專利名稱：冷加工鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷加工鋼，也就是一種打算用于在低溫條件下加工材料的鋼。使用這種鋼的典型實(shí)例是用于剪切(切割)和沖切裁(沖孔)、車縲紋的工具，例如，用于滾壓螺紋用模和螺紋栓；冷擠壓工具、粉末壓制、深沖和用于機(jī)械加工刀具。本發(fā)明也涉及用于制造冷加工工具的鋼的用途，這種鋼的制造以及用這種鋼制造的工具。
背景技術(shù)：
高質(zhì)量的冷加工鋼提出了一些要求，包括在應(yīng)用中合適的硬度、高耐磨性、和高的韌性。高耐磨性和好的韌性對(duì)于理想的工具的性能都是必須的。VANADIS4是由本申請(qǐng)人制造和銷售一種粉末冶金學(xué)的冷加工鋼，為高性能的工具提供了極好的耐磨性和韌性的結(jié)合。這種鋼具有下列重量％的公稱成分1.5C、1.0Si、0.4Mn、8.0Cr、1.5Mo、4.0V、平衡量鐵和不可避免的雜質(zhì)。這種鋼特別適合于粘附磨損和/或碎片占主要問題的場(chǎng)合的應(yīng)用，也就是說，軟的/粘附加工材料，如奧氏體不銹鋼、低碳鋼、鋁、銅等以及較厚加工材料。在這種鋼可以使用的場(chǎng)合中，冷加工工具的典型實(shí)例已經(jīng)在上文中被提到。一般而言，VANADIS4，是瑞典專利No.457356的主題，其特征在于它具有良好的耐磨性、高壓強(qiáng)、良好的可淬性、極好的韌性、當(dāng)它經(jīng)受熱處理時(shí)有良好的尺寸穩(wěn)定性，以及良好的耐回火性；所有所述的特征是高性能冷加工鋼的重要特征。
本申請(qǐng)人也設(shè)計(jì)一種鋼WO01/25499，具有下列重量％的化學(xué)組成1.0-1.9C、0.5-2.0Si、0.1-1.5Mn、4.0-5.5Cr、2.5-4.0(Mo+W/2)，但最大1.0W、2.0-4.5(V+Ni/2)，但最大1.0Ni，平衡量鐵和雜質(zhì)，并具有一種顯微結(jié)構(gòu)，其在鋼的淬火與回火狀態(tài)下含5-12體積％MC-碳化物，其中至少為50體積％具有大于3μm但小于25μm的尺寸。這種顯微結(jié)構(gòu)通過噴注成形鑄錠而獲得。該組成和顯微結(jié)構(gòu)給予這種鋼適用于冷軋用軋輥的特征，包括合適的韌性和耐磨性。另外，EP0 630 984 A1公開了一種通過鑄錠的常規(guī)方法制造的高速鋼。根據(jù)所述的例子，這種鋼含0.69C、0.80Si、0.30Mn、5.07Cr、4.03Mo、0.98V、0.041N、平衡量鐵。其顯微結(jié)構(gòu)已示于專利文獻(xiàn)中的鋼，在淬火和回火后總共含有0.3體積％的M2C和M6C型碳化物，和0.8體積％MC-碳化物。后者具有基本上球形并大的尺寸，這是在含有鑄錠的常規(guī)方法中制造高釩鋼所特有的。這種鋼據(jù)說適合于“壓力加工”。
上述的VANADIN 4鋼自約15年以來就已經(jīng)制造并且由于其優(yōu)異的特征在高性能冷加工鋼的市場(chǎng)上達(dá)到領(lǐng)先地位。現(xiàn)在本申請(qǐng)人的目的是提供一種比VANADIS4具有更好韌性而其它特征與VANADIS4相比較可保持或更有改善的高性能冷加工鋼。這種鋼使用的領(lǐng)域原則上與VANADIS4相同。
發(fā)明的描述上述目的可以通過具有下列重量％的化學(xué)組成的鋼來達(dá)到1.25-1.75(C+N)，但至少0.5C、0.1-1.5％Si、0.1-1.5％Mn、4.0-5.5Cr、2.5-4.5％(Mo+W/2)，但最大0.5％W、3.0-4.5％(V+Nb/2)，但最大0.5％Nb，最大0.3％S，平衡鐵量和不可避免的雜質(zhì)以及一種顯微結(jié)構(gòu)，其在鋼的淬火與回火狀態(tài)下，含6-13體積％的富釩MX-碳化物、氮化物和/或碳氮化物，它們均勻分布在鋼的基體中，其中，X是指碳和/或氮，在鋼的研究剖面上，至少90體積％的所述碳化物、氮化物和/或碳氮化物具有小于3.0μm的當(dāng)量直徑Deq，優(yōu)選的是小于2.5μm；并且存在總量最大為1體積％的其它的碳化物、氮化物或碳氮化物。除了個(gè)別碳化物以外，這種碳化物具有基本上是圓的或圓形的，長(zhǎng)條形的碳化物也可能存在。本文中當(dāng)量直徑Deq的定義是Deq=2A/π,]]>其中，A是該研究剖面中碳化物顆粒的表面。一般地，至少為98體積％的MX-碳化物、氮化物和/或碳氮化物具有Deq＜3.0μm，通常，該碳化物/氮化物/碳氮化物也是高度球形化，以致使該研究剖面中不存在真正長(zhǎng)度超過3.0μm碳化物。
在淬火條件下，基體基本上只含有馬氏體，在固溶體中，它含有0.3-0.7％C，優(yōu)選的是0.4-0.6％C，這種鋼在淬火和回火后具有硬度54-66HRC。
在軟退火條件下，鋼具有含有8-15體積％富釩MX-碳化物、氮化物、和/或碳氮化物的鐵素體基體，其中至少為90體積％具有小于3.0μm的當(dāng)量直徑，并優(yōu)選的是小于2.5μm，并且含有最大為3體積％的其它的碳化物，氮化物和/或碳氮化物。
如果無另外的說明，重量％是指涉及鋼的化學(xué)組成，而體積％是指有關(guān)鋼的結(jié)構(gòu)組成。
就個(gè)別的合金元素以及它們的相互關(guān)系而言，下面涉及這種鋼的結(jié)構(gòu)和其熱處理。
這種鋼在其正常的、淬火和回火條件下應(yīng)該存在足量的碳，從而與氮、釩、可能存在的鈮以及在某種程度上的其它的金屬的形成含量為6-13體積％，優(yōu)選的是7-11體積％的MX-碳化物、氮化物或碳氮化物；在鋼的淬火狀態(tài)下在鋼基體的固溶體中碳量占0.3-0.7，優(yōu)選的是0.4-0.6重量％，合適的，在鋼的基體中溶解的碳含量大約為0.53％。在鋼中碳和氮的總含量，包括溶于鋼的基體中的碳加上那些在碳化物、氮化物或碳氮化物等中結(jié)合的碳，也就是，％(C+N)，應(yīng)該至少1.25，優(yōu)選的是至少1.35％，而最大的C+N含量可高達(dá)1.75％，優(yōu)選的是最大1.60％。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，鋼并不含有比因環(huán)境和/或通過供應(yīng)原材料中吸收的而無法避免更多的氮，也就是最大約為0.12％，優(yōu)選的是最大0.10％。然而，根據(jù)一設(shè)想的實(shí)施例，鋼可以含有更大量的、有意增加的氮含量，這可以通過用于制造鋼的鋼粉末的固相氮化物來提供。在這種情況下，C+N主要的部分可以由氮組成，這意味著在這種情況下所說的MX-粒子主要由釩的碳氮化物組成，其中氮和釩一起是主要成分，或者甚至由純的氮化釩組成，而在鋼的淬火與回火狀態(tài)下碳在鋼的基體中主要只作為一種溶解的成分存在。
硅是由鋼的制造中作為一種殘留物存在，其量至少為0.1％，通常量至少0.2％。在鋼中，硅增加碳的活性并因此有助于為鋼提供足夠的硬度。如果硅含量太高，因固溶硬化而出現(xiàn)脆性問題，因此鋼的硅含量最大為1.5％，優(yōu)選的最大1.2％，合適的最大0.9％。
在鋼中要存在足夠量的錳、鉻和鉬以便給鋼提供足夠的可淬性。錳同時(shí)具有結(jié)合存在于鋼中的硫量而形成硫化錳的作用。因此錳存在的量為0.1-1.5％Si，優(yōu)選量是0.1-1.2，合適的0.1-0.9％。
鉻的存在量至少為4.0％，優(yōu)選的是至少為4.5％，以使其與首位的鉬其次是錳一起結(jié)合為鋼提供所需的可淬性。然而，鉻的含量不能超過5.5％，優(yōu)選的是不超過5.2％，為了避免在鋼中形成不希望的碳化鉻。
盡管鋼以有限含量的錳和鉻為特征，鉬的存在量至少為2.5％，以便為鋼提供所需的可淬性。優(yōu)選的是，鋼應(yīng)含有至少為2.8％鉬，合適的是至少為3.0％。最大地，鋼可含有4.5％，優(yōu)選是最大4.0％的鉬，以使鋼不含有不希望有的M6C-碳化物來代替希望有的MC-碳化物的。更高的鉬含量還可由于與制造鋼有關(guān)的氧化作用而導(dǎo)致不希望的鉬損失。原則上，鎢可以全部或部分地替代鉬，但是與鉬相比需要兩倍量的鎢，這是一種缺點(diǎn)。與制造鋼有關(guān)的或與制造鋼的制品有關(guān)的任何廢料，如果鋼含大量的鎢，具有較小的再利用價(jià)值。因此鎢的存在量不應(yīng)該高于最大0.5％，優(yōu)選的是最大0.3％，合適的是最大0.1％。最方便的是，鋼不應(yīng)含有任何有意添加的鎢，根據(jù)最優(yōu)實(shí)施例不應(yīng)該允許超過從制造鋼的有關(guān)原材料中以殘留元素的形式存在的雜質(zhì)的含量。
在正常狀態(tài)下，釩存在量至少為3.0％但不超過4.5％，優(yōu)選是至少3.4％和最大4.0％，在鋼的淬火與回火使用狀態(tài)下，它和碳與氮一起，以形成所述MX-碳化物、氮化物和/或碳氮化物，其占總量6-13％，優(yōu)選的是7-11體積％。原則上，鈮可以替代釩，但是與釩相比較，需要兩倍量的鈮，這是一種缺點(diǎn)。而且，鈮具有如下影響，鈮能使碳化物、氮化物和/或碳氮化物形成更鋒利的形狀、而且比純釩碳化物、氮化物和/或碳氮化物更大，這可以引起破裂或形成碎片，因此降低這種材料的韌性。因此，鈮含量不能超過0.5％，優(yōu)選的最大為0.3％和合適最大為0.1％。最有利的是，鋼不應(yīng)該含有任何有意添加的鈮。在鋼的最優(yōu)實(shí)施例中，鈮只允許作為從制造鋼的有關(guān)的原材料中以殘留元素形式存在的不可避免的雜質(zhì)而存在。
根據(jù)第一個(gè)實(shí)施方案，硫可作為雜質(zhì)存在的量不超過0.03％。然而，為了提高鋼的可加工性，根據(jù)實(shí)施例可以設(shè)想鋼含有有意添加的硫的含量達(dá)最大為0.3％，優(yōu)選的是最大0.15％。
在鋼的制造中，首先制備鋼水的主體，含有所需含量的碳、硅、錳、鉻、鉬、可能的鎢、釩、可能的鈮、上述雜質(zhì)含量的硫、不可避免含量的氮，平衡量鐵和雜質(zhì)。從該熔融料中，通過使用氮?dú)忪F化(nitrogen gas atomisation)制造粉末。在氣體霧化中形成液滴快速冷卻，以便形成的釩碳化物和/或釩鈮混合碳化物得不到足夠的成長(zhǎng)時(shí)間，而是保持極其微薄的僅微米級(jí)的厚度并得到一種明顯不規(guī)則的形狀，這是在液滴完全固化形成粉末顆粒前由于在快速固化液滴中的樹枝晶體的網(wǎng)絡(luò)中含有熔融料的殘存區(qū)域內(nèi)析出碳化物的緣故。如果鋼要含有超過不可避免的雜質(zhì)含量的氮，則氮的供應(yīng)可通過氮化粉末而進(jìn)行，例如，通過SE 462 837中描述的方式。
在篩分后，如果該粉末需要氮化則篩分在氮化前進(jìn)行，將粉末填充于被抽空的容器中，進(jìn)行密封并在高溫下和高壓下、950-1200℃和90-150Mpa，通常在約1150℃和100MPa條件下，通過一種本質(zhì)上已知的方式進(jìn)行高溫等靜壓制(HIP)，以使該粉末固化形成完全致密體。
通過HIP操作，該碳化物/氮化物/碳氮化物獲得比該粉末更規(guī)則的形狀。在體積方面，大多數(shù)具有最大尺寸約為1.5μm和圓形形狀。個(gè)別顆粒仍然有延長(zhǎng)和稍長(zhǎng)些，最大約2.5μm。轉(zhuǎn)變可能是由于一方面在該粉末中非常薄的顆粒的分解而另一方面凝聚相結(jié)合所致。
鋼可在HIP狀態(tài)下使用。然而，通常，鋼在HIP處理后通過鍛造和/或熱軋進(jìn)行熱加工。這是在開始溫度為1050-1150℃進(jìn)行的，優(yōu)選是在約為1100℃。這進(jìn)一步導(dǎo)致聚集，并特別是碳化物/氮化物/碳氮化物的球化(球化處理)。至少為90體積％的碳化物在鍛造和/或熱軋之后具有最大的尺寸為2.5μm，優(yōu)選的是，最大為2.0μm。
為了使鋼能通過切割工具進(jìn)行機(jī)加工，它首先必須軟退火。為了抑制碳化物/氮化物碳氮化物的生長(zhǎng)，軟退火是在950℃以下的溫度下進(jìn)行，優(yōu)選的是在約900℃。因此，軟退火材料具有MX-顆粒在鐵素體基體上非常精細(xì)地分布的特性，它含有8-15體積％MX-碳化物、氮化物和/或碳氮化物，其中至少為90體積％具有小于3.0μm的當(dāng)量直徑，并且優(yōu)選是小于2.5um，并且含有最大3體積％的其它的碳化物、氮化物和/或碳氮化物。
當(dāng)其通過機(jī)加工切割獲得最終形狀時(shí)，工具進(jìn)行淬火與回火。奧氏體化是在940-1150℃的溫度下進(jìn)行，優(yōu)選的是在1100℃以下，以免MX-碳化物、氮化物和碳氮化物的不必要的溶解。合適的奧氏體化溫度是1000-1040℃。回火可在200-560℃的溫度下進(jìn)行，也可作為在200-250C的溫度下的低溫回火，或也作為在500-560℃的溫度下的高溫回火。MX-碳氮化物/氮化物碳氮化物在奧氏體化時(shí)溶解到一定程度以使它們可在回火中進(jìn)行二次析出。最終結(jié)果是本發(fā)明特有的顯微結(jié)構(gòu)，即，一種由回火馬氏體和在回火馬氏體中的6-13體積％，優(yōu)選的是7-11體積％的MX-碳化物、氮化物和/或碳氮化物構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，這里M主要由釩組成，而X由碳和氮組成，優(yōu)選的是主要是碳，其中至少為90體積％的碳化物、氮化物和/或碳氮化物具有最大為2.5μm的當(dāng)量直徑，優(yōu)選的是最大為2.0μm，并且在回火馬氏體中可能存在的總量最大為1體積％的其它類型的碳化物、氮化物或碳氮化物。在回火前，在固溶體中，馬氏體含有0.3-0.7的碳，優(yōu)選的是0.4-0.6％。
本發(fā)明另外的特征和狀況從所附的專利權(quán)利要求和從下列進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的描述中清晰可見。


在下面進(jìn)行試驗(yàn)的描述中，將參考這些附圖，其中圖1表示根據(jù)本發(fā)明用于制造鋼的金屬粉末在非常高的放大倍數(shù)下的顯微結(jié)構(gòu)，圖2表示同樣的鋼材料在HIP后在較小放大倍數(shù)下的顯微結(jié)構(gòu)，圖3表示在鍛造之后如圖2相同的鋼材料，圖4表示一種參考材料在HIP和鍛造后的顯微結(jié)構(gòu)，圖5表示根據(jù)本發(fā)明鋼在淬火和回火后的顯微結(jié)構(gòu)，圖6表示參考材料在淬火和回火后的顯微結(jié)構(gòu)，圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的鋼的硬度和參考材料的硬度對(duì)奧氏體化溫度的關(guān)系圖，圖8表示根據(jù)本發(fā)明的鋼和參考材料的硬度分別對(duì)回火溫度的關(guān)系，和圖9表示本發(fā)明的鋼和參考鋼的可淬性曲線。
所進(jìn)行測(cè)試的描述待測(cè)試鋼的化學(xué)組成列于表1。在表中，對(duì)于一些鋼，列出了鎢的含量，它作為一種來自于制造鋼的原材料中的殘留物而存在于鋼中，并因此是不可避免的雜質(zhì)。一些鋼中列出的硫也是一種雜質(zhì)。鋼同樣含有其它的雜質(zhì)，它們不超過正常的雜質(zhì)含量并且沒有在表中列出。平衡量是鐵。在表1中，鋼B和C具有本發(fā)明的化學(xué)組成。鋼A、D、E和F是參考材料，特別是VANADIS4型。
表1測(cè)試鋼的化學(xué)組成重量％

n.a.＝未分析根據(jù)常規(guī)的、熔融冶金技術(shù)制備具有表1中鋼A-F的化學(xué)組成的鋼水主體。通過熔融金屬流的氮?dú)忪F化制造熔融物料的金屬粉末。形成的液滴被很快冷卻。檢測(cè)鋼B的顯微結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖清晰可見，鋼含有非常不規(guī)則形狀的、非常薄的碳化物，它們已經(jīng)在樹枝晶體網(wǎng)絡(luò)中含熔融金屬的殘存區(qū)域內(nèi)析出。
HIP材料也可以鋼A和B的小規(guī)格粉末而制造。將鋼A和B各10千克粉末填充于金屬板容器中，封閉容器、抽空并加熱到約1150℃，然后在約1150℃和壓力100MPa下進(jìn)行熱等靜壓制(HIP)。在HIP操作中，這種粉末最初獲得的碳化物結(jié)構(gòu)在碳化物凝聚的同時(shí)打碎。對(duì)HIP的鋼B獲得的結(jié)果從圖2清晰可見。碳化物在鋼的HIP的狀態(tài)下具有更多的接近球化的規(guī)則形狀。它們?nèi)匀皇欠浅Ｎ⒓?xì)的。大多數(shù)，超過90體積％，具有最大為2μm的當(dāng)量直徑，優(yōu)選的是最大約為2.0μm。
容器在1100℃的溫度下鍛造至50×50mm的尺寸。本發(fā)明的材料鋼B和參考材料鋼A，在鍛造后的結(jié)構(gòu)分別從圖3和圖4清晰可見。在本發(fā)明的材料中，碳化物主要以球化(球狀的)MC-碳化物形式存在并且是非常細(xì)的，在當(dāng)量直徑方面，尺寸最大仍然約為2.0μm。僅僅少數(shù)其它類型的碳化物，更具體地說富鉬碳化物，可能是M6C類型，可在本發(fā)明的鋼中發(fā)現(xiàn)。這些碳化物的總量小于1體積％。在參考材料鋼A中(圖4)相反MC-碳化物和M7C3類型的富鉻碳化物的體積分?jǐn)?shù)大致相等。而且，該碳化物的尺寸實(shí)質(zhì)上大于本發(fā)明的鋼中的。
其后進(jìn)行真實(shí)試驗(yàn)。用上述相同的方法，制造具有表1鋼C-F的化學(xué)組成的鋼粉末。通過一種本質(zhì)上已知的方法以HIP制備具有質(zhì)量為2噸的本發(fā)明鋼C的毛坯。將粉末填充于容器中，封閉容器、抽空、加熱到約1150℃并在該溫度下和約100MPa的壓力下熱等靜壓制。對(duì)于參考鋼D、E和F，根據(jù)申請(qǐng)人用于VANADIS4類型的鋼的制造實(shí)例來制造HIP的毛坯。將毛坯在約1100℃下鍛造和滾壓至下列尺寸；鋼C200×80mm，鋼D152×102mm和鋼E125mm。
在約900℃軟退火后從該材料取出樣品。結(jié)合淬火和回火的熱處理列于表2。在鋼的淬火與回火狀態(tài)下測(cè)試鋼C和F的顯微結(jié)構(gòu)，如圖5和圖6所示。本發(fā)明的鋼，如圖5，在由回火馬氏體組成的基體中含有9.5體積％的MC-碳化物。除MC-碳化物外任何其它的類型的碳化物和/或碳氮化物難以檢測(cè)。總之，這種可能的另外碳化物，例如，M7C3-碳化物，無論如何其含量少于1體積％。有時(shí)，在鋼的淬火與回火狀態(tài)下，在本發(fā)明的鋼中檢測(cè)到具有當(dāng)量直徑大于2.0μm的碳化物，但沒有大于2.5μm的。
參考材料鋼F(圖6)，在鋼的淬火與回火狀態(tài)下，總共含有約13體積％的碳化物，其中約6.5體積％MC-碳化物和約6.5體積％M7C3-碳化物。
在表2列出的熱處理后獲得的硬度也示于表2。根據(jù)本發(fā)明的鋼C在淬火與回火狀態(tài)下獲得硬度為59.8HRC，而參考鋼D和E獲得硬度分別為58.5和61.7HRC。
研究了在不同的奧氏體化溫度和回火溫度后獲得的鋼C和D的硬度。結(jié)果從圖7和圖8中的曲線清晰可見的。本發(fā)明的鋼C(圖7)，具有極少依賴于奧氏體化溫度的硬度。這是有利的，因?yàn)樗梢员容^低的奧氏體化溫度。結(jié)果是1020℃是最合適的奧氏體化溫度，而參考鋼必須被加熱到約1060-1070℃以獲得最高的硬度。
從圖8清晰可見，本發(fā)明的鋼C也具有基本上優(yōu)于參考鋼D的抗回火性。在500-550℃溫度間通過回火獲得一種顯著的(pronounced)二次硬化。鋼也可在約200-250℃間低溫進(jìn)行回火。
測(cè)試了鋼C和D的沖擊韌性。本發(fā)明鋼C，在LT2-方向吸收的沖擊能(焦耳)是102J，也就是與參考材料，鋼D獲得的硬度60焦耳相比較有極大改善。測(cè)試樣品是由研磨的、無缺口的具有尺寸7×10mm和長(zhǎng)度55mm測(cè)試用鋼條構(gòu)成，淬火到表2的硬度。
在磨損試驗(yàn)過程中，使用具有尺寸15mm和長(zhǎng)度20mm的樣品。用SiO2作為磨損劑進(jìn)行針-到-針(pin-to-pin)測(cè)試。本發(fā)明的鋼C具有8.3mg/min的低磨損率，比參考材料鋼E的磨損率，10.8mg/min，也就是說，材料的耐磨性更低。
表2

測(cè)試了以真實(shí)尺寸制造的本發(fā)明的鋼C和VANADIS4型鋼的可淬性。奧氏體化溫度，TA，在兩種情況下均是1020℃。樣品以不同的冷卻速率進(jìn)行冷卻，用氮?dú)馔ㄟ^高強(qiáng)度或低強(qiáng)度的冷卻的方式使樣品從奧氏體化溫度TA＝1020℃控制冷卻到室溫。測(cè)量從800℃到500℃冷卻所需要的時(shí)間以及樣品經(jīng)受不同冷卻速率時(shí)的硬度。結(jié)果列于表3。圖9表示硬度對(duì)800℃到500℃的冷卻時(shí)間的關(guān)系。由該圖清晰可見，表示被測(cè)試鋼的淬透性曲線，本發(fā)明的鋼C的曲線明顯高于參考鋼的曲線，這意味著本發(fā)明的鋼具有基本上優(yōu)于參考鋼的可淬性。
表3可淬性測(cè)量TA＝1020℃

權(quán)利要求
1.一種冷加工鋼，特征在于它具有下列重量％的化學(xué)組成1.25-1.75％(C+N)，但至少0.5％C0.1-1.5％Si0.1-1.5％Mn4.0-5.5％Cr2.5-4.5％(Mo+W/2)，但最大0.5％W3.0-4.5％(Mo+Nb/2)，但最大0.5％Nb最大0.3％S平衡量鐵和不可避免的雜質(zhì)；和一種顯微結(jié)構(gòu)，其在鋼的淬火與回火狀態(tài)下，含有6-13體積％的均勻分布在鋼基體中的富釩MX-碳化物、氮化物和/或碳氮化物，其中，X是碳和/或氮，至少為90％體積的所述碳化物、氮化物和/或碳氮化物具有小于3.0μm的當(dāng)量直徑Deq，并且可能存在總量最大為1體積％的其它的碳化物、氮化物或碳氮化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鋼，特征在于在鋼的淬火狀態(tài)下，在固溶體中，鋼的基體基本上僅由含0.3-0.7％C，優(yōu)選的是0.4-0.6％C的馬氏體組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的鋼，特征在于至少98體積％的所述MX-碳化物、氮化物和/或碳氮化物具有小于3.0μm的當(dāng)量直徑Deq，并且優(yōu)選的是小于2.5μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的鋼，特征在于淬火和回火后，具有硬度為54-66HRC，優(yōu)選的是58-63HRC。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的鋼，特征在于淬火和回火后，具有硬度為60-63HRC。
6.根據(jù)前面任何權(quán)利要求的鋼，特征在于它含7-11體積％的MX-碳化物、氮化物和/或碳氮化物，其中M基本上由釩組成，并且X是碳和/或氮。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任何一種鋼，特征在于它含1.35-1.60％(C+N)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的鋼，特征在于它含1.45-1.50％(C+N)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的鋼，特征在于它含最大為0.12N。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中的任何一種鋼，特征在于它含0.1-1.2，優(yōu)選的是0.2-0.9Si。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的鋼，特征在于它含0.1-1.3，優(yōu)選的是0.1-0.9Mn。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中的任何一種鋼，特征在于它含有4.0-5.2Cr，優(yōu)選的是至少為4.5％Cr。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中的任何一種鋼，特征在于它含有3.0-4.0％(Mo+W/2)。
14.含根據(jù)權(quán)利要求13的鋼，特征在于它含有最大0.3％W，優(yōu)選最大0.1％W。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14中的任何一種鋼，特征在于它含有3.4-4.0(V+Nb/2)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的鋼，特征在于它含有最大0.3％Nb，優(yōu)選最大0.1％Nb。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-16中的任何一種鋼，特征在于它含有最大0.15％S。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的鋼，特征在于它含有最大0.02％S。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-18中的任何一種鋼，特征在于它由粉末冶金制造，包括制造熔融金屬粉末和高溫等靜壓制粉末成為一壓實(shí)體。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的鋼，特征在于在950到1200℃溫度之間和在90到150MPa壓力之間進(jìn)行高溫等靜壓制。
21.根據(jù)任何權(quán)利要求19和20的鋼，特征在于在高溫等靜壓制后它已在1050到1150℃的起始溫度下進(jìn)行熱加工。
22.根據(jù)任何權(quán)利要求20和21中的任一鋼，特征在于它在940到1150℃溫度之間淬火并且在200到250℃溫度之間或500到560℃溫度之間回火。
23.根據(jù)權(quán)利要求1-22中的任何一種鋼，特征在于在鋼的高溫等靜壓制、熱加工、軟退火、淬火和回火之后，至少為90體積％的MX-碳化物、氮化物和/或碳氮化物具有最大伸延長(zhǎng)度為2.0um。
24.一種冷加工鋼，特征在于它具有如前述任何權(quán)利要求的化學(xué)組成而且在軟退火狀態(tài)下具有含8-15體積％MX-碳化物、氮化物和/或碳氮化物的鐵素體基體，其中至少為90體積％具有小于3.0μm的當(dāng)量直徑，優(yōu)選的是小于2.5μm，并且含有最大為3體積％的其它的碳化物，氮化物和/或碳氮化物。
25.根據(jù)任何權(quán)利要求1-24鋼的用途，用于制造在材料的低溫條件下的金屬加工材料用的剪切、切割和/或沖裁(沖孔)加工用的工具，用于壓制金屬粉末的工具。
全文摘要
一種冷加工鋼，具有下列重量％的化學(xué)組成1.25－1.75％(C+N)，但至少0.5％C，0.1－1.5％Si，0.1－1.5％Mn，4.0－5.5％Cr，2.5－4.5％(Mo+W/2)，但最大0.5％W，3.0－4.5％(V+Nb/2)，但最大0.5％Nb，最大為0.3％S，平衡量鐵和不可避免的雜質(zhì)；和一種顯微結(jié)構(gòu)，其在該鋼的淬火與回火狀態(tài)下，含有6－13體積％的均勻分布在鋼基體上的富釩MX－碳化物、氮化物和/或碳氮化物，其中X是碳和/或氮，至少90％體積的所述碳化物、氮化物和/或碳氮化物具有小于3.0μm的當(dāng)量直徑D
文檔編號(hào)B22F3/15GK1537176SQ02812307
公開日2004年10月13日 申請(qǐng)日期2002年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月21日
發(fā)明者奧德·桑德伯格, 馬格努斯·蒂德斯坦, 倫納特·瓊森, 瓊森, 奧德 桑德伯格, 斯 蒂德斯坦 申請(qǐng)人:尤迪霍爾姆工具公司