速冷卻并固化是必要的。為此，優選使模具快速冷卻下來。因 此，要求模具用鋼具有高導熱率。
[0012] 如上所述，近幾年，隨著待成型的樹脂制品的多樣化和模具的制造環境的多樣化， 要求構成用于樹脂材料的注射成型的模具的鋼具有各種特性。此處，通過本發明解決的課 題為提供具有高硬度、耐偏析、耐珍珠巖的析出、高耐腐蝕性、耐S-鐵氧體的析出、慢淬火 時的高沖擊值和高導熱率的模具用鋼。
[0013] 為了解決上述問題，本發明提供模具用鋼，其包含以質量％計的：
[0014] 大于0· 27%且小于0· 36%的C ;
[0015] 大于0.07%且小于0.40%的51;
[0016] 大于L 00 %且小于8. 80 %的Cr ;
[0017] 大于 0. 25 %且小于 0. 80 % 的 Mo ;
[0018] 大于0.50%且小于0.75%的V ;
[0019] 大于0· 0005%且小于0· 05%的N ;和
[0020] Mn,
[0021] 余量為Fe和不可避免的雜質，
[0022] 其中滿足"-0· lCr+1. 10〈Μη〈-0· lCr+1. 50" 的表達式。
[0023] 模具用鋼優選滿足"N〈-0. 04V+0. 050"的表達式。
[0024] 模具用鋼可進一步包含選自以質量％計的：
[0025] 大于0· 10%且4. 00%以下的W和
[0026] 大于0· 10 %且3. 00%以下的Co的一種或兩種。
[0027] 模具用鋼可進一步包含選自以質量％計的：
[0028] 大于 0· 004%且 0· 100% 以下的 Nb ;
[0029] 大于 0· 004%且 0· 100% 以下的 Ta ;
[0030] 大于0· 004%且0· 100%以下的Ti ;和
[0031] 大于0· 004%且0· 100%以下的Zr的一種以上。
[0032] 模具用鋼可進一步包含以質量％計的：
[0033] 大于0· 10%且小于L 2%的Al。
[0034] 模具用鋼可進一步包含選自以質量％計的：
[0035] 大于0.30 %且3. 5 %以下的Ni和
[0036] 大于(λ 30%且L 5%以下的Cu的一種以上。
[0037] 模具用鋼可進一步包含以質量％計的：
[0038] 大于 0· 0001 %且 0· 0050% 以下的 B。
[0039] t旲具用鋼可進一步包含以質量％計的：
[0040] 大于 0.003%且 0.050%以下的3;
[0041] 大于 0· 0005 %且 0· 2000% 以下的 Ca ;
[0042] 大于 0· 03%且 0· 50% 以下的 Se ;
[0043] 大于 0· 005 %且 0· 100% 以下的 Te ;
[0044] 大于0.01 %且0.50 %以下的Bi ;和
[0045] 大于0.03 %且0.50 %以下的Pb的一種以上。
[0046] 模具用鋼在25°C下的導熱率優選為20W/m/K以上。
[0047] 通過包括上述組分的組成，根據本發明的模具用鋼具有處于良好平衡的高硬度、 耐偏析、耐珍珠巖的析出、高耐腐蝕性、耐δ -鐵氧體的析出、慢淬火時的高沖擊值和高導 熱率的全部。
[0048] 此處，在滿足"N〈-0. 04V+0. 050"的表達式的情況下，模具用鋼具有特別高的沖擊 值。
[0049] 此外，在模具用鋼包含選自上述特定量的W和Co的一種以上的情況下，可容易達 到特別高的硬度。
[0050] 此外，在模具用鋼包含選自上述特定量的Nb、Ta、Ti和Zr的一種以上的情況下，即 使當淬火時的加熱溫度變得更高或加熱時間變得更長時也抑制奧氏體晶粒的粗大化，由此 容易維持高沖擊值或鏡面拋光性。
[0051] 此外，在模具用鋼包含上述特定量的Al的情況下，通過鍵合至包含在模具用鋼中 的N原子而形成的Al的氮化物可抑制奧氏體晶