DE112011100602T5

DE112011100602T5 - Steel for molds with excellent hole forming capability and reduced process deformation, as well as methods for its production

Info

Publication number: DE112011100602T5
Application number: DE112011100602T
Authority: DE
Inventors: Hideshi Nakatsu; Ryuuichiroh Sugano
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2010-02-18
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2013-01-24
Also published as: JP5668942B2; KR20120106900A; WO2011102402A1; CN102770566A; JPWO2011102402A1

Abstract

Es wird ein Stahl für Gußformen mit ausgezeichneter Bearbeitbarkeit geschaffen, der insbesondere das Ausbilden von Löchern mit kleinem Durchmesser darin ermöglicht und bei dem die Prozeßverformungen geringer sind. Auch wird ein Verfahren zum Herstellen des Stahls vorgestellt. Der beschriebene Stahl für Gußformen hat eine Zusammensetzung mit, in Massen-%, 0,15 bis 0,30% C; 1,0% oder weniger Si; 2,0% oder weniger Mn; 0,6 bis 1,5% Ni; mehr als 1,0% bis 2,0% Cr; 1,2% oder weniger Mo oder W allein oder Mo und 1/2W in einer Kombination, die die Formel (Mo + 1/2W) erfüllt; 0,03 bis 0,15% V; 0,1% bis weniger als 0,5% Cu; 0,05% oder weniger S; 0,1% oder weniger Al; 0,06% oder weniger N; 0,005% oder weniger O; und Fe und die unvermeidlichen Verunreinigungen als Rest. Bei dem Stahl hat die Formel (1): [% Ni] + 1,2[% Cu] in Massen-% einen Wert von 0,70 bis 1,80. Der Stahl weist im Querschnitt ein Gefüge mit einem Flächenanteil an unterem Zwischenstufengefüge von 50% und mehr und eine Härte von 34 bis 45 HRC auf. Das beschriebene Verfahren zum Herstellen des Stahls für Gußformen umfaßt das Einstellen des genannten Gefüges und der Härte durch Abschrecken und Tempern bei 570°C oder mehr.There is provided a steel for molds with excellent machinability, which in particular allows the formation of holes with a small diameter therein and in which the process deformations are less. Also, a method for producing the steel is presented. The described steel for molds has a composition with, in mass%, 0.15 to 0.30% C; 1.0% or less Si; 2.0% or less Mn; 0.6 to 1.5% Ni; more than 1.0% to 2.0% Cr; 1.2% or less Mo or W alone or Mo and 1 / 2W in a combination satisfying the formula (Mo + 1 / 2W); 0.03 to 0.15% V; 0.1% to less than 0.5% Cu; 0.05% or less S; 0.1% or less Al; 0.06% or less N; 0.005% or less O; and Fe and the unavoidable impurities as the remainder. In the steel, the formula (1): [% Ni] + 1.2 [% Cu] in mass% has a value of 0.70 to 1.80. The steel has in cross section a structure with an area fraction of lower Interstate microstructure of 50% and more and a hardness of 34 to 45 HRC. The described method for producing the steel for molds involves setting said structure and hardness by quenching and tempering at 570 ° C or more.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gußform zum Formen von z. B. Kunststoffen und auch einen Stahl für Gußformen, der für Gußformteile wie einen Einsatzkern geeignet ist, die Teil eines Hohlraums in einer Gußform oder einen Halter zum Halten eines Einsatzkernes bilden. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen des Stahls.The present invention relates to a mold for molding z. As plastics and also a steel for molds, which is suitable for moldings such as an insert core forming part of a cavity in a mold or a holder for holding an insert core. The invention also relates to a method for producing the steel.

Stand der TechnikState of the art

Die Stähle für Gußformen zum Formen von Kunststoffen und dergleichen sollen die folgenden Eigenschaften aufweisen:

(1) Gute spiegelnde Glättbarkeit und eine geringe Tendenz zum Entwickeln von Pinholes und anderen feinen Löchern,
(2) eine gute Verarbeitbarkeit bei der Strukturierung,
(3) eine gute Korrosionsfestigkeit und eine guten Widerstand gegen Rostbildung,
(4) eine hohe Festigkeit, Abriebbeständigkeit und Zähigkeit,
(5) eine gute Bearbeitbarkeit und so weiter.

The steels for molds for molding plastics and the like should have the following properties:

(1) Good specular smoothness and a low tendency to develop pinholes and other fine holes
(2) good workability in structuring,
(3) good corrosion resistance and good resistance to rusting,
(4) high strength, abrasion resistance and toughness
(5) good machinability and so on.

Eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit, die die Standzeit von Schneidwerkzeugen verlängert, ist angesichts der ständig steigenden Anforderungen zur Verringerung der Herstellungskosten von Gußformen eine wichtige Eigenschaft. Die Anmelderin hat daher einen kohlenstoffarmen Mn-Ni-Cr-Mo(W)-V-Cu-Fe-Stahl für Gußformen entwickelt, bei dem das Cr, Mo (1/2W), Cu und V für eine Ausscheidungshärtung zum Zwecke der Verbesserung der Bearbeitbarkeit optimal eingestellt sind (siehe die Patent-Druckschrift 1).Excellent machinability that prolongs the life of cutting tools is an important feature in view of the ever-increasing demands for reducing the manufacturing cost of molds. The Applicant has therefore developed a low carbon Mn-Ni-Cr-Mo (W) -V-Cu-Fe steel for molds in which the Cr, Mo (1 / 2W), Cu and V for precipitation hardening for the purpose of improvement the workability are optimally set (see Patent Document 1).

Liste der zitierten DruckschriftenList of cited publications

Patent-DruckschriftPatent Literature

Patent document 1: Japanese Patent No. 4269293

Zusammenfassende Darstellung der ErfindungSummary of the invention

Der Stahl für Gußformen der Patent-Druckschrift 1 weist ein Gefüge auf, das hauptsächlich aus einem unteren Zwischenstufengefüge besteht, und ist ausgezeichnet bearbeitbar. Die Verbesserung in der Bearbeitbarkeit beruht im wesentlichen auf dem vorgehärteten unteren Zwischenstufengefüge, das sich nach dem Abschrecken und Tempern durch Einstellen der Ni- und Cu-Werte ausbildet.The steel for molds of Patent Document 1 has a texture composed mainly of a lower interstage structure and is excellent in workability. The improvement in machinability is based essentially on the precured lower interstitial structure which forms after quenching and annealing by adjusting the Ni and Cu values.

In den letzten Jahren hat die Größe der Gußformen ständig zugenommen, so daß der Stahl, der für die Gußformen verwendet wird, sehr große Querschnittabmessungen hat. Die großen Abmessungen des Stahls verringern die Abkühlgeschwindigkeit beim Abschrecken. Bei einer Abnahme der Abkühlgeschwindigkeit wird weniger unteres Zwischenstufengefüge ausgebildet. Der in der Patent-Druckschrift 1 beschriebene Stahl enthält auch nach dem Abkühlen mit einer geringen Abkühlgeschwindigkeit, etwa beim Abkühlen nach einem Warmbearbeiten, wegen der ausgezeichneten unteren Zwischenstufenhärtung eine ausreichende Menge an unterem Zwischenstufengefüge.In recent years, the size of the molds has steadily increased, so that the steel used for the molds has very large cross-sectional dimensions. The large dimensions of the steel reduce the cooling rate during quenching. As the cooling rate decreases, less lower interstitial structure is formed. The steel described in Patent Document 1, even after cooling at a low cooling rate, such as upon cooling after hot working, contains a sufficient amount of lower interstitial structure due to the excellent lower interstage hardening.

Aber auch bei dem in der Patent-Druckschrift 1 beschriebene Stahl mit einer ausgezeichneten Zwischenstufenhärtung kann eine Abnahme der Abkühlgeschwindigkeit zu einer verringerten Zähigkeit oder Bearbeitbarkeit führen, wenn nicht gleichmäßig eine ausreichende Menge an unterem Zwischenstufengefüge ausgebildet wird (oder unproportional ausgebildet wird). Bei einem Schneidvorgang wie der Ausbildung eines Loches mit einem Bohrer und dergleichen, insbesondere beim Ausbilden von Löchern mit kleinen Durchmessern im Bereich von 5 mm und weniger, verringert ein Stahl, der ungleichmäßig unteres Zwischenstufengefüge enthält, die Standzeit des Werkzeugs, da die bei der Bearbeitung erzeugten Späne nicht gleichmäßig abgeführt werden.However, even in the steel having excellent inter-stage curing described in Patent Literature 1, a decrease in the cooling rate may result in reduced toughness or workability unless a sufficient amount of lower interstage structure is uniformly formed (or disproportionately formed). In a cutting operation such as forming a hole with a drill and the like, particularly when forming small diameter holes in the range of 5 mm and less, a steel containing unevenly inter-intermediate structure reduces tool life because of machining chips are not removed evenly.

Bei einer großen Gußform ist auch die zu bearbeitende Fläche größer und die Gravurtiefe der Gußform tiefer. Wenn zum Beispiel nach dem Abschreckvorgang Restspannungen verbleiben, die ungleichmäßig im Stahl verteilt sind, ist zu befürchten, daß die Restspannungen bei der Gravur der Gußform teilweise freigesetzt werden und damit bei der Beareitung in der Gußform Restspannungen auftreten. Um die Restspannungen durch die Bearbeitung zu verringern, müssen die Restspannungen im Stahl herabgesetzt werden.In a large mold, the surface to be machined is larger and the engraving depth of the mold is deeper. If, for example, remain after the quenching residual stresses that are unevenly distributed in the steel, it is to be feared that the residual stresses in the engraving of the mold partially released be and thus when passing in the mold residual stresses occur. In order to reduce the residual stresses due to machining, the residual stresses in the steel must be reduced.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Stahl für Gußformen zu schaffen, der ein homogenes unteres Zwischenstufengefüge und geringe Restspannungen aufweist und der deshalb ausgezeichnet bearbeitbar ist, insbesondere bei der Ausbildung von Löchern, so daß Löcher mit einem kleinen Durchmesser von nicht mehr als 5 mm darin ausgebildet werden können, wobei die Restspannungen bei der Bearbeitung auch dann gering sind, wenn der Stahl große Querschnittabmessungen besitzt.It is therefore an object of the present invention to provide a steel for molds which has a homogeneous lower interstitial structure and low residual stresses and which is therefore excellently workable, especially in the formation of holes, so that holes with a small diameter of not more than 5 mm can be formed therein, the residual stresses during machining are low even if the steel has large cross-sectional dimensions.

Um eine gute Bearbeitbarkeit und eine ausgezeichnete Zähigkeit zu erhalten, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung Mittel zum Sicherstellen einer ausreichenden Menge an homogenem unteren Zwischenstufengefüge auch bei einer niedrigen Abkühlgeschwindigkeit beim Abschrecken untersucht. Dann haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung Mittel zum wirkungsvollen Verringern der danach verbleibenden Restspannungen untersucht, auch wenn die Restspannungen beim Abschrecken in einem Ausmaß entstehen, das Restspannungen bei der Bearbeitung bewirken kann. Im Ergebnis haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung den erfindungsgemäßen Stahl für Gußformen dadurch erhalten, daß sie festgestellt haben, daß diese Mittel auf der Basis und durch eine Verbesserung des in der Patent-Druckschrift 1 beschriebenen Stahls erhalten werden können.In order to obtain a good workability and an excellent toughness, the inventors of the present invention have studied means for ensuring a sufficient amount of homogeneous lower interstate structure even at a low quench cooling rate. Then, the inventors of the present invention have investigated means for effectively reducing the residual stresses thereafter, even if the residual stresses in quenching arise to an extent that can cause residual stresses in processing. As a result, the inventors of the present invention have obtained the steel for casting of the present invention by realizing that these means can be obtained on the basis of and improvement on the steel described in Patent Literature 1.

Die Erfindung umfaßt einen Stahl für Gußformen mit einer hervorragenden Eignung zum Bohren von Löchern und mit verringerten Restspannungen bei der Bearbeitung. Der Stahl enthält in Massen-%: 0,15 bis 0,30% C; nicht mehr als 1,0% Si; nicht mehr als 2,0% Mn; 0,6 bis 1,5% Ni; mehr als 1,0% bis 2,0% Cr; nicht mehr als 1,2% von Mo oder W allein oder Mo und 1/2W in einer Mengenkombination, die die Formel (Mo + 1/2W) erfüllt; 0,03 bis 0,15% V; 0,1% bis weniger als 0,5% Cu; nicht mehr als 0,05% S; begrenzte Mengen von Al, N und O mit nicht mehr als 0,1% Al, 0,06% N und nicht mehr als 0,005% O; wobei der Rest aus Fe und den unvermeidlichen Verunreinigungen besteht. Bei dem Stahl hat die Formel (1): [% Ni] + 1,2[% Cu] in Massen-% einen Wert von 0,70 bis 1,80. Der Stahl weist im Querschnitt ein Gefüge mit einem Flächenanteil von mehr als 50% an unterem Zwischenstufengefüge und eine Härte von 34 bis 45 HRC auf.The invention comprises a steel for molds having excellent suitability for drilling holes and with reduced residual stresses during machining. The steel contains in mass%: 0.15 to 0.30% C; not more than 1.0% Si; not more than 2.0% Mn; 0.6 to 1.5% Ni; more than 1.0% to 2.0% Cr; not more than 1.2% of Mo or W alone or Mo and 1 / 2W in a combination of quantities satisfying the formula (Mo + 1 / 2W); 0.03 to 0.15% V; 0.1% to less than 0.5% Cu; not more than 0.05% S; limited amounts of Al, N and O with not more than 0.1% Al, 0.06% N and not more than 0.005% O; the remainder being Fe and the inevitable impurities. For the steel, the formula (1): [% Ni] + 1.2 [% Cu] in mass% has a value of 0.70 to 1.80. The steel has in cross-section a structure with an area ratio of more than 50% of lower interstitial structure and a hardness of 34 to 45 HRC.

Der Stahl erfüllt vorzugsweise wenigstens eine der folgenden Bedingungen:

(1) 0,17 bis 0,25% C und 1,2 bis 1,8% Cr;
(2) 0,6 bis 1,2% Ni und 0,1 bis 0,45% Cu; und
(3) einen Wert für die Formel (1): [% Ni] + 1,2[% Cu] von 1,10 bis 1,60.

The steel preferably meets at least one of the following conditions:

(1) 0.17 to 0.25% C and 1.2 to 1.8% Cr;
(2) 0.6 to 1.2% Ni and 0.1 to 0.45% Cu; and
(3) a value for the formula (1): [% Ni] + 1.2 [% Cu] of 1.10 to 1.60.

Der Stahl enthält vorzugsweise 0,2 bis 1,0% Mo + 1/2W. Außerdem enthält der Stahl vorzugsweise 0,005 bis 0,05% S. Vorzugsweise hat die Formel (2): 60[% Cu] + 1,5[% Si] + [% Ni] + 6[% Cr] + 2[% Mo + 1/2W (allein oder in Kombination)] + 20[% V] + 0,2[% Cu] bei dem Stahl in Massen-% einen Wert von 16,20 bis 38,10.The steel preferably contains 0.2 to 1.0% Mo + 1 / 2W. In addition, the steel preferably contains 0.005 to 0.05% of S. Preferably, the formula (2) has: 60 [% Cu] + 1.5 [% Si] + [% Ni] + 6 [% Cr] + 2 [% Mo + 1 / 2W (alone or in combination)] + 20 [% V] + 0.2 [% Cu] for the steel in mass%, a value of 16.20 to 38.10.

Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Herstellung eines Stahls für Gußformen mit einer hervorragenden Eignung zum Bohren von Löchern und mit verringerten Restspannungen bei der Bearbeitung. Das Verfahren beinhaltet ein Abschrecken und Tempern bei nicht weniger als 570°C, wobei der Stahl die obige Zusammensetzung hat und so eingestellt ist, daß er eine Querschnittstruktur mit nicht weniger als 50 Flächen-% unterem Zwischenstufengefüge und eine Härte von 34 bis 45 HRC hat. Vorzugsweise wird das Abschrecken so ausgeführt, daß die Abkühlgeschwindigkeit im Bereich von 450°C bis 400°C nicht kleiner ist als 3°C/min. Die Aufheiztemperatur beträgt vorzugsweise 850 bis 1050°C.The invention also includes a method of manufacturing a steel for molds having excellent suitability for drilling holes and with reduced residual stresses during machining. The method involves quenching and annealing at not less than 570 ° C, the steel having the above composition and adjusted to have a cross-sectional structure with not less than 50 area% lower interstitial structure and a hardness of 34 to 45 HRC , Preferably, the quenching is carried out so that the cooling rate in the range of 450 ° C to 400 ° C is not less than 3 ° C / min. The heating temperature is preferably 850 to 1050 ° C.

Mit der Erfindung werden durch eine geeignete Kombination von Elementen, insbesondere durch ein Einstellen des Gehalts an C, Cr, Ni und Cu, ein verbessertes Gefüge und bessere Tempereigenschaften erhalten. Mit der Erfindung wird somit ein Stahl für Gußformen erhalten, der gleichzeitig eine hohe Härte und eine ausgezeichnete Zähigkeit aufweist und der des weiteren gut bearbeitbar ist und beim Bearbeiten weniger Restspannungen besitzt. Der Stahl kann daher gut für größere Gußformen verwendet werden.With the invention, an improved texture and better tempering properties are obtained by a suitable combination of elements, in particular by adjusting the content of C, Cr, Ni and Cu. The invention thus provides a steel for casting molds which at the same time has a high hardness and excellent toughness and which, moreover, is readily processable and has less residual stresses during processing. The steel can therefore be used well for larger molds.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 ist eine mikrophotographische Darstellung eines Beispiels für die Querschnittstruktur des Stahls der vorliegenden Erfindung. 1 Fig. 10 is a photomicrograph of an example of the cross-sectional structure of the steel of the present invention.

2 ist eine Musterdarstellung für die Mikrophotographie der 1. 2 is a pattern representation for the photomicrograph of 1 ,

3 ist eine Darstellung der Lebensdauer eines Bohrers in Relation zum Gehalt an Cu im Stahl der vorliegenden Erfindung und für Vergleichsbeispiele von Beispielen zur Erläuterung eines Beispiels für die Vorteile der Erfindung. 3 Fig. 11 is a graph of the life of a drill relative to the content of Cu in the steel of the present invention and comparative examples of examples for explaining an example of the advantages of the invention.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

Bei der vorliegenden Erfindung wird die Zusammensetzung des Stahls für Gußformen mit ausgezeichneter Zwischenstufenhärtung der Patent-Druckschrift 1 insbesondere hinsichtlich der Beziehung zwischen C, Cr, Ni und Cu eingestellt. Es wird eine Zusammensetzung erhalten, die ein homogenes unteres Zwischenstufengefüge und eine verringerte Restspannung im Gefüge aufweist.In the present invention, the composition of the steel for molds having excellent inter-stage hardening of Patent Document 1 is particularly adjusted with respect to the relationship between C, Cr, Ni and Cu. A composition is obtained which has a homogeneous lower intermediate structure and a reduced residual stress in the microstructure.

Der erfindungsgemäße Stahl ist ein sogenannter vorgehärteter Stahl, der nach dem Abschrecken und Tempern eine vorgegebene Härte besitzt und in diesem Zustand einem Formprägevorgang unterworfen und anschließend poliert wird. Die Härte nach dem Abschrecken und Tempern wird durch die Wärmebehandlung beim Abschrecken und Tempern eingestellt, die im allgemeinen bei einer Temperatur von nicht unter 550°C erfolgt und dann vorzugsweise 34 bis 45 HRC beträgt, um eine Härte zu erzielen, die für eine spiegelnde Glättbarkeit ausreicht und die gleichzeitig klein genug für eine hohe Zähigkeit und gute Bearbeitbarkeit (Standzeit eines Werkzeugs) ist.The steel according to the invention is a so-called pre-hardened steel, which after quenching and tempering has a predetermined hardness and in this state is subjected to a stamping process and then polished. The hardness after quenching and annealing is set by the quenching and tempering heat treatment, which is generally carried out at a temperature of not lower than 550 ° C, and then preferably 34 to 45 HRC, to obtain a hardness sufficient for specular glossability is sufficient and at the same time small enough for high toughness and good machinability (tool life).

Das Gefüge des erfindungsgemäßen Stahls wird derart eingestellt, daß es im Abkühlschritt der Wärmebehandlung zu einem unteren Zwischenstufengefüge wird. Um eine ausgezeichnete Zähigkeit und Bearbeitbarkeit zu erhalten, besteht das erfindungsgemäße Gefüge hauptsächlich aus einem unteren Zwischenstufengefüge, das auch bei dem Stahl der Patent-Druckschrift 1 vorliegt. Dabei deckt das untere Zwischenstufengefüge nicht weniger als 50% der Fläche der Gesamtstruktur im Querschnitt ab. Dieser Flächenanteil beträgt vorzugsweise nicht weniger als 60% der Fläche und noch besser nicht weniger als 70% der Fläche. Die 1 ist eine Mikrophotographie eines Beispiels für die Querschnittstruktur des erfindungsgemäßen Stahls und die 2 das Musterdiagramm davon. In der 1 beträgt der Flächenanteil des unteren Zwischenstufengefüges im dargestellten Querschnitt 85%.The structure of the steel according to the invention is adjusted so that it becomes a lower interstitial structure in the cooling step of the heat treatment. In order to obtain excellent toughness and workability, the structure of the present invention consists mainly of a lower interstage structure, which is also present in the steel of Patent Document 1. Here, the lower interstice structure covers not less than 50% of the area of the overall structure in cross section. This area ratio is preferably not less than 60% of the area, and more preferably not less than 70% of the area. The 1 is a photomicrograph of an example of the cross-sectional structure of the steel according to the invention and the 2 the pattern diagram of it. In the 1 is the area ratio of the lower Interstate microstructure in the illustrated cross section 85%.

Der in der Patent-Druckschrift 1 beschriebene Stahl weist dabei durch das untere Zwischenstufengefüge eine ausgezeichnete Bainithärtung auf, und es kann auch bei einem Abschrecken mit einer geringen Abkühlgeschwindigkeit, etwa beim Abschrecken durch Luftkühlung, eine ausreichende Menge an unterem Zwischenstufengefüge erhalten werden. Wenn die Abkühlgeschwindigkeit beim Abschrecken durch eine Zunahme der Abmessungen des Stahls noch weiter abnimmt, wird jedoch die Bearbeitbarkeit schlechter, wenn das untere Zwischenstufengefüge wie oben beschrieben ungleichmäßig ausgebildet wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Homogenität des unteren Zwischenstufengefüges im erfindungsgemäßen Stahl durch Optimieren der Zusammensetzung des in der Patent-Druckschrift 1 beschriebenen Stahls wie folgt verbessert.The steel described in Patent Literature 1 has an excellent bainite hardening by the lower interstage structure, and a sufficient amount of lower interstage structure can be obtained even when quenching at a low cooling rate, such as quenching by air cooling. However, if the cooling rate at quenching is further decreased by an increase in the size of the steel, the workability becomes worse when the lower interstage structure is made non-uniform as described above. In the present invention, the homogeneity of the lower interstage structure in the steel of the present invention is improved by optimizing the composition of the steel described in Patent Literature 1 as follows.

Auch wenn das Gefüge so eingestellt wird, daß es beim Abschrecken zu einem unteren Zwischenstufengefüge wird, können, wenn dabei in den Stahl ungleichmäßige Restspannungen eingebaut werden, bei der Verarbeitung zu einer Form beim Bearbeiten Restspannungen auftreten. Eine Verringerung der Restspannungen im Stahlmaterial verringert die Restspannungen, die durch das Bearbeiten entstehen. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben daher untersucht, wie die trotz der verringerten Restspannungen durch das Abschrecken entstehenden Restspannungen wirkungsvoll entfernt werden können. Dazu wird nach dem Abschrecken ein Temperschritt ausgeführt. Wenn die Restspannungen durch Aufheizen und Halten der Temperatur beim Tempern verringert oder entfernt werden können, ist es auch möglich, die Erzeugung von Restspannungen bei der Bearbeitung von großen Stahlstücken zu verringern.Even if the microstructure is adjusted to become a lower interstitial structure during quenching, if uneven residual stresses are incorporated into the steel, residual stresses may be encountered during processing into a mold during processing. A reduction in the residual stresses in the steel material reduces the residual stresses that result from machining. The inventors of the present invention have therefore investigated how the residual stresses resulting from the quenching, despite the reduced residual stresses, can be effectively removed. For this purpose, an annealing step is carried out after quenching. If the residual stresses can be reduced or removed by heating and maintaining the temperature during annealing, it is also possible to reduce the generation of residual stresses in the processing of large pieces of steel.

Die Temperatur beim Tempern von Stählen für Gußformen beträgt im allgemeinen etwa 550°C, um die für Gußformen erforderliche Härte zu behalten. Die Aufheiz- und Haltetemperaturen, bei denen Restspannungen entfernt werden können, liegen dagegen in einem höheren Temperaturbereich von mindestens 570°C und dürfen für eine wirkungsvolle Entfernung der Restspannungen nicht niedriger sein als 580°C, erreichen oft auch 600°C. Ein einfaches Anheben der Temperatur beim Tempern zum Entfernen der Restspannungen führt zu einer Enthärtung des Stahls. Mit der Erfindung soll daher ein Stahl geschaffen werden, der eine ausgezeichnete Homogenität des unteren Zwischenstufengefüges und eine sehr gute Widerstandsfähigkeit gegen Erweichen beim Tempern aufweist, damit auch bei einem Aufheizen auf eine Temperatur von wenigstens 570°C, vorzugsweise auf 580°C und höher (durch das ein Hochtemperatur-Temperprozeß angewendet werden kann) mit guter Reproduzierbarkeit eine Härte von 34 bis 45 HRC erhalten bleibt. Dies wird durch die im folgenden beschriebene Verbesserung der Zusammensetzung des in der Patent-Druckschrift 1 beschriebenen Stahls erreicht. Im folgenden werden die Gründe für die Grenzen der Inhaltsstoffe des erfindungsgemäßen Stahls angegeben.
C: 0,15 bis 0,30%The tempering temperature of steels for molds is generally about 550 ° C to maintain the hardness required for molds. The heating and holding temperatures at which residual stresses can be removed, however, lie in a higher temperature range of at least 570 ° C and may not be lower than 580 ° C for an effective removal of the residual stresses, often reach 600 ° C. Simply raising the temperature during annealing to remove the residual stresses leads to softening of the steel. It is therefore an object of the present invention to provide a steel having excellent homogeneity of the lower interstitial structure and a very good resistance to softening during tempering, so that even when heated to a temperature of at least 570 ° C., preferably to 580 ° C. and higher ( through which a high temperature annealing process can be applied) with good reproducibility a hardness of 34 to 45 HRC is maintained. This is explained by the following described improvement of the composition of the patent document 1 Steel achieved. The reasons for the limits of the ingredients of the steel according to the invention are given below.
C: 0.15 to 0.30%

C ist ein wesentliches Element, das hinzugefügt wird, damit das abgeschreckte Gefüge ein unteres Zwischenstufengefüge mit guter Bearbeitbarkeit ist (zu wenig C führt zu einer Ausfällung von Ferrit), und es wird zum Härten durch Ausfällen eines Cr-Karbids, eines Mo-Karbids (eines W-Karbids) oder eines V-Karbids im Temperprozeß hinzugefügt. C ist auch ein Element, das besonders für die Widerstandsfähigkeit gegen Erweichen beim Tempern erforderlich ist, ein Merkmal der vorliegenden Erfindung. Es ist daher wichtig, daß der Gehalt an C nicht kleiner ist als 0,15 Massen-%. Wenn zu viel C enthalten ist, wird die Matrix zu einem martensitischen Gefüge, und es werden übermäßig viele Karbide ausgebildet, wodurch die Bearbeitbarkeit abnimmt. Der Gehalt an C ist daher nicht größer als 0,30 Massen-% (im folgenden als ”%” geschrieben). Der Gehalt an C ist vorzugsweise nicht kleiner als 0,17% und/oder nicht größer als 0,25%.
Si: nicht mehr als 1,0%C is an essential element added so that the quenched structure is a lower interstage structure with good workability (too little C leads to precipitation of ferrite), and it is used for hardening by precipitating a Cr carbide, a Mo carbide ( of a W carbide) or a V carbide in annealing process. C is also an element that is particularly required for annealing resistance during annealing, a feature of the present invention. It is therefore important that the content of C is not less than 0.15 mass%. If too much C is included, the matrix becomes a martensitic structure, and excessive carbides are formed, thereby decreasing machinability. The content of C is therefore not larger than 0.30 mass% (hereinafter, written as "%"). The content of C is preferably not smaller than 0.17% and / or not larger than 0.25%.
Si: not more than 1.0%

Obwohl Si ein Element zur Erhöhung der Korrosionsfestigkeit in der Atmosphäre ist, in der die Gußformen verwendet werden, beträgt der Gehalt an Si nicht mehr als 1,0%, da ein zu großer Gehalt an Si zum Entstehen von Ferrit führt. Der Gehalt an Si beträgt vorzugsweise nicht mehr als 0,6%, da eine geringere Menge von Si zu einer reduzierten Anisotropie in den mechanischen Eigenschaften und einer geringeren Streifensegregation führt, wodurch eine gute spiegelnde Glättbarkeit erhalten wird. Es ist anzumerken, daß wegen der Korrosionsfestigkeit Si vorzugsweise in einer Menge von nicht weniger als 0,1% hinzugefügt wird, besser noch in einer Menge von nicht weniger als 0,2%.
Mn: nicht mehr als 2,0%Although Si is an element for increasing the corrosion resistance in the atmosphere in which the molds are used, the content of Si is not more than 1.0%, because too high a content of Si leads to the generation of ferrite. The content of Si is preferably not more than 0.6%, because a smaller amount of Si results in a reduced anisotropy in mechanical properties and less stripe segregation, thereby obtaining a good specular smoothness. It is to be noted that, because of the corrosion resistance, Si is preferably added in an amount of not less than 0.1%, more preferably not less than 0.2%.
Mn: not more than 2.0%

Mn ist ein Element, das die Härtbarkeit des unteren Zwischenstufengefüges erhöht und das Entstehen von Ferrit unterdrückt und dadurch nach dem Abschrecken und Tempern zu einer geeigneten Härte führt. Wenn jedoch die Menge an Mn zu groß ist, muß die Wärmebehandlung zum Erhalten des unteren Zwischenstufengefüges sehr genau gesteuert werden, und die Umwandlung in Martensit wird begünstigt. Darüberhinaus erhöht eine größere Menge von Mn die Zähigkeit der Matrix und verringert die Bearbeitbarkeit. Der Gehalt an Mn beträgt daher nicht mehr als 2,0%. Es ist anzumerken, daß wegen der Härtbarkeit Mn vorzugsweise in einer Menge von nicht weniger als 1,0% hinzugefügt wird, besser noch in einer Menge von nicht weniger als 1,2%.
Ni: 0,6 bis 1,5%Mn is an element that enhances the hardenability of the lower interstitial structure and suppresses the generation of ferrite, thereby resulting in a suitable hardness after quenching and tempering. However, if the amount of Mn is too large, the heat treatment for obtaining the lower interstage structure must be controlled very accurately, and the transformation into martensite is promoted. Moreover, a larger amount of Mn increases the toughness of the matrix and reduces machinability. The content of Mn is therefore not more than 2.0%. It should be noted that, because of the hardenability, Mn is preferably added in an amount of not less than 1.0%, more preferably in an amount of not less than 1.2%.
Ni: 0.6 to 1.5%

Ni ist ein Element, das die Härtbarkeit des unteren Zwischenstufengefüges erhöht und das Entstehen von Ferrit unterdrückt. Darüberhinaus ist Ni ein wichtiges Element, damit durch geeignetes Einstellen der Menge von Ni in Relation zum C das Gefüge ein unteres Zwischenstufengefüge wird, das dem erfindungsgemäßen Stahl die ausgezeichnete Bearbeitbarkeit verleiht. Wenn jedoch die Menge an Ni zu groß ist, wird das untere Zwischenstufengefüge übermäßig fein und die Umwandlung in Martensit begünstigt, was zu einer Erhöhung der Zähigkeit der Matrix und damit einer Abnahme der Bearbeitbarkeit führt. Der Gehalt an Ni beträgt daher 0,6 bis 1,5%. Der Gehalt an Ni beträgt vorzugsweise nicht mehr als 1,2%.
Cr: mehr als 1,0 bis 2,0%Ni is an element that enhances the hardenability of the lower interstage structure and suppresses the generation of ferrite. Moreover, Ni is an important element in that, by appropriately adjusting the amount of Ni relative to C, the structure becomes a lower interstitial structure, which gives the steel of the present invention excellent workability. However, if the amount of Ni is too large, the lower interstage structure becomes excessively fine and the transformation into martensite is promoted, resulting in an increase in toughness of the matrix and hence a decrease in workability. The content of Ni is therefore 0.6 to 1.5%. The content of Ni is preferably not more than 1.2%.
Cr: more than 1.0 to 2.0%

Cr wird zur Ausfällung und Aggregation feiner Karbide im Temperprozeß hinzugefügt, um die Festigkeit des erfindungsgemäßen Stahls zu erhöhen. Darüberhinaus verbessert Cr die Korrosionsfestigkeit des erfindungsgemäßen Stahls und unterdrückt die Bildung von Rost beim Poliervorgang oder bei der Aufbewahrung der Gußformen. In einer Nitrierbehandlung erhöht Cr die Härte der Nitridschicht. Cr wird daher in einer Menge von mehr als 1,0% hinzugefügt. Wenn jedoch zu viel Cr hinzugefügt wird, wird die Umwandlung in Martensit begünstigt, da durch das Cr das untere Zwischenstufengefüge feiner wird, wodurch die Matrix stationär wird und die Bearbeitbarkeit abnimmt. Hinsichtlich der Erweichungsfestigkeit beim Tempern, das ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, ist es wichtig, die Menge an Cr auf nicht mehr als 2,0% festzulegen. Der Gehalt an Cr beträgt vorzugsweise nicht weniger als 1,2% und/oder nicht mehr als 1,8%.
Mo der W allein oder Mo und W in Kombination in Mengen, die die Formel (Mo + 1/2W) erfüllen: nicht mehr als 1,2%Cr is added to the precipitation and aggregation of fine carbides in the annealing process in order to increase the strength of the steel according to the invention. Moreover, Cr improves the corrosion resistance of the steel according to the invention and suppresses the formation of rust during the polishing process or in the storage of the molds. In a nitriding treatment, Cr increases the hardness of the nitride layer. Therefore, Cr is added in an amount of more than 1.0%. However, if too much Cr is added, the transformation into martensite is promoted since the Cr makes the lower interstage structure finer, causing the matrix to become stationary and the workability to decrease. With respect to the softening strength in tempering, which is a feature of the present invention, it is important to set the amount of Cr to not more than 2.0%. The content of Cr is preferably not less than 1.2% and / or not more than 1.8%.
Mo of W alone or Mo and W in combination in amounts satisfying the formula (Mo + 1 / 2W): not more than 1.2%

Mo und/oder W dienen zur Ausfällung und Aggregation von feinen Karbiden im Temperprozeß zur Erhöhung der Festigkeit des erfindungsgemäßen Stahls. Darüberhinaus sind es nützliche Elemente zum Herabsetzen der Restspannungen im Stahl, einem Merkmal der vorliegenden Erfindung, und zum Erhöhen der Erweichungsfestigkeit beim Abschrecken und Tempern für den Fall, daß die Gußform einer Nitrierbehandlung unterzogen wird. Da Mo und W teilweise in einer Oxidschicht auf der Oberfläche der Formen gelöst sind, verbessern sie die Korrosionsfestigkeit gegen z. B. korrosive Gase, die bei der Verwendung der Gußformen von Kunststoffen abgegeben werden. Die Menge an Mo + 1/2W beträgt jedoch nicht mehr als 1,2%, da zu viel davon zu einer Abnahme der Bearbeitbarkeit führt. Der Gehalt an Mo und/oder W beträgt vorzugsweise nicht weniger als 0,2% und/oder nicht mehr als 1,0%, besser noch nicht weniger als 0,3% und/oder nicht mehr als 0,9%.
V: 0,03 bis 0,15%Mo and / or W are used for precipitation and aggregation of fine carbides in the annealing process to increase the strength of the steel according to the invention. Moreover, there are useful elements for lowering the residual stresses in the steel, a feature of the present invention, and for increasing the softening strength in quenching and annealing in the case where the mold is subjected to a nitriding treatment. Since Mo and W are partially dissolved in an oxide layer on the surface of the molds, they improve the corrosion resistance against e.g. B. corrosive gases, which in the use of the molds of Plastics are delivered. However, the amount of Mo + 1 / 2W is not more than 1.2% because too much of it leads to a decrease in machinability. The content of Mo and / or W is preferably not less than 0.2% and / or not more than 1.0%, more preferably not less than 0.3% and / or not more than 0.9%.
V: 0.03 to 0.15%

V erhöht die Erweichungsfestigkeit beim Tempern und verhindert ein Größerwerden der Körner, wodurch es zur Verbesserung der Zähigkeit beiträgt. Darüberhinaus verbessert V die Abriebfestigkeit durch das Ausbilden von feinen, harten Karbiden. Der Gehalt an V beträgt daher mindestens 0,03%. Da zu viel V zu einer Abnahme der Bearbeitbarkeit führt, wird der Gehalt an V auf nicht mehr als 0,15% festgelegt. Der Gehalt an V beträgt vorzugsweise nicht weniger als 0,05% und/oder nicht mehr als 0,12%.
Cu: 0,1% bis weniger als 0,5%V increases the softening strength on annealing and prevents the grains from becoming larger, thereby contributing to the improvement of toughness. In addition, V improves the abrasion resistance by forming fine, hard carbides. The content of V is therefore at least 0.03%. Since too much V results in a decrease in machinability, the content of V is set to not more than 0.15%. The content of V is preferably not less than 0.05% and / or not more than 0.12%.
Cu: 0.1% to less than 0.5%

Cu fällt im Temperprozeß des erfindungsgemäßen Stahls als feste Fe-Cu-Lösung aus bzw. sammelt sich als solche an, genauso wie bei dem in der Patent-Druckschrift 1 beschriebenen Stahl. Durch Cu wird bei einer geeigneten Einstellung der hinzugefügten Menge an Cu in Relation zum Ni das Gefüge zu einem unteren Zwischenstufengefüge. Die Ausfällung oder Koagulation der festen Lösung und die Ausbildung des Gefüges als unteres Zwischenstufengefüge ergeben in Kombination die ausgezeichnete Bearbeitbarkeit des erfindungsgemäßen Stahls. Des weiteren bewirkt Cu eine sehr gute Korrosionsfestigkeit. Wenn die Menge an Cu jedoch zu groß ist, nimmt die Warmbearbeitbarkeit ab und die Umwandlung in Martensit wird begünstigt, wodurch die Bearbeitbarkeit insgesamt abnimmt.Cu precipitates in the annealing process of the steel according to the invention as a solid Fe-Cu solution or accumulates as such, as in the case of the steel described in patent document 1. With Cu, with a suitable adjustment of the added amount of Cu in relation to Ni, the structure becomes a lower interstitial structure. The precipitation or coagulation of the solid solution and the formation of the microstructure as the lower interstage structure combine to give the excellent machinability of the steel of the present invention. Furthermore, Cu causes a very good corrosion resistance. However, if the amount of Cu is too large, the hot workability decreases and the transformation into martensite is favored, whereby the workability as a whole decreases.

Es ist anzumerken, daß die Ungleichmäßigkeit des unteres Zwischenstufengefüges, die durch die Erfindung beseitigt werden soll, mit der Menge an Cu in Relation steht. Hinsichtlich der Bainit-Umwandlung beim Abschrecken erfolgt bei einer Abnahme der Abkühlgeschwindigkeit beim Abschrecken bei einer relativ hohen Temperatur eine Umwandlung in ein oberes Zwischenstufengefüge, und das Cu fällt an der Grenzfläche zwischen dem in ein oberes Zwischenstufengefüge umgewandelten Bereich und dem nicht umgewandelten Austenit aus. Da um die Cu-Ausfällung die weitere Umwandlung in ein oberes Zwischenstufengefüge möglich ist, ist es schwierig, ein homogenes unteres Zwischenstufengefüge zu erhalten. Die Ausfällung von Cu wird mit zunehmender Menge von Cu im Stahl begünstigt, was die Ungleichmäßigkeit im unteren Zwischenstufengefüge erhöht.It should be noted that the unevenness of the lower interstage structure to be eliminated by the invention is related to the amount of Cu. With respect to bainite conversion in quenching, as the cooling rate decreases upon quenching at a relatively high temperature, conversion into an upper interstage structure occurs, and the Cu precipitates at the interface between the region converted into an upper interstage structure and the unconverted austenite. Since further transformation into an upper interstitial structure is possible around Cu precipitation, it is difficult to obtain a homogeneous lower interstitial structure. The precipitation of Cu is favored with increasing amount of Cu in the steel, which increases the unevenness in the lower interstage structure.

Bei einer Untersuchung der Menge von Cu auf der Basis dieser Feststellungen wurde festgestellt, daß das Gefüge dann zu einem unteren Zwischenstufengefüge wird, wenn durch Einstellen der im folgenden genannten Beziehungsformel mit Ni der Gehalt an Cu weniger als 0,5% beträgt. Der erfindungsgemäße Stahl enthält daher 0,1% bis weniger als 0,5% Cu. Der Gehalt an Cu beträgt vorzugsweise nicht weniger als 0,25% und/oder nicht mehr als 0,45%.
S: nicht mehr als 0,05%By examining the amount of Cu on the basis of these findings, it was found that the texture becomes a lower inter-struc- ture when the content of Cu is less than 0.5% by setting the relationship formula with Ni below. The steel according to the invention therefore contains 0.1% to less than 0.5% Cu. The content of Cu is preferably not less than 0.25% and / or not more than 0.45%.
S: not more than 0.05%

S bildet im Gefüge des Stahls den nichtmetallischen Einschluß MnS und hat eine große Auswirkung auf die Verbesserung der Bearbeitbarkeit. Eine zu große Menge an MnS setzt jedoch die Eigenschaften der Gußform als solche herab, etwa durch eine größere Anisotropie der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Zähigkeit. Es ist daher erforderlich, den Gehalt an S im erfindungsgemäßen Stahl mit guter Zähigkeit, Bearbeitbarkeit und Härte und zum Erreichen einer ausgezeichneten abrasiven Glättbarkeit auf nicht mehr als 0,05% zu beschränken. Hinsichtlich der Bearbeitbarkeit beträgt der Gehalt an S vorzugsweise nicht weniger als 0,005%, besser noch nicht weniger als 0,01%.
Al: nicht mehr als 0,1%S forms the nonmetallic inclusion MnS in the structure of steel and has a great effect on improving machinability. However, an excessive amount of MnS will degrade the properties of the mold as such, such as greater anisotropy of mechanical properties, particularly toughness. It is therefore necessary to limit the content of S in the steel of the present invention to not more than 0.05% with good toughness, workability and hardness and to achieve excellent abrasive smoothness. In terms of workability, the content of S is preferably not less than 0.005%, more preferably not less than 0.01%.
Al: not more than 0.1%

Al wird vor allem als reduzierendes Element im Schmelzprozeß verwendet. Nach dem Abschrecken und Tempern befindet sich daher Al₂O₃ im erfindungsgemäßen Stahl, wodurch die spiegelnde Glättbarkeit abnimmt. Es ist daher erforderlich, den Gehalt an Al auf nicht mehr als 0,1% zu beschränken. Der Gehalt an Al beträgt vorzugsweise nicht mehr als 0,05% besser noch nicht mehr als 0,01% und am besten nicht mehr als 0,005%.
N: nicht mehr als 0,06%Al is mainly used as a reducing element in the melting process. After quenching and tempering, Al ₂ O ₃ is therefore present in the steel according to the invention, as a result of which the specular smoothness decreases. It is therefore necessary to limit the content of Al to not more than 0.1%. The content of Al is preferably not more than 0.05%, more preferably not more than 0.01%, and more preferably not more than 0.005%.
N: not more than 0.06%

N bildet im Stahl Nitride. Wenn die Nitride in einer übermäßig großen Menge ausgebildet werden, nehmen die Zähigkeit, die Bearbeitbarkeit und die Polierfähigkeit der Gußform deutlich ab. Vorzugsweise wird die Menge an N im Stahl daher auf einem niedrigen Wert gehalten. Bei der vorliegenden Erfindung beträgt der Gehalt an N nicht mehr als 0,06%. Der Gehalt an N beträgt vorzugsweise nicht mehr als 0,02% und besser noch nicht mehr als 0,015%.
O: nicht mehr als 0,005%N forms nitrides in steel. When the nitrides are formed in an excessively large amount, the toughness, machinability and polishing ability of the mold significantly decrease. Preferably, therefore, the amount of N in the steel is kept at a low level. In the present invention, the content of N is not more than 0.06%. The content of N is preferably not more than 0.02%, and more preferably not more than 0.015%.
O: not more than 0.005%

O (Sauerstoff) bildet im Stahl Oxide, wodurch die plastische Kaltbearbeitbarkeit und die Polierfähigkeit deutlich abnehmen. Da es bei der vorliegenden Erfindung wie oben erwähnt wichtig ist, die Ausbildung von Al₂O₃ zu beschränken, wird die Obergrenze für den Gehalt an O auf 0,005% festgelegt. Der Gehalt an O beträgt vorzugsweise nicht mehr als 0,003%. Zur Verbesserung der Glättbarkeit ist es vorteilhaft, den Gehalt an O auf einen noch niedrigeren Wert einzustellen, zum Beispiel auf nicht mehr als 0,001%. Da jedoch bei der vorliegenden Erfindung vor allem das Al₂O₃ beschränkt werden soll, ist es nicht unbedingt erforderlich, neben der Einstellung des Al-Gehalts auf einen niedrigen Wert auch noch den Gehalt an O als solchen auf einen niedrigen Wert einzustellen. Es ist damit möglich, daß der Gehalt an 0 0,001% übersteigt.
Wert der Formel (1): [% Ni] + 1,2[% Cu] = 0,70 bis 1,80 O (oxygen) forms oxides in the steel, which significantly reduces the plastic cold workability and the polishing ability. As mentioned above, since it is important in the present invention to restrain the formation of Al ₂ O ₃ , the upper limit of the content of O is set to 0.005%. The content of O is preferably not more than 0.003%. In order to improve the smoothness, it is preferable to set the content of O to an even lower value, for example, not more than 0.001%. However, in the present invention, since Al ₂ O ₃ is mainly to be restricted, it is not absolutely necessary to set the content of O as such to a low value besides setting the Al content to a low value. It is thus possible that the content of O exceeds 0.001%.
Value of the formula (1): [% Ni] + 1.2 [% Cu] = 0.70 to 1.80

Bei dem erfindungsgemäßen Stahl wird auch dann, wenn der Gehalt an Cu zur Verringerung der Ungleichmäßigkeit des unteren Zwischenstufengefüges verringert wird, in ausreichender Menge das untere Zwischenstufengefüge erhalten, wenn der Wert der Formel (1): [% Ni] + 1,2[% Cu] in Massen-% im Bereich von 0,70 bis 1,80 gehalten wird, und es wird sowohl eine gute Bearbeitbarkeit und Zähigkeit als auch eine gute Härte erzielt. Wenn der Wert der Formel (1) kleiner ist als 0,70, entstehen Ferrit und oberes Zwischenstufengefüge, und wenn der Wert über 1,80 liegt, entstehen übermäßig viel feines unteres Zwischenstufengefüge und Martensit. Der Wert ist vorzugsweise nicht kleiner als 1,10 und/oder nicht größer als 1,60.In the steel of the present invention, even if the content of Cu is reduced to reduce the unevenness of the lower interstage structure, the lower interstage structure is sufficiently obtained when the value of the formula (1): [% Ni] + 1.2 [%] Cu] is held in the mass% in the range of 0.70 to 1.80, and it is achieved both a good workability and toughness and a good hardness. If the value of the formula (1) is smaller than 0.70, ferrite and upper interstitial structure are formed, and if the value is over 1.80, excessively fine lower interstitial structure and martensite are formed. The value is preferably not smaller than 1.10 and / or not larger than 1.60.

Um die Entstehung von oberem Zwischenstufengefüge zuverlässig zu verhindern und um den Flächenanteil des unteren Zwischenstufengefüges im Gefüge auf 50% und mehr einzustellen, ist die Abkühlgeschwindigkeit beim Abschrecken bei 450°C bis 400°C nicht kleiner als 3°C/min, und der Wert des obigen Formel (1) ist nicht kleiner als 0,70. Der erfindungsgemäße Stahl weist eine Zusammensetzung auf, bei der im Vergleich zu dem in der Patent-Druckschrift 1 beschriebenen Stahl aufgrund eines geringeren Gehalts an Cu leichter oberes Zwischenstufengefüge entsteht. Die Zusammensetzung besitzt jedoch ein derartiges Abschreckverhalten, daß die Bainit-Nase im isothermischen Umwandlungsdiagramm im Bereich von 450°C bis 400°C liegt. Die Bildung des oberen Zwischenstufengefüges kann jedoch auch dann, wenn der Stahl nur 0,1% Cu enthält, dadurch unterdrückt werden, daß dieser Temperaturbereich beim Abschrecken des erfindungsgemäßen Stahls mit einer hohen Abkühlgeschwindigkeit durchlaufen wird. Durch dieses Abschrecken kann leicht ein Flächenanteil des unteren Zwischenstufengefüges von 60% bis 70% der Fläche erhalten werden. Die Aufheiztemperatur zum Abschrecken beträgt vorzugsweise 850 bis 1050°C, so daß genügend austenitisches Gefüge erhalten wird.
Wert der Formel (2): 60[% Cu] + 1,5[% Si] + [% Ni] + 6[% Cr] + 2[% Mo + 1/2W (allein oder in Kombination)] + 20[% V] + 0,2[% Cu] = 16,20 bis 38,10In order to reliably prevent the formation of upper interstice structure and to set the area ratio of the lower interstice structure in the microstructure to 50% or more, the quench cooling rate at 450 ° C to 400 ° C is not less than 3 ° C / min, and the value of the above formula (1) is not smaller than 0.70. The steel according to the invention has a composition in which, compared with the steel described in Patent Document 1, a lighter upper intermediate structure is formed due to a lower content of Cu. However, the composition has a quenching performance such that the bainitic nose in the isothermal conversion diagram is in the range of 450 ° C to 400 ° C. However, even if the steel contains only 0.1% of Cu, the formation of the upper interstice structure can be suppressed by passing through this temperature range by quenching the steel of the present invention at a high cooling rate. By this quenching, an area ratio of the lower interstice structure of 60% to 70% of the area can be easily obtained. The heating temperature for quenching is preferably 850 to 1050 ° C, so that sufficient austenitic structure is obtained.
Value of the formula (2): 60 [% Cu] + 1.5 [% Si] + [% Ni] + 6 [% Cr] + 2 [% Mo + 1 / 2W (alone or in combination)] + 20 [ % V] + 0.2 [% Cu] = 16.20 to 38.10

Bei dem erfindungsgemäßen Stahl liegt der Wert der Formel (2) : 60[% Cu] + 1,5[% Si] + [% Ni] + 6[% Cr] + 2[% Mo + 1/2W (allein oder in Kombination)] + 20[% V] + 0,2[% Cu], die auch in der Patent-Druckschrift 1 eingeführt wird, im Bereich von 16,20 bis 38,10. Für eine hohe Härte und eine ausgezeichnete Zähigkeit und Bearbeitbarkeit liegt der Wert vorzugsweise im Bereich von nicht kleiner als 21,00 und/oder nicht mehr als 28,70. Besser noch liegt der Wert im Bereich von nicht kleiner als 23,00 und/oder nicht mehr als 28,00.In the steel according to the invention, the value of formula (2) is: 60 [% Cu] + 1.5 [% Si] + [% Ni] + 6 [% Cr] + 2 [% Mo + 1 / 2W (alone or in Combination)] + 20 [% V] + 0.2 [% Cu], which is also introduced in Patent Publication 1, in the range of 16.20 to 38.10. For a high hardness and an excellent toughness and workability, the value is preferably in the range of not less than 21.00 and / or not more than 28.70. Better yet, the value is in the range of not less than 23.00 and / or not more than 28.00.

Bei der vorliegenden Erfindung können unter der Voraussetzung, daß die genannten Auswirkungen erhalten bleiben, weitere Element für eine Verbesserung der Zähigkeit oder der Bearbeitbarkeit hinzugefügt werden. Zum Beispiel können zur Verbesserung der Zähigkeit eines oder mehrere der folgenden Elemente hinzugefügt werden:
Nb: Nicht mehr als 0,5% (vorzugsweise nicht weniger als 0,01% und/oder nicht mehr als 0,1%),
Ti: nicht mehr als 0,15% (vorzugsweise nicht weniger als 0,01%),
Zr: nicht mehr als 0,15% (vorzugsweise nicht weniger als 0,01%), und
Ta: nicht mehr als 0,15% (vorzugsweise nicht weniger als 0,01%).In the present invention, provided that the above effects are retained, further elements for improving the toughness or the workability can be added. For example, to improve toughness, one or more of the following may be added:
Nb: not more than 0.5% (preferably not less than 0.01% and / or not more than 0.1%),
Ti: not more than 0.15% (preferably not less than 0.01%),
Zr: not more than 0.15% (preferably not less than 0.01%), and
Ta: not more than 0.15% (preferably not less than 0.01%).

Zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit können eines oder mehrere der folgenden Elemente hinzugefügt werden:
Zr: Nicht mehr als 0,2% (vorzugsweise nicht weniger als 0,003%),
Ca: nicht mehr als 0,01% (vorzugsweise nicht weniger als 0,0005%),
Pb: nicht mehr als 0,2% (vorzugsweise nicht weniger als 0,03%),
Se: nicht mehr als 0,2% (vorzugsweise nicht weniger als 0,03%)
Te: nicht mehr als 0,15% (vorzugsweise nicht weniger als 0,01%),
Bi: nicht mehr als 0,2% (vorzugsweise nicht weniger als 0,01%),
In: nicht mehr als 0,5% (vorzugsweise nicht weniger als 0,005%), und Ce: nicht mehr als 0,1% (vorzugsweise nicht weniger als 0,01%)To improve machinability, one or more of the following elements may be added:
Zr: not more than 0.2% (preferably not less than 0.003%),
Ca: not more than 0.01% (preferably not less than 0.0005%),
Pb: not more than 0.2% (preferably not less than 0.03%),
Se: not more than 0.2% (preferably not less than 0.03%)
Te: not more than 0.15% (preferably not less than 0.01%),
Bi: not more than 0.2% (preferably not less than 0.01%),
In: not more than 0.5% (preferably not less than 0.005%), and Ce: not more than 0.1% (preferably not less than 0.01%)

Außerdem können Y, La, Nd, Sm und andere SEM (Seltenerdmetalle) in einer Menge von insgesamt nicht mehr als 0,3% (vorzugsweise nicht weniger als 0,0005% oder mehr) hinzugefügt werden. In addition, Y, La, Nd, Sm and other SEM (rare earth metals) may be added in a total amount of not more than 0.3% (preferably not less than 0.0005% or more).

Der erfindungsgemäße Stahl weist deutlich weniger Restspannungen beim Bearbeiten auf, so daß der Stahl auch dann eine Härte von 34 bis 45 HRC behält, wenn die Temperatur beim Abschrecken und Tempern 570°C und mehr beträgt. Hinsichtlich einer zuverlässigen Aufrechterhaltung einer Härte von nicht weniger als 34 HRC beträgt die Tempertemperatur vorzugsweise nicht mehr als 650°C.The steel according to the invention has significantly lower residual stresses during machining, so that the steel retains a hardness of 34 to 45 HRC even when the temperature during quenching and tempering is 570 ° C and more. With respect to a reliable maintenance of a hardness of not less than 34 HRC, the annealing temperature is preferably not more than 650 ° C.

BeispieleExamples

Die Tabelle 1 zeigt die chemische Zusammensetzung von erfindungsgemäßen Stählen und von Vergleichsbeispielen. Die Proben Nr. 11 bis 15 für die Stähle der Vergleichsbeispiele sind die in der Patent-Druckschrift 1 beschriebenen Stähle. Die Probe Nr. 10 hat die gleiche Zusammensetzung wie die Probe Nr. 3 der erfindungsgemäßen Stähle.Table 1 shows the chemical composition of steels according to the invention and comparative examples. Samples Nos. 11 to 15 for the steels of Comparative Examples are the steels described in Patent Literature 1. The sample No. 10 has the same composition as the sample No. 3 of the steels of the present invention.

Für die Herstellung der Stähle wurden 10 kg-Barren in einem Vakuuminduktionsschmelzofen geschmolzen und bei 1250°C für 5 Stunden einer Homogenisierungs-Wärmebehandlung unterzogen. Dann wurden durch Warmschmieden bei 1100°C Stahlstücke mit den Abmessungen 30 mm Dicke × 60 mm Breite hergestellt. Nach einem Aufheizen bei 860°C erfolgte bei 900°C eine Abschreckbehandlung. Das Abschrecken erfolgte durch Kühlen mit unter Druck stehendem Gas. Wenn die zum Abkühlen von der Abschrecktemperatur (900°C) auf eine Temperatur (450°C) zwischen der Abschrecktemperatur und Raumtemperatur (20°C) als ”halbe Abkühlzeit” (dargestellt als halbe Abkühlung in Minuten) bezeichnet wird, erfolgte das Abschrecken mit einer Kühlrate bis zur halben Abkühlung von 150 Minuten, wodurch ein Abschnitt simuliert wird, in dem die Abkühlgeschwindigkeit niedrig ist, etwa im Mittelteil eines großvolumigen Stahlstücks. Die Abkühlgeschwindigkeit bei 450°C bis 400°C wurde so gesteuert, daß sie in allen Proben mit Ausnahme der Probe Nr. 10, bei der die Abkühlgeschwindigkeit etwa 1°C/min betrug, nicht weniger als 3°C/min betrug. Die Temperatur der Proben wurde in der Mitte der Proben durch ein Thermoelement gemessen, das etwa in der Mitte der Probe angebracht war. Das Tempern erfolgte durch Aufheizen auf eine Temperatur im Bereich von 550°C bis 650°C für 2 Stunden mit anschließender Abkühlung an Luft, wobei die Zielhärte 37 bis 41 HRC betrug (die Härte der Probe Nr. 10 lag weit unter 37 HRC). For the production of the steels, 10 kg bars were melted in a vacuum induction melting furnace and subjected to a homogenizing heat treatment at 1250 ° C. for 5 hours. Then, by hot forging at 1100 ° C, steel pieces having dimensions of 30 mm × 60 mm in width were produced. After heating at 860 ° C was carried out at 900 ° C, a quenching treatment. Quenching was done by cooling with pressurized gas. When designated for cooling from the quenching temperature (900 ° C) to a temperature (450 ° C) between quenching temperature and room temperature (20 ° C) as "half cooling time" (shown as half cooling in minutes), quenching was carried out with a cooling rate up to half cooling of 150 minutes, thereby simulating a portion in which the cooling rate is low, such as in the middle part of a large-volume steel piece. The cooling rate at 450 ° C to 400 ° C was controlled to be not less than 3 ° C / min in all of the samples except Sample No. 10 in which the cooling rate was about 1 ° C / min. The temperature of the samples was measured in the middle of the samples by a thermocouple placed approximately in the middle of the sample. Annealing was carried out by heating to a temperature in the range of 550 ° C to 650 ° C for 2 hours followed by cooling in air, the target hardness being 37 to 41 HRC (the hardness of Sample No. 10 was well below 37 HRC).

Dann wurde die Bearbeitbarkeit der Proben nach dem Abschrecken und Tempern durch den folgenden Bohrtest bewertet. Es wurde mit einem Bohrer mit einem Durchmesser von 1 mm aus JIS-SKH51-Schnellstahl und einer Arbeitsgeschwindigkeit von 20 m/min, einer Zuführrate von 31,83 mm/min und einer Tiefe des fertigen Lochs von 10 mm ein Loch ausgebildet. Als Standzeit des Bohrers wird die Anzahl von gebohrten Löchern definiert, bis der Bohrer bricht, und dieser Wert festgehalten.Then, the workability of the samples after quenching and tempering was evaluated by the following drilling test. It was made with a drill with a diameter of 1 mm JIS SKH51 high-speed steel and a working speed of 20 m / min, a feed rate of 31.83 mm / min and a depth of the finished hole of 10 mm formed a hole. The life of the drill is defined as the number of holes drilled until the drill breaks and this value is recorded.

Danach wurde die Härte der Proben an der Oberfläche, in die der Bohrer eingedrungen war, gemessen und die Mikrostruktur festgestellt. Das Mikrogefüge wurde wie folgt festgestellt. Nachdem die Oberfläche, in die der Bohrer eingedrungen war, durch Läppen mit abrasiven 1 μm-Körnern spiegelnd geglättet worden war, wurde die Oberfläche der Proben mit einer Mischlösung aus 10% Salpetersäure und 90% Ethylalkohol geätzt und die geätzte Oberfläche mit einem optischen Mikroskop bei 400-facher Vergrößerung betrachtet und fotografiert, um den Flächenanteil des unteren Zwischenstufengefüges an der Oberfläche festzustellen.Thereafter, the hardness of the samples on the surface into which the drill penetrated was measured and the microstructure was confirmed. The microstructure was determined as follows. After the surface into which the drill had penetrated was mirror-smoothed by lapping with abrasive 1 μm grains, the surface of the samples was etched with a mixed solution of 10% nitric acid and 90% ethyl alcohol and the etched surface was observed with an optical microscope 400 times magnification and photographed to determine the area fraction of the lower interstitial structure at the surface.

Dann erfolgte eine Bewertung der Zähigkeit mit einem Charpy-Stoßtest an einem Teststück mit einer 2 mm-U-Kerbe (Teststück Nr. 3 nach JIS) und Messen des Charpy-Stoßwerts bei Raumtemperatur. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2 Probe Nr. Tempertemperatur ⁽ ^°C ⁾ Härte (HRC) Bohrer-Standzeit (Zahl der Löcher) Flächenanteil des unteren Bainits (%)* Charpy-Stoßwert (J/cm2) Bemerkungen 1 600 37.9 245 80 73.8 Erfindungsgemäßer Stahl 2 580 37.3 248 80 74.8 3 580 37.0 316 80 65.6 4 590 38.8 252 85 72.4 5 615 36.5 247 80 60.4 6 615 38.5 300 80 512 7 615 36.7 246 80 63.1 8 620 37.0 266 80 45.9 9 615 37.0 188 85 72.0 Stahl des Vergleichsbeispiels 10 580 34.6 218 20 83.1 11 590 38.4 169 85 64.5 12 600 39.6 169 85 75.2 13 560 37.3 138 70 64.9 14 620 36.2 221 80 58.9 15 630 37.7 219 80 63.6 *Der Rest ist oberes Zwischenstufengefüge Then, the toughness was evaluated by a Charpy impact test on a test piece having a 2 mm U notch (test piece No. 3 according to JIS) and measuring the Charpy impact value at room temperature. The results are shown in Table 2. Table 2 Sample No. Tempering temperature ⁽ ^{° C} ⁾ Hardness (HRC) Drill life (number of holes) Area fraction of lower bainite (%) * Charpy impact value (J / cm2) Remarks 1 600 37.9 245 80 73.8 Steel according to the invention 2 580 37.3 248 80 74.8 3 580 37.0 316 80 65.6 4 590 38.8 252 85 72.4 5 615 36.5 247 80 60.4 6 615 38.5 300 80 512 7 615 36.7 246 80 63.1 8th 620 37.0 266 80 45.9 9 615 37.0 188 85 72.0 Steel of the comparative example 10 580 34.6 218 20 83.1 11 590 38.4 169 85 64.5 12 600 39.6 169 85 75.2 13 560 37.3 138 70 64.9 14 620 36.2 221 80 58.9 15 630 37.7 219 80 63.6 * The rest is upper intermediate structure

Die Proben Nr. 1 bis 8 mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung behielten ihre vorgegebene hohe Härte auch bei einem Tempern bei einer Temperatur von nicht weniger als 570°C, insbesondere nicht weniger als 580°C. Besonders die Probe Nr. 8 mit einem C-Gehalt von mehr als 0,25% hatte nach dem Tempern bei 620°C eine Härte von 37,0 HRC und wies damit eine ausgezeichnete Erweichungsfestigkeit beim Tempern auf. Die Proben Nr. 1 bis 7 besaßen eine ausgezeichnete Zähigkeit, und sogar die Zähigkeit der Probe Nr. 8 mit einem großen Gehalt an C war sehr gut. Gleichzeitig besitzen diese Proben im Vergleich zu den Proben Nr. 11 bis 15, die der Patent-Druckschrift 1 entsprechen, eine verbesserte Bearbeitbarkeit (Lochausbildungsfähigkeit).The sample Nos. 1 to 8 having the composition of the present invention retained their predetermined high hardness even when annealed at a temperature of not less than 570 ° C, especially not less than 580 ° C. Specifically, Sample No. 8 having a C content of more than 0.25% had a hardness of 37.0 HRC after annealing at 620 ° C, and thus had an excellent softening resistance on tempering. The samples Nos. 1 to 7 had excellent toughness, and even the toughness of the sample No. 8 having a large content of C was very good. At the same time, these samples have improved workability (hole-forming ability) as compared with Sample Nos. 11 to 15 corresponding to Patent Document 1.

Die Probe Nr. 9, bei der der Wert der Formel (1) groß ist, weist eine ausgezeichnete Zähigkeit auf, da das untere Zwischenstufengefüge fein ist, es wird jedoch nicht die Bearbeitbarkeit erreicht, die bei der vorliegenden Erfindung erforderlich ist. Bei der Probe Nr. 10 ist zwar die Zusammensetzung die der vorliegenden Erfindung, das Gefüge besteht jedoch hauptsächlich aus oberem Zwischenstufengefüge. Die Probe Nr. 10 weist im Vergleich zu den anderen Proben eine geringere Härte auf und damit einen größeren Charpy-Stoßwert. Die Bearbeitbarkeit der vorliegenden Erfindung wird nicht erreicht.The sample No. 9 in which the value of the formula (1) is large has excellent toughness because the lower interstage structure is fine, but does not achieve the workability required in the present invention. Although in the sample No. 10, the composition is that of the present invention, the structure is mainly composed of the upper interstage structure. The sample No. 10 has a lower hardness compared to the other samples and thus a larger Charpy impact value. The workability of the present invention is not achieved.

Die 3 zeigt die Ergebnisse für die Standzeit eines Bohrers (die Anzahl der damit gebohrten Löcher) in Relation zu dem Gehalt an Cu in der Tabelle 2. Wie in der 3 gezeigt ist bei den Stählen mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung die Standzeit des Bohrers größer. Die Probe Nr. 10 dient in der 3 als Bezug, bei der die Standzeit des Bohrers kleiner als bei den anderen Proben mit einer Härte von etwa 37 HRC, obwohl die Probe Nr. 10 eine geringere Härte aufweist, da das Gefüge hauptsächlich aus oberem Zwischenstufengefüge besteht.The 3 shows the results for the life of a drill (the number of holes drilled therewith) in relation to the content of Cu in Table 2. As in the 3 shown in the steels with the composition of the invention, the service life of the drill larger. Sample No. 10 is used in the 3 as a cover, where the life of the drill is smaller than the other samples with a hardness of about 37 HRC, although the sample no. 10 has a lower hardness, since the structure consists mainly of upper interstate structure.

Industrielle AnwendbarkeitIndustrial applicability

Der erfindungsgemäße Stahl weist eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit auf, die der herkömmliche vorgehärtete Stahl für Kunststoff-Gußformen nicht hat. Darüberhinaus besitzt der erfindungsgemäße Stahl nicht nur verringerte Restspannungen beim Bearbeiten, sondern er kann auch mit weniger Schritten zu einem Produkt verarbeitet werden, und er weist weniger Risse von der Wärmebeanspruchung beim Bearbeiten auf. Der Stahl ist daher für die Verwendung als Produkt geeignet, das eine genaue Bearbeitung erfordert.The steel of the present invention has an excellent machinability, which does not have the conventional precast steel for plastic molds. Moreover, the steel according to the present invention not only has reduced residual stresses in working, but can be processed into a product with fewer steps, and it has less cracks from the heat stress during machining. The steel is therefore suitable for use as a product requiring accurate machining.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

JIS-SKH51 high speed steel [0048]

Claims

Steel for molds with excellent hole-forming capability and reduced residual stresses during machining, with the steel in mass% 0.15 to 0.30% C; not more than 1.0% Si; not more than 2.0% Mn; 0.6 to 1.5% Ni; more than 1.0% but not more than 2.0% Cr; not more than 1.2% Mo or W alone or Mo and W in a combination of quantities satisfying the formula (Mo + 1 / 2W); 0.03 to 0.15% V; 0.1% to less than 0.5% Cu; not more than 0.05% S; limited amounts of Al, N and O with not more than 0.1% Al, 0.06% N and not more than 0.005% O; and with the balance of Fe and the inevitable impurities, wherein the value of the formula (1): [% Ni] + 1.2 [% Cu] in% by mass is 0.70 to 1.80, and wherein the steel in cross section is a structure having an area ratio of lower interstitial structure of not less than 50% and has a hardness of 34 to 45 HRC.

Steel according to claim 1, comprising, in mass%, 0.17 to 0.25% C and 1.2 to 1.8% Cr.

Steel according to claim 1 or 2, comprising, in mass%, 0.6 to 1.2% Ni and 0.1 to 0.45% Cu.

A steel according to any one of claims 1 to 3, wherein the value of the formula (1): [Ni] + 1.2 [% Cu] in mass% is 1.10 to 1.60.

A steel according to any one of claims 1 to 4, wherein, in% by mass, 0.2 to 1.0% Mo or W alone or Mo and W in a combination satisfying the formula (Mo + 1 / 2W).

Steel according to one of claims 1 to 5, with, in mass%, 0.005 to 0.05% S.

A steel according to any one of claims 1 to 6, wherein the value of the formula (2): 60 [% Cu] + 1.5 [% Si] + [% Ni] + 6 [% Cr] + 2 [% Mo + 1 / 2W (alone or in combination)] + 20 [% V] + 0.2 [% Cu] in% by mass from 16.20 to 38.10.

A method of producing the steel according to any one of claims 1 to 7, comprising quenching the steel of the above composition and annealing the quenched steel at not less than 570 ° C to obtain a structure in which the area ratio of the lower interstitial structure is not in cross section less than 50% and the steel has a hardness of 34 to 45 HRC.

A method according to claim 8, wherein the quenching is carried out in the temperature range of 450 ° C to 400 ° C at a cooling rate of not less than 3 ° C / min.

A method according to claim 8 or 9, wherein the quenching heating temperature is 850 to 1050 ° C.