DE69713415T2

DE69713415T2 - Stahl, geeignet für die Herstellung von Spritzgussformen für plastische Werkstoffe

Info

Publication number: DE69713415T2
Application number: DE69713415T
Authority: DE
Inventors: Jean Beguinot; Frederic Chenou; Gilbert Primon
Original assignee: Industeel France SAS
Current assignee: Industeel France SAS
Priority date: 1996-03-01
Filing date: 1997-02-18
Publication date: 2003-01-09
Anticipated expiration: 2017-02-19
Also published as: JPH1036938A; ES2176632T3; CA2197532A1; US5785924A; FR2745587A1; FR2745587B1; KR100451474B1; DE69713415D1; ATE219526T1; KR970065758A; PT792944E; EP0792944A1; CN1070241C; CN1174244A; TW367372B; MX9701554A; EP0792944B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stahl mit struktureller Härtung, welcher insbesondere für die Herstellung von Formen für die Einspritzung von Kunststoff benutzt werden kann.
Die Formen zur Einspritzung von Kunststoffen bestehen aus Montagen von Werkstücken, welche aus Stahlblöcken bestehen, um einen Abdruck zu bilden, der die Form von den Objekten hat, die durch Spritzformen hergestellt werden sollen. Die Gegenstände werden serienmäßig hergestellt und die aufeinanderfolgenden Ausformungen erzeugen eine Abnutzung der Oberfläche des Abdrucks. Nach der Herstellung einer gewissen Anzahl von Objekten, können die Formen nicht mehr benutzt werden und müssen ausgewechselt bzw. repariert werden. Die Reparatur, wenn sie möglich ist, besteht in einer Hartauftragsschweißung gefolgt von einer spanenden Formgebung und einem Schleifen oder einem chemischen Körnen der Oberfläche des Abdrucks. Damit die Reparatur durch Schweissen möglich ist, ist es nötig daß das durch Schweissen hinzugefügte Metall und die durch die Schweisshitze beeinträchtigten Bereiche im Basismetall zufriedenstellende Eigenschaften haben. Die Eignung zur Reparatur durch Schweissen wird insbesondere dann erhalten, wenn man Stahl mit struktureller Härtung benutzt, welcher durch Abschreckhärten und Vergütung behandelt wird. Die strukturelle Härtung wird erhalten indem zum Stahl 2% bis 5% Nickel und mindestens ein Element wie Aluminium und Kupfer mit einem Gehalt zwischen 0,5% und 3% hinzugefügt wird. Die kombinierte Anwesenheit von Nickel und Kupfer oder Aluminium erlaubt es durch Abschreckhärten und Vergüten eine bainitische oder martensitische Struktur zu erhalten, dessen Zugwiderstand in der Größenordnung von 1400 MPa und die Härte ungefähr bei 400 MB liegt. Weil die Erhärtung von der Ausscheidung während der Vergütung von intermetallischen Komponenten herrührt, kann der Gehalt an Kohlenstoff begrenzt werden. Dieser begrenzte Kohlenstoffgehalt erlaubt es, die Teile durch Schweissen zu reparieren ohne daß die Härte der durch die Hitze beeinträchtigten Bereiche im wesentlichen 400 MB überschreitet.
Ausser Nickel, Kupfer und Aluminium weist die chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozenten weniger als 0,25% Kohlenstoff, weniger als 1% Silizium, zwischen 0,9% und 2% Mangan, zwischen 2% und 5% Nickel, zwischen 0% und 18% Chrom, zwischen 0,05% und 1% Molybden, zwischen 0 und 0,2% Schwefel, eventuell Titan, Niobium oder Vanadium in einem Gehalt von weniger als 0,1%, eventuell Bor in einem Gehalt von weniger als 0,005%, wobei der Rest Eisen und Unreinheiten sind, die aus der Verarbeitung herrühren.
Für gewisse Anwendungen müssen die Formen der Korrosion widerstehen und der Gehalt an Chrom ist mit höher als 8% gewählt. Für andere Anwendungen ist die Widerstandsfähigkeit gegen die Korrosion von keinem besonderen Interesse und der Chromgehalt liegt unter 2%.
Die Benutzung von so hergestellten Formen, ob sie widerstandsfähig gegen die Korrosion sind oder nicht, haben den Nachteil die Produktivität der Installation für Spritzformen zu begrenzen. In der Tat weist ein Formvorgang mehrere aufeinanderfolgende Phasen auf, davon eine Verfestigungsphase des Kunststoffes durch Abkühlen, welche relativ lang ist.
Ausserdem kann die Herstellung von Formen, welche insbesondere durch Abspanen von Stahlblöcken dessen Dicke 800 mm, wenn nicht 1000 mm erreichen kann, vorgenommen wird, Schwierigkeiten darstellen, die aus der Anwesenheit von abgesonderten Bändern herrührt. Diese Schwierigkeiten sind insbesondere umso größer je dicker die Stahlblöcke sind.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, diesen Nachteilen abzuhelfen, indem ein Stahl vorgeschlagen wird, der für die Herstellung von Formen zur Einspritzung von Kunststoff geeignet ist, welche einen Zugwiderstand Rm in der Grössenordnung von 1400 MPa und eine Härte über 350 HB aufweisen, bevorzugt über 380 MB, eine gute Schweissbarkeit, eine gute Spanbarkeit sogar für sehr grosse Dicken und was es erlaubt, die Produktivität der Installationen für das Einspritzformen erhöht, indem die Dauer der Abkühlung nach der Einspritzung verkürzt wird.
Zu diesem Zweck hat es die vorliegende Erfindung zum Ziel einen Stahl, welcher insbesondere benutzbar ist für die Herstellung von Formen für die Einspritzung von Kunststoff, dessen chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozenten folgende ist:
0,03% ≤ CS ≤ 0,25%
0% ≤ Si ≤ 0,2%
0% ≤ Mn ≤ 0,9%
1,5% ≤ Ni ≤ 5%
0% ≤ Cr ≤ 18%
0,05% ≤ Mo + W/2 ≤ 1%
0% ≤ S ≤ 03%
- mindestens ein Element von Al und Cu mit jeweils zwischen 0,5% und 3%
- eventuell von 0,0005% bis 0,015% Bor
- mindestens ein Element von V, Nb, Zr, Ta und Ti mit jeweils zwischen 0% und 0,3%
- mindestens ein Element von Pb, Se, Te und Bi mit jeweils zwischen 0% und 0,3%
- vorzugsweise weniger als 0,003% Stickstoff,
wobei der Rest Eisen und Unreinheiten sind, die aus der Verarbeitung herrühren und die chemische Zusammensetzung ausserdem und gleichzeitig folgende Beziehungen erfüllt: Kth = 3,8xC + 9,8 x Si + 3,3 x Mn + 2,4 x Ni + α x Cr + 1,4 x (Mo+W/2) ≤ At, mit in dieser Formel: α = 1,4 wenn Cr < 8% und α = 0 wenn Cr ≥ 8% und At = 15, bevorzugt At = 13 und besser noch At = 11;
und:
Tr = 3,8xC + 1,07 x Mn + 0,7 x Ni + 0,57 x Cr + 1,58 x (Mo+W/2) + kB ≥ Bt, mit kB 0,8 wenn der Stahl zwischen 0,0005% und 0,015% Bor enthält und kB = 0 wenn das nicht der Fall ist und mit Bt = 3,1, bevorzugt Bt = 4,1;
und:
Kth/Tr ≤ Ct
mit Ct = 3, bevorzugt Ct = 2,8 und besser noch Ct = 2,5.
Die Zusammensetzung von Stahl kann vorteilhafterweise folgenderweise gewählt werden:
3,8xC + 3,3 x Mn + 2,4 x Ni + α x Cr + 1,4 x (Mo+W/2) ≤ 8
Bevorzugt muss die chemische Zusammensetzung des Stahls so sein, dass der Gehalt an Mangan unter oder gleich 0,7% sein, und noch besser unter oder gleich 0,5%; ebenfalls ist vorzuziehen dass der Gehalt an Silizium unterhalb von 0,1% liegt.
Wenn der Stahl dazu bestimmt ist, Formen herzustellen, die der Korrosion widerstehen, muss der Gehalt an Chrom bevorzugt über oder gleich 8% sein. Falls die Widerstandsfähigkeit gegen die Korrosion nicht erforderlich ist, muss der Gehalt an Chrom unter oder gleich 5% sein und besser noch unter oder gleich 2%, und es ist vorzuziehen, dass der Stahl Bor enthält.
Die Erfindung betrifft ebenfalls einen erfindungsgemässen Stahlblock mit der kennzeichnenden Abmessung d über oder gleich 20 mm, welche in jedem Punkt eine entweder martensitische, oder bainitische oder martensitisch-bainitische Struktur, vergütet, mit einer Härte über 350HB aufweist.
Bevorzugt ist die chemische Zusammensetzung des den Block zusammensetzenden Stahls folgende:
Tr = 3,8xC + 1,07 x Mn + 0,7 x Ni + 0,57 x Cr + 1,58 x (Mo+W/2) + kB ≥ f(d)
Mit kB = 0,8 wenn der Stahl zwischen 0,0005% und 0,015% Bor enthält und kB = 0, wenn das nicht der Fall ist,
mit
f(d) = 2,05 + 1,04 x log(d)
und bevorzugt:
f(d) = -0,8 + 1,9 x log(d)
In diesem Fall muss der Stahlblock im Wasser abgeschreckt werden.
Der Ausdruck "log(d)" stellt den dezimalen Logarithmus der kennzeichnenden Abmessung d ausgedrückt in mm dar.
Die Erfindung wird jetzt ausführlicher aber nicht begrenzend, insbesondere mit Hilfe der folgenden Beispiele beschrieben.
Der erfindungsgemässe Stahl ist ein Stahl mit struktureller Härtung, und zwar mit folgenden Gewichtprozenten:
- mehr als 0,03% Kohlenstoff, um eine zufriedenstellende Widerstandsfähigkeit gegen das Weichwerden während der Vergütung zu verstärken, aber weniger als 0,25% um eine gute Schweissbarkeit zu erhalten, die gekennzeichnet ist durch eine Härte des thermisch beeinträchtigten Schweissbereichs die nicht 430HB übersteigt;
- zwischen 0% und 0,2%, und bevorzugt weniger als 0,1% Silizium; dieses Element welches normalerweise für eine Entoxydierung des Stahls während der Verarbeitung erforderlich ist, darf 0,2% nicht übersteigen, um eine exzessive Senkung der Wärmeleitfähigkeit des Stahls zu vermeiden;
- zwischen 0% und 0,9% Mangan, um einerseits den Schwefel zu fixieren und andererseits dem Stahl genügende Abschreckhärtbarkeit zu verleihen; der Gehalt ist begrenzt auf 0,9%, bevorzugt 0,7% und noch besser 0,5% um einerseits dazu beizutragen, dass man eine Wärmeleitfähigkeit erhält, die so gross wie möglich ist und andererseits und besonders um die Bildung von abgesonderten Bändern zu vermeiden, was sehr hinderlich für eine Spanbarkeit ist;
- zwischen 1,5% und 5% Nickel, um während der Vergütung mit dem Aluminium oder dem Kupfer härtende Ausfällungen zu bilden; in Anbetracht des beabsichtigten Härteniveaus nach der Vergütung, ist ein Hizufügen von 1,5% Nickel wünschenswert und es ist nicht nötig, 5% zu übersteigen, da darüber hinaus eine zusätzliche Hinzufügung von Nickel nicht bedeutsam ist und dieses Element ist sehr teuer.
- zwischen 0 und 18% Chrom und bevorzugt 8 bis 18% wenn eine Widerstandsfähigkeit gegen die Korrosion nötig ist; wenn diese Widerstandsfähigkeit nicht erforderlich ist, kann der Gehalt an Chrom unter 5% liegen und noch besser unter 2%;
- zwischen 0,05% und 1% Molybden, insbesondere um die Widerstandsfähigkeit gegen das Weichwerden bei der Vergütung zu verstärken f(d) = 2,05 + 1,04 x log(d) und so die erhaltene Härtung durch die intermetallischen Ausfällungen von Nickel, Kupfer und Aluminium; der maximale Gehalt ist so festgelegt, dass er nicht die Wärmeleitfähigkeit herabsetzt und nicht die Kosten des Stahls erhöht; Molybden kann vollständig oder teilweise durch Tungsten in Höhe von 2% für 1% Molybden ersetzt werden, aus diesem Grunde ist die Analyse durch den Wert Mo + W/2 definiert;
- eventuell zwischen 0,0005% und 0,015% Bor um die Abschreckhärtbarkeit zu erhöhen ohne die Wärmeleifähigkeit des Stahls zu verschlechtern; Während Chrom ein Element ist, welches im wesentlichen die Abschreckhärtbarkeit des Stahls erhöht, ist es besonders wünschenswert, Bor hinzuzufügen, wenn der Gehalt an Chrom unter oder gleich 2% ist; 0% bis 0,3% Schwefel; dieses Element verbessert die Zerspanbarkeit, aber wenn der Gehalt zu hoch ist, schadet es der Qualität der aktiven Oberflächen der Formen, welche Oberflächen im allgemeinen entweder poliert oder gekörnt werden;
- zwischen jeweils 0,5% und 3% Gehalt von einem der Elemente Aluminium und Kupfer um einen guten strukturellen Härtungseffekt durch Ausfällung von intermetallischen Komponenten während der Vergütung zu erhalten, was es ermöglicht gleichzeitig eine große Härte und und eine gute Schweißbarkeit zu erhalten;
- eventuell mindestens zwischen jeweils 0% und 0,3% und bevorzugt jeweils über 0,01% Gehalt von einem der Elemente Vanadium, Niobium, Zirkonium, Tantal, und Titan, um insbesondere die Wirkung von Bor zuverlässiger zu gestalten, insbesondere wenn der Stahl in der Glut vom Schmieden oder Walzen abgeschreckt wird;
- eventuell mindestens zwischen jeweils 0% und 0,3% Gehalt von einem der Elemente Blei, Selen, Tellur und Bismuth, um insbesondere die Zerspanbarkeit zu verbessern ohne die Eignung zum Schleifen oder chemischen Körnen zu beeinträchtigen;
bevorzugt weniger als 0,003% Stickstoff, um die Bildung von grossen Aluminiumnitriden zu verhindern, was ungünstig ist, wenn man eine gute Schleifeignung erhalten will;
der Rest ist Eisen und Unreinheiten, die aus der Verarbeitung herrühren.
Es ist nicht immer möglich oder wünschenswert, den Gehalt en Stickstoff auf weniger als 0,003% zu begrenzen, insbesondere weil es teuer ist, den bei der Verarbeitung hinzugefügten Stickstoff zu entfernen. Wenn der Gehalt von Stickstoff nicht auf weniger als 0,003% begrenzt werden kann, wird vorgezogen, den Stickstoff in Form von feinen Titan- bzw. Zirkonnitriden zu fixieren. Deshalb ist es wünschenswert, dass der Gehalt an Titan, Zirkon und Stickstoff (immer vorhanden, mindestens in Form von Unreinheiten mit Gehalten von einigen ppm und einigen hundert ppm) folgende sind:
0,00003 ≤ (N) x (Ti + Zr/2) ≤ 0,0016
und dass Titan und Zirkon in den Stahl durch progressive Auflösung einer oxydierten Phase von Titan bzw. Zirkon eingeführt wird, z. B. indem man Titan bzw. Zirkon in den nicht entoxydierten Stahl hinzufügt und dann ein starkes Desoxydationsmittel wie Aluminium hinzufügt. Diese Bedingungen erlauben es, eine sehr feine Dispersion von Titan- und Zirkonnitride, was förderlich für die Schlagzähigkeit, die Verspanbarkeit und die Schleifbarkeit ist, zu erhalten. Wenn Titan bzw. Zirkon auf diese bevorzugte Weise eingeführt werden, ist die Anzahl von Titan- bzw. Zirkonnitriden mit einer Größe oberhalb von 0,1 um, gezählt auf einer Fläche von 1 mm² eines Dünnschliffes aus festem Stahl viermal kleiner als die Summe des Gesamtgehalts an ausgefälltem Titan, ausgefällt in Form von Nitriden und die Hälfte des Gesamtgehalts an in Form von Nitriden ausgedrückt in tausendstel% Zirkon.
Die chemische Zusammensetzung des Stahls muss ausserdem zwei Bedingungen einer in Bezug auf die Abschreckhärtbarkeit und andererseits die Wärmeleitfähigkeit erfüllen.
Um zufriedenstellende Merkmale mechanischer Widerstandsfähigkeit und Härte, Zugfestigkeit von ungefähr 1400 MPa und Härte in der Grössenordnung von 400 HB zu erhalten (das heisst mindestens über 350 HB und bevorzugt über 380 HB), müssen die Teile, die die Einspritzformen aus Kunststoff bilden, aus Blöcken herausgespant werden, die abgeschreckt worden sind um ihnen entweder eine Struktur vollständig martensitisch zu verleihen, oder vollständig bainitisch, oder martensitisch-bainitisch, aber auf jeden Fall frei von Ferrit und Perlit, und dann vergütet durch Ausfällen von intermetallischen Komponenten. Das Abschreckhärten kann z. B. durch Abkühlung mit Wasser, Öl oder Luft, nach Austhenitisierung bevorzugt zwischen 850ºC und 1050ºC vorgenommen werden oder direkt in der Schmiede- oder Walzglut. Die Vergütung wird im allgemeinen zwischen 500ºC und 550ºC vorgenommen werden.
Die Blöcke sind z. B. gewalzte Bleche oder breite geschmiedete Platten, deren Dicke 20 mm übersteigt und bis zu 800 mm gehen kann, wenn nicht sogar 1000 mm. Unter diesen Bedingungen muß die Abschreckhärtbarkeit zufriedenstellend sein, damit die Struktur völlig ,einschließlich im Kern der Blöcke abschreckgehärtet ist. Dazu muß die chemische Zusammensetzung des Stahls folgender Beziehung genügen:
Tr = 3,8xC + 1,07 x Mn + 0,7 x Ni + 0,57 x Cr + 1,58 x (Mo+W/2) + kB ≥ Bt
Mit k13 = 0,8 wenn der Stahl zwischen 0,0005% und 0,015% Bor und kB = 0, wenn das nicht der Fall ist.
Die Konstante Bt, welche die Mindestabschreckhärtbarkeit, die erreicht werden soll, darstellt, muss mindestens gleich 3,1 sein und für große Dicken, mindestens gleich 4,1.
Genauer gesagt, hat jeder Block eine charakteristische Abmessung von d welche die Abkühlungsgeschwindigkeit im Herz für einen Abkühlungstyp bestimmt. Um die gewünschte Struktur zu erhalten, muss die Abschreckhärtbarkeit an die charakteristische Abmessung d angepasst werden und dafür muss die chemische Zusammensetzung folgendermassen aussehen:
3,8xC + 1,07 x Mn + 0,7 x Ni + 0,57 x Cr + 1,58 x (Mo+W/2) + kB ≥ f(d), mit:
f(d) = 2,05 + 1,04 x log(d)
wenn der Block durch Luftkühlung abschreckgehärtet wird,
und:
f(d) = -0,8 + 1,9 x log(d)
wenn der Block durch Wasserkühlung abschreckgehärtet wird, was vorzuziehen ist.
Der Ausdruck "log(d)" stellt den Dezimallogarithmus der charakteristischen Abmessung d ausgedrückt in mm dar. Diese charakteristische Abmessung ist z. B. die Dicke eines Blechs oder der Durchmesser einer runden Stange.
Im übrigen haben die Erfinder festgestellt, dass es möglich ist, die Wärmeleitfähigkeit des Stahls zu minimisieren, indem seine chemische Zusammensetzung passend ausgewählt wird. Das hat den Vorteil, die Produktivität der Einspritzvorgänge des Kunststoffs zu erhöhen, indem die der Einspritzphase folgende Abkühlungsphase verkürzt wird. Dafür muss die chemische Zusammensetzung des Stahls folgendermassen aussehen:
Kth = 3,8xC + 9,8 x Si + 3,3 x Mn + 2,4 x Ni + α x Cr + 1,4 x (Mo+W/2),
das heißt so klein wie möglich und mindestens, daß Kth kleiner als 15, bevorzugt unter 13 und besser noch unter 11 liegt.
Bevorzugt muß die Zusammensetzung folgendermaßen aussehen:
3,8xC + 3,3 x Mn + 2,4 x Ni + cc x Cr + 1,4 x (Mo+W/2) ≤ 8
In diesen Ausdrücken ist α = 1,4 wenn der Chromgehalt unter 8% liegt und α = 0 wenn der Chromgehalt über oder gleich 8% ist. In der Tat wird dieser, wenn der Chromgehalt über oder gleich 8% ist, im wesentlichen in Abhängigkeit von Betrachtungen, die sich auf die Korrosionswiderstandsfähigkeit beziehen, angepasst werden. Im gegenteiligen Fall kann dieser Gehalt so angepasst werden, dass die Wärmeleitfähigkeit maximisiert wird.
Kth ist ein dimensionsloser Index, der sich im gleichen Sinne ändert wie die thermische Widerstandsfähigkeit des Stahls, das heisst umgekehrt proportionnel zur Wärmeleitfähigkeit.
Tatsächlich besteht die wesentliche Schwierigkeit, für Stähle, die nicht der Korrosion Widerstand zu leisten brauchen, (Cr < 8% oder sogar Cr ≤ 5%) darin, eine genügende Abschreckhärtbarkeit zu finden, um im Herzen von dicken Stücken die gewünschten mechanischen Kennzeichen zu erhalten, einen geringen Gehalt an Mangan, um die Anwesenheit von abgesonderten Bändern zu begrenzen, wenn nicht sogar zu vermeiden, und die schwächste mögliche thermische Widerstandsfähigkeit oder, das ist gleichbedeutend, die größtmögliche Wärmeleitfähigkeit (für die Stähle, welche der Korrosion widerstehen müssen, stellt sich das Problem der Abschreckhärtbarkeit wegen des starken Chromgehalts nicht. Die Erfinder haben festgestellt, dass, um dieses Optimum zu erhalten, es wünschenswert und möglich ist, eine zusätzliche Bedingung in Bezug auf das Verhältnis Kth/Tr hinzuzufügen, indem festgelegt wird, dass Kth/Tr kleiner oder gleich 3 ist, bevorzugt unter oder gleich 2,8 oder besser noch kleiner oder gleich 2,5.
Eine besonders interessante Lösung entspricht einem Stahl dessen chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozenten folgendem entspricht:
0,01% ≤ C ≤ 0,16%
0% ≤ Si ≤ 015%
0,6% ≤ Mn ≤ 0,9%
2,8% ≤ Ni ≤ 3,3%
0% ≤ Cr ≤ 0,8%
0,2% ≤ Mo + W/2 ≤ 0,35%
0,9% ≤ Al ≤ 1,5%
0,9% ≤ Cu ≤ 1,5%
0,0005% ≤ B ≤ 0,015%
0% ≤ S ≤ 0,3%
- eventuell mindestens zwischen jeweils 0% und 0,3% Gehalt von den Elementen V, Nb, Zr, Ta und Ti;
- eventuell mindestens zwischen jeweils 0% und 0,3% Gehalt von den Elementen Pb, Se, Te und Bi;
wobei der Rest Eisen ist und Unreinheiten, die aus der Verarbeitung herrühren.
Mit der mittleren Analyse erlaubt dieser Stahl, einen Wärmewiderstandskoeffizienten Kth = 11,75, eine Abschreckhärtbarkeit Tr = 4,76, ein Verhältnis Kth/Tr = 2,5 und eine Härte über 350 HB zu erreichen, quasi einförmig in der ganzen Masse der Blöcke mit einer Dicke die 800 mm bei Luftabschreckhärtung erreichen kann.
Als Beispiel sind Formstücke hergestellt worden für die Einspritzung von Kunststoff, durch Abspanen von Blechen mit einer Dicke von 80 bis 500 mm mit den Kennzeichen A, B, C, D, E, F, F1, G, H, I, J und J1. Die mit A bis F1 gekennzeichneten Bleche waren erfindungskonform und als Vergleich waren die Bleche mit den Referenzen 6 bis J1 aus dem Stand der Technik. Die chemischen Zusammensetzungen in tausendstel Gewichtsprozenten sind in der Tabelle 1 angegeben.
Alle Bleche sind bei 1100ºC gewalzt worden, bevor sie einer thermischen Behandlung unterworfen werden, um Härten zu erreichen, die alle zwischen 385 HB und 420HB liegen.
Die Dicken d (in mm), die thermischen Behandlungen, die Indizes der thermischen Widerstandsfähigkeit Kth, die Werte der Wärmeleitfähigkeit Cth (in W/m/ºK) und die Indizes der Abschreckhärtbarkeit Tr (K und Tr sind dimensionslose Indizes) sind in der Tabelle 2 angegeben. Tabelle 1
Die auf die Tabelle 2 übertragenen Ergebnisse zeigen, dass die erfindungsgemäßen Stähle Wärmeleitfähigkeiten von 10% haben (E verglichen mit H) und 60% höher (F verglichen mit J) sind als die von Stählen nach dem Stand der Technik. Diese stärkeren Wärmeleitfähigkeiten erlauben es, die Produktivität von Formen deutlich zu steigern indem sie die Dauer der Abkühlphasen während der Ausformzyklen reduzieren. Es können ebenfalls die Stähle F1 und I, J und J1 verglichen werden, welche alle vier es erlauben, Blöcke von 900 mm Dicke durch Luftabschreckhärtung herzustellen. Der erfindungsgemäße Stahl F1 hat eine Wärmeleitfähigkeit über 30% von der der Stähle J und J1 nach dem Stand der Technik. Außerdem ist der Mangangehalt des Stahls F1 im wesentlichen sehr viel schwächer als der dieser Stähle, was sehr ungünstig für die Reduktion der Absonderungen ist. Der Stahl I nach dem Stand der Technik, obwohl er einen schwachen Siliziumgehalt aufweist, hat eine Wärmeleitfähigkeit, die 10% unter der des Stahls F1 liegt. Tabelle 2
Als zweites Beispiel sind Formen hergestellt worden, für die Einspritzung von Kunststoff welche der Korrosion widerstehen, mit dem erfindungsgemässen Stahl M, und N nach dem Stand der Technik. Diese Stähle sind gewalzt worden in Form von Blechen mit einer Dicke von 150 mm und anschliessend einer Luftabschreckhärtung unterworfen mit Vergütung bei 550ºC während 2 Stunden. Die chemischen Analysen in tausendstel Gewichtsprozenten werden in der Fig. 3 angegeben und die erhaltenen Kennzeichen in der Tabelle 4 Tabelle 3 Tabelle 4
Es ist ein Unterschied in der Wärmeleitfähigkeit zugunsten des erfindungsgemäßen Stahls von 20% festellbar, was zu den gleichen Vorteilen führt wie bei jenen die vorher dargestellt worden sind.
Der erfindungsgemäße Stahl wird im allgemeinen in Form von gewalzten Blechen hergestellt oder in Form von Stangen, oder breiten geschmiedeten Platten, aber er kann auch hergestellt werden in jeder anderen Form und insbesondere in Form von Drähten.
Damit die durch Schweisssen reparierten Teile dieselben Eigenschaften wie die Masse der Form haben, muss sowohl was die Wärmeleitfähigkeit wie auch die für die Oberfläche des Abdruckes geforderten Eigenschaften angeht, die Reparatur durch Schweissen mit Schweissdrähten mit einer Zusammensetzung die der der Masse der Form nahe ist, durchgeführt werden. Der erfindungsgemäße Stahl kann auch in Form von Schweissdrähten hergestellt werden.

Claims

1. Stahl, welcher insbesondere für die Herstellung von Formen für das Einspritzen von Kunststoffmaterialien benutzt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass er in Gewichtsprozenten folgende chemische Zusammensetzung hat:

0,03% ≤ C ≤ 0,25%

0% ≤ Si ≤ 0,2%

0% ≤ Mn ≤ 0,9%

1,5% ≤ Ni ≤ 5%

0% ≤ Cr ≤ 18%

0,05% ≤ Mo + W/25 ≤ 1%

0% ≤ S ≤ 0,3%

- mindestens ein Element von Al und Cu mit jeweils zwischen 0,5% und 3%,

- eventuell zwischen 0,0005% ≤ B ≤ 0,015% Bor

- eventuell mindestens ein Element von V, Nb, Zr, Ta und Ti mit jeweils zwischen 0% und 0,3%,

- eventuell mindestens ein Element von Pb, Se, Te und Bi mit jeweils zwischen 0% und 0,3%

wobei der Rest Eisen und Unreinheiten sind, die aus der Verarbeitung herrühren, insbesondere Stickstoff, wobei die chemische Zusammensetzung ausserdem folgenden Beziehungen genügt:

Kth = 3,8 x C + 9,8 x Si + 3,3 x Mn + 2,4 x Ni + α x Cr + 1,4 x (Mo+W/2) ≤ 15

mit α = 1,4 wenn Cr < 8% und c = 0 wenn Cr ≥ 8%, und:

Tr = 3,8 x C + 1,4 x Mn + 0,7 x Ni + 0,57 x Cr + 1,58 x (Mo+W/2) + kB ≥ 3,1

mit kB = 0,8 wenn der Borgehalt zwischen 0,0005% und 0,015% liegt und kB = 0, wenn das nicht der Fall ist,

und wenn Cr ≤ 5%:

Kth/Tr ≤ 3,

wobei Kth/Tr ein dimensionsloser Index ist, der im gleichen Sinne wie die thermische Wärmebeständigkeitsziffer des Stahles variiert, und Tr die Härtbarkeit ausdrückt.

2. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass:

Kth = 3,8xC + 9,8 x Si + 3,3 x Mn + 2,4 x Ni + α x Cr + 1,4 x (Mo+W/2) ≤ 13

3. Stahl nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass:

Kth = 3,8 x C + 9,8 x Si + 3,3 x Mn + 2,4 x Ni + α x Cr + 1,4 x (Mo+W/2) ≤ 11.

4. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass:

3,8 x C + 3,3 x Mn + 2,4 x Ni + α x Cr + 1,4x (Mo+W/2) ≤ 8

mit α = 1,4 wenn Cr < 8% und α = 0 wenn Cr 8%.

5. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass:

Tr = 3,8 x C + 1,07 x Mn + 0,7 x Ni + 0,57 x Cr + 1,58 x (Mo+W/2) + kB ≥ 4,1.

6. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass:

Kth/Tr ≤ 2,8.

7. Stahl nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass:

Kth/Tr ≤ 2,5.

8. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass seine chemische Zusammensetzung folgende ist:

Mn ≤ 0,7%

9. Stahl nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass seine chemische Zusammensetzung folgende ist:

Mn ≤ 0,5%.

10. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass seine chemische Zusammensetzung folgende ist:

Si ≤ 0,1%

11. Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass

Cr ≤ 5%

12. Stahl nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass

Cr ≤ 2%

0,0005% ≤ B 0,005%.

13. Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass

Cr ≥ 8%.

14. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoffgehalt unter 0,003% liegt.

15. Stahlblock nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass er eine kennzeichnende Abmessung d hat, die über oder gleich 20 mm ist und dadurch dass er in jedem Punkt eine vergütete martensitische, bainitische oder martensitisch-bainitische Struktur mit einer Härte über 350HB hat, wobei die besagte Abmessung die Abkühlungsgeschwindigkeit im Herzen für einen bestimmten Abkühlungsmodus bestimmt.

16. Block nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass seine chemische Zusammensetzung folgende ist:

3,8 x C + 1,07 x Mn + 0,7 x Ni + 0,57 x Cr + 1,58 x (Mo+W/2) + kB ≥ 2,05 + 1,04 x log(d), wobei log(d) der dezimale Logarithmus ist und d in mm ausgedrückt ist.

17. Block nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass seine chemische Zusammensetzung folgende ist:

3,8 x C + 1,07 x Mn + 0,7 x Ni + 0,57 x Cr + 1,58 x (Mo+W/2) + kB ≥ -0,8 + 1,9 x log (d).

18. Schweissdraht aus Stahl, nach einem der Ansprüche 1 bis 14.