CN104561833A - 提高耐蚀性的注塑成型模具用马氏体不锈钢 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高耐蚀性的注塑成型模具用马氏体不锈钢，按照重量％包含：0.03～0.12％的碳、0.02～0.08％的氮、0.3～0.7％的硅、0.6～2％的锰、0.001～0.03％的磷、0.1～0.3％的硫磺、11.5～15％的铬、0.05～1％的铜、0.6～3％的镍、0.0005～0.003％的钙，且其余为铁以及其他不可避免的杂质。

Description

提高耐蚀性的注塑成型模具用马氏体不锈钢

本申请为于申请日2010年12月20日提交的申请号为201080059251.7的发明专利申请“提高耐蚀性的注塑成型模具用马氏体不锈钢”的分案申请。

技术领域

本发明涉及提高了耐蚀性的注塑成型模具用马氏体不锈钢，尤其涉及用于制作注塑成型用模具或模架的马氏体不锈钢。

背景技术

一般来讲，对于塑料注塑机的需求随着塑料的使用量的增加而快速增长。而且，随着塑料的使用用途和范围、形态的多样化，对应这种需求的塑料注塑机的种类也变得多样化，据此用于塑料注塑机的钢材的种类及材质也适应其用途而被开发出来。

一直以来，作为制作塑料注塑机的材料主要使用了高含碳的高硬度碳素钢。但是，最近不锈钢的利用率逐渐上升，其原因在于不锈钢具有抗腐蚀性高、能够确保长时间使用时的耐久性、在高温环境下具有低热膨胀系数等优点。

用于制作塑料注塑机部件的不锈钢一直以来主要采用了ASTM420系列，但由于其高含碳而硬度高，因此不容易进行机械加工，且母材的铬和碳产生反应而生成碳化铬，带来耐蚀性降低和焊接性不好的问题，因此其使用逐渐减少。

为了解决这种问题，美国专利第6045633号中公开了将碳的含量限制在0.03～0.06％，并添加0.5～1.3％的铜，以此改善耐蚀性的不锈钢。但是，通过这种方法仍难以确保充分的耐蚀性，且当添加1％以上的过多的铜时，因热加工性能下降，具有引发表面裂纹的问题。

发明内容

技术课题

因此，本发明是鉴于上述问题而提出的，本发明的马氏体不锈钢提供一种合金设计，以提高应用于塑料注塑机的材料的马氏体不锈钢的耐蚀性及机械加工性能。

技术方案

为了达到上述目的，本发明提供一种提高耐蚀性的注塑成型模具用马氏体不锈钢，按照重量％包含：0.03～0.12％的碳、0.02～0.08％的氮、0.3～0.7％的硅、0.6～2％的锰、0.001～0.03％的磷、0.1～0.3％的硫磺、11.5～15％的铬、0.05～1％的铜、0.6～3％的镍、0.0005～0.003％的钙，且其余为铁以及其他不可避免的杂质。

而且，本发明中提供一种提高耐蚀性的注塑成型模具用马氏体不锈钢，所述不锈钢的以(轧制方向延伸率-宽度方向延伸率/(轧制方向延伸率)进行定义的延伸率各向异性率为0.5以下。

并且，本发明中，所述不锈钢具有小于15％的铁素体分数，且具有25～40HRC范围的硬度。

有益效果

如上所述，根据本发明，通过添加钙改善MnS的分布的形状的同时，通过增加镍的含量，可制造出耐蚀性优良，机械性质的各方异性提高的马氏体不锈钢。

附图说明

图1为通过SEM观察在本发明的马氏体不锈钢中添加钙的钢的MnS形状的图。

图2为表示与本发明相比没有添加钙的钢的MnS长度分布的曲线图。

图3为示出在本发明的马氏体不锈钢中添加钙的钢的MnS长度分布的曲线图。

图4为针对在腐蚀试验中使用的试片的形状和腐蚀面积测量方法示出的试片组织照片。

具体实施方式

以下，参照附图详细记载本发明的实施例以及使本领域技术人员容易理解本发明的内容的必要事项。但是，本发明在其权利要求书记载的范围之内体现为各种不同的形态，因此下面的说明无论怎么表示都仅限于举例性的。

在对本发明的实施例说明时，对于公知的功能或判断为对组成的详细说明将对本发明的主旨造成不必要的混淆时，省略其详细的说明。而且，应注意，对于图中的相同的组成要素，即便出现在不同的图中，尽可能使用了相同的附图标记或符号。

首先，本发明提供的马氏体不锈钢按照重量％包含：0.03～0.12％的碳、0.02～0.08％的氮、0.3～0.7％的硅、0.6～2％的锰、0.001～0.03％的磷、0.1～0.3％的硫磺、11.5～15％的铬、0.05～1％的铜、0.6～3％的镍、0.0005～0.003％的钙，且剩余成分为铁以及其他不可避免的杂质。

尤其，本发明的发明人在制造应用于塑料注塑机模具的钢材时，通过添加钙改善了易切钢内存在的MnS的形状，通过添加Ni提高了母材的抗腐蚀性，从而确认出马氏体易切钢的耐蚀性的提高。

以下，对于各个成分含量的作用和限定其添加范围的理由进行叙述。同时，在以下说明中出现的％均为重量％。

当碳的含量低时，导致马氏体的硬度下降，加工品质变差，因此添加0.03％以上的碳。但是，如果碳的含量过多，则硬度增加，导致生产率下降。而且，过多地添加碳会起到降低耐蚀性的作用，因此添加碳的上限限定为0.12％。

氮有利于强度和耐蚀性，因此添加0.02％以上。但是，如果过多地添加氮，则在铸造时，存在因氮而产生气孔的顾虑，因此将添加氮的上限限定为0.08％。

硅是为了脱酸而必需要添加的元素，因此添加0.3％以上。但是，如果过多地添加硅，则会阻碍加工性能，并阻碍传热率，因此将添加硅的上限限定为0.7％。

锰是为了改善切屑性能而与硫磺一起添加的元素。当锰的含量低时，所添加的硫磺将形成CrS或FeS，对于加工性能造成负面影响，因此添加0.6％以上，但一般添加至2％以上时丧失有利的效果，因此将添加锰的上限限定为2％。

磷是在不锈钢的制造中不可避免要包含的元素，因此添加0.001％以上，但由于添加过多的磷会导致机械特性下降，因此将添加磷的上限限定为0.03％。

硫磺是为了改善不锈钢的切削性而添加的代表性的元素，因此为了确保切削性而添加0.1％以上。但是，若硫磺超过0.3％会导致其添加效果饱和，且添加过多的硫磺会阻碍加工性能，因此将添加硫磺的上限限定为0.3％。

铬是确保耐蚀性的基本元素，因此添加11.5％以上。但是，如果过度添加会促进铁素体的形成，因此将添加铬的上限限定为15％。

铜具有改善耐蚀性的作用，同时还具有提高传热率的作用，因此添加0.05％以上，但若添加过多的铜会引发热加工性能的下降，因此为了防止热加工性能的下降，将添加铜的上限限定为1％。

镍是增加不锈钢的耐蚀性的元素，具有改善韧性的作用，因此添加0.6％以上，但为了避免制造成本过度地上升，因此将添加镍的上限限定在3％。

钙在铸锭或连续铸造时，作用为形成MnS的成核点，使得MnS的形成容易，且为了得到抑制Mn的延伸的效果，添加0.0005％以上的钙，但若过多地添加钙会妨害耐蚀性，因此将添加钙的上限限定为0.003％。

通常，这种钢通过连续铸造或钢锭铸造制造铸片，并经过轧制或锻造的过程制造出具有所需形状的产品，且为了得到具有符合使用用途的适当的物性，将经过固有方式的热处理过程。

而且，优选地，在本发明中，将其延伸率各向异性率控制为0.5以下。可通过(轧制方向延伸率-宽度方向延伸率/(轧制方向延伸率)得到延伸率各向异性率。通常，塑料注塑机用钢材在使用时，并不是沿材料的轧制方向或宽度方向的特定方向使用，而是沿多种方向加工并使用。此时，随着不同方向的机械特性的差异变大，则加工时产生的应力引起的变形增加，对于注塑时施加的高压的耐久性的差异就会变大。这种机械特性的各向异性[各向异性率＝(轧制方向实验值-宽度方向实验值)/轧制方向实验值]在各个实验值中的延伸率中表现最为明显。因此，优选地，具有本发明钢的组成的钢种之中，延伸率各向异性管理为50％以下。

另外，本发明钢由铁素体和马氏体的双相组织构成。这种铁素体组织和马氏体组织在其硬度方面具有较大差异。马氏体组织具有坚固和强硬的特性，但铁素体组织具有软和坚韧的特性。由于具备这种特性，当材料的内部存在少量的铁素体时，虽然具有提供韧性的作用，但是若其量过多，则起到影响加工品质的作用。因此，在具有本发明钢的组成的材料中，其适当的铁素体相的上限应限制在15％以下。

而且，本发明钢的硬度范围为25～40HRC。普通材料的硬度会同时影响加工品质和加工性能(加工速度、工具寿命)。若材料的硬度变高，则对于机械加工的阻力就会变大，导致加工速度的下降，工具的磨损也会增加，因此会影响加工性能，但加工表面的品质则有变高的倾向。反之，若材料的硬度低，则虽然加工速度和工具寿命等增加，但加工表面的品质会下降。因此，为了确保加工品质，材料的硬度优选为25HRC以上，且为了确保考虑了生产率的加工性能，硬度的上限优选不超过40HRC。

(实施例)

为了更详细地理解本发明，通过以下的实施例对本发明进行说明。本实施例中，利用表1的化学式制造了7种发明钢和2种比较钢。所有的试片通过真空熔化装置制造成50kg的铸锭之后，轧制成25mm的厚度。

【表1】

钢种	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	N	Ca
											发明钢1	0.046	0.484	1.25	0.005	0.162	12.5	0.638	0.397	0.042	0.0008
发明钢2	0.101	0.492	1.03	0.006	0.135	16.08	2.72	1.00	0.069	0.0012
											发明钢3	0.035	0.285	1.82	0.011	0.205	11.92	0.958	0.52	0.047	0.0021
发明钢4	0.046	0.477	1.21	0.007	0.076	13.00	1.58	0.2	0.026	0.0016
											发明钢5	0.081	0.669	1.55	0.01	0.18	14.36	1.98	0.705	0.048	0.0011
发明钢6	0.053	0.411	1.25	0.006	0.155	12.22	1.31	0.331	0.513	0.0026
											发明钢7	0.045	0.324	1.18	0.005	0.166	13.45	0.87	0.26	0.561	0.0017
比较钢1	0.05	0.321	1.27	0.02	0.151	12	–	–	0.052	–
											比较钢2	0.087	0.221	1.5	0.003	0.11	12.1	0.03	0.434	0.044	–

上表1中，比较钢1、2都没有添加钙，尤其比较钢1之中没有添加镍和铜，在此状态下，与本发明的发明钢进行了对比。

图1为通过电子显微镜拍摄的添加钙的铸锭试片的MnS的图，参照图1可知，氧化钙位于MnS的中心部位。此时，MnS的分布变得更加微细，在轧制过程中，能够得到抑制MnS的延伸的效果。

图2示出没有添加钙的比较钢1的MnS长度分布，图3示出添加钙的本发明的发明钢的实施例7的MnS长度分布。如图2和3可知，对于添加了钙的钢来说，相比没有添加钙的钢，20μm以上的粗大的MnS数减少了。在MnS的平均长度和最大长度中，也可以确认其差异。通过本实验的结果可知，在添加钙时，轧制时的MnS的延伸受到一定程度的限制。对于添加了MnS的钢来说，MnS部位在实际使用环境中属于易腐蚀的部分，因此当MnS的延伸被抑制时，可推断出耐蚀性将增加。

另外，为了比较试验片的耐蚀性，将试片加工为150mm*70mm*1mm的板状之后，在盐水喷雾、干燥、潮湿的复合腐蚀环境下进行了实验，详细的实验条件如表2所示。图3表示耐蚀性实验的结果。

在进行耐蚀性实验后，根据试片表面生锈的程度分为1～10等级进行了评价。1表示在50％面积产生了腐蚀，10表示完全没有生锈。

【表2】

试验名	维持时间
		盐水喷雾环境	2Hr
干燥环境	4Hr
		潮湿环境	2Hr

【表3】

钢种	腐蚀等级
		发明钢1	7
发明钢2	9
		发明钢3	7
发明钢4	8
		发明钢5	8
发明钢6	8
		发明钢7	7
比较钢1	5
		比较钢2	6

图4中例示出本发明的耐蚀试验中使用的实施例和生锈的比较例的试片。如图4所示，对于具有本发明的组成的发明钢来说，其腐蚀等级较高。而且，如表3所示，确认在对于类似的不锈钢的耐蚀性产生最大的影响的铬的含量近似的钢材中，利用本发明的组成可提高耐蚀性。

本发明中，还确认对于机械特性的各向异性产生影响的添加钙的有益效果。在轧制过程中MnS被延伸时，MnS被延伸的方向和没有延伸的方向之间，机械特性表现出较大的差异。表现出这种现象是因为MnS在材料内部属于对外力比较脆弱的部分，因此越使MnS在不同方向的形状相同，各向异性越减小。

表4示出测量各不同方向的机械物性的值。可以确认，添加钙的结果，不锈钢的机械强度得到了提高。尤其，宽度方向的机械强度及延伸率增加较为明显。

【表4】

上述实施例中，为了表现本发明的技术思想而设定了有限的条件，但这并不是对实施本发明的制约。而且，本发明所属技术领域的技术人员应知道，在本发明的范围之内可举出多种实施例。

上述的发明的权利范围根据权利要求书定义，并不受限于说明书的记载，属于权利范围的等同范围之内的变更和变形均属于本发明的范围。

Claims (2)

1.一种提高耐蚀性的注塑成型模具用马氏体不锈钢，其中，按照重量％包含：0.03～0.12％的碳、0.02～0.08％的氮、0.3～0.7％的硅、0.6～2％的锰、0.001～0.03％的磷、0.1～0.3％的硫磺、11.5～15％的铬、0.05～1％的铜、0.6～3％的镍、0.0008～0.0026％的钙，且其余为铁以及其他不可避免的杂质，

所述钙在铸造所述不锈钢时，作用为形成MnS的成核点，由此在MnS的中心部位以氧化钙的形态存在，并且在所述不锈钢的轧制过程中抑制MnS的延伸，

所述不锈钢的按照下述式定义的延伸率各向异性率为0.5以下：

延伸率各向异性率＝(轧制方向延伸率-宽度方向延伸率)/(轧制方向延伸率)，

并且，所述不锈钢具有小于15％的铁素体分数。

2.根据权利要求1所述的提高耐蚀性的注塑成型模具用马氏体不锈钢，其中，所述不锈钢具有25～40HRC范围的硬度。