TW574379B - Cold work steel - Google Patents

Description

574379 A7 B7 五、發明說明（ 技術領域 本發明係關於一種冷加工鋼材，亦即用於在材料的低 溫條件下加工材料的鋼材。使用該鋼材的典型實施例爲用 於剪切（切割）、衝切（衝壓）、攻絲（諸如攻絲模與螺 絲攻）、冷擠製加工、粉末加壓、深抽拉及加工刀具之工 具。本發明亦關於用於製造冷加工工具之鋼材的使用、鋼 材的製造’以及由該鋼材所製造的工具。 發明之背景 對於筒品質的冷加工鋼材有幾個要求，包含適當的使 用硬度 '高耐磨耗性及高韌性。對於最佳的工具效能而言 ’必須同時具有高耐磨耗性及良好的韌性。VANADIS®4 爲本專利申請人所製造並銷售的粉末冶金冷加工鋼材，其 提供局效能工具所需之極佳的耐磨耗性與韌性組合。該鋼 材具有下列名目組成（wt%) : 1.5%的碳、1·〇%的矽、〇.4 %的錳、8_0%的鉻、ι·5%的鉬、4·〇%的釩、其餘的鐵及 無可避免的雜質。該鋼材特別適用於以黏性磨耗及/或切削 爲主要問題的應用，亦即對於軟/黏性加工材料（諸如沃斯 田鐵不鏽鋼、低碳鋼、鋁、銅等）及較厚的加工材料。可 使用該鋼材之冷加工工具的典型實施例爲前揭導言中所述 者。一般而言，瑞典專利第457356號之標的物 VANADIS 4的特徵在於有良好的耐磨耗性、高壓力強度 、良好的硬化能力、極佳的韌性、當施加熱處理時有極= ^尺寸穩定性，以及良好的耐回火性；所有的該特徵皆爲 高效能冷加工鋼材的重要的特徵。 ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、jl5JI - •線- 574379 . A7 ____B7______ 五、發明說明（）） 本專利申請人亦已設計一種鋼材W0 01/25499，其具 有下列化學組成（wt%) ·· 1.0- 1.9%的碳、0.5- 2.0%的矽 、0.1- 1.5% 的鐘、4.0· 5.5% 的鉻、2.5- 4.0% 的（銷 + 鎢/2 )(而鎢最多爲1.0%)、2.0- 4.5%的（釩+鎳/2)(而 鎳最多爲1·〇%)、其餘的鐵及雜質；以及在鋼材的硬化與 回火條件下，其具有包含5- 12 vol% MC碳化物的微結構 ’且至少50 V〇l%的該MC碳化物具有大於3微米但小於 25微米之尺寸。此微結構係藉由將錠塊噴敷成形而獲得。 該組成與微結構提供適於作爲冷軋軋輥的鋼材特徵，包含 適當的韌性與耐磨耗性。此外，以錠塊鑄造之習知方式所 製造的局速鋼係揭示於歐洲專利第〇 630 984 A1號中。根 據所述的實施例，該鋼材包含有：0.69%的碳、0.80%的矽 、0.30% 的錳、5.07.% 的鉻、4.03% 的鉬、0.98% 的釩、 0.041%的氮及其餘的鐵。該鋼材的微結構亦示於該專利案 中，在硬化與回火後，其共包含有0.3 vol%的M2C與M6C 型碳化物及〇·8 vol%的MC碳化物。後者本質上爲圓球形 ’並具有大尺寸，此爲以錠塊鑄造之習知方式所製造的高 釩鋼所特有。該鋼材適用於“塑性加工”。 前揭鋼材VANADIS®4已從約15年前開始製造，並基 於其極佳的特徵，而在高效能冷加工鋼材的市場上具有領 導地位。本專利申請人現在的目的在於提供一種高效能冷 加工鋼材，其韌性較VANADIS@4爲佳，而其他特徵則維 持不變或較VANADIS®4爲佳。原則上，該鋼材的使用領 域與VANADIS®4相同。 ___5____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) >5J·- -線· A7 574379 五、發明說明（？） 發明之揭示 可達成前揭目的的鋼材具有下列化學組成（Wt%): 1.25- 1.75%的（碳 + 氮）（而碳至少爲 0.5%)、0.1- 1.5% 的矽、0.1- 1.5%的錳、4.0- 5.5%的鉻、2.5- 4.5%的（鉬 + 鎢/2)(而鎢最多爲0.5% )、3.0- 4.5%的（釩+鈮/2)( 而鈮最多爲0.5% )、最多爲〇·3%的硫、其餘的鐵及不可 避免的雜質，而在所硏究的鋼材部位中，在鋼材的硬化與 回火條件下，其微結構包含有：6- 13 vol%之均勻分布於鋼 基材中的富釩MX碳化物、氮化物及/或碳氮化物，其中X 爲碳及/或氮，且至少90 vol%的該碳化物、氮化物及/或碳 氮化物具有小於3微米（小於2.5微米爲較佳）的等效直 徑Deq ;以及總量最多爲1 vol%之其他可能存在的碳化物 、氮化物及/或碳氮化物。該碳化物主要具有圓形或去角的 形狀，惟仍可能形成個別較長的碳化物。本文中所定義的 等效直徑Deq爲Deq=2，A/;r，其中A爲所硏究之部位中的 碳化物微粒表面。通常，至少98 vol%的MX碳化物、氮 化物及/或碳氮化物具有Deq< 3.0微米。通常，碳化物/氮 化物/碳氮化物亦爲高度圓球化，以使得所硏究之部位中的 碳化物實際長度不會超過3.0微米。 在硬化條件下，基材本質上僅由麻田散鐵所組成，固 溶體中包含有0.3- 0.7%的碳，較佳爲0.4- 0.6%。在硬化與 回火後，該鋼材具有54- 66 HRC的硬度。 在軟退火條件下，該鋼材具有包含8- 15 vol%富釩 MX碳化物、氮化物及/或碳氮化物的肥粒鐵基材，且至少 _6____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) • 訂： •線. A7 574379 ___Β7_____ 五、發明說明（★) 90 vol%的該碳化物、氮化物及/或碳氮化物具有小於3微 米（小於2.5微米爲較佳）的等效直徑；以及最多3 vol% 之其他碳化物、氮化物及/或碳氮化物。 除非特別說明，否則稱爲wt°/〇係與化學組成有關，而 稱爲vol%則與鋼材的結構組成有關。 就個別合金元素與其相互的關係、鋼材結構與其熱處 理而言，以下內容將說明之。 鋼材中應存在有足量的碳，以便在鋼材的硬化與回火 條件下，與氮、釩、可能存在的鈮及某種程度的其他金屬 結合’而形成6- 13 vol% (7- 11 vol%爲較佳）的MX碳化 物、氮化物或碳氮化物；以及在鋼材的硬化條件下，鋼基 材的固溶體中亦存在有0.3- 0.7 wt% (較佳爲0.4- 0.6 wt% )的碳。溶解於鋼基材中的適當碳含量約爲0.53%。鋼材 中之碳與氮的總量（亦即，％ (碳+氮））應至少爲 1.25%，較佳至少爲丨·％%，而（碳+氮）的最大含量可爲 1·75% ’較佳最大爲丨.60%，其中該總量包含溶解於鋼基材 中的碳加上鍵結於碳化物、氮化物或碳氮化物中的碳。 根據本發明之第一個較佳具體態樣，該鋼材不包含有 較因無可避免而存在於鋼材中的氮（來自外在環境及/或所 供應的原料）更多的氮含量，亦即最大約0.12%，較佳最 大約0.10%。然而，根據所構想的具體態樣，該鋼材可包 含有更大之希冀添加的氮含量，其可藉由將製造鋼材所使 用的鋼材粉末進行固相氮化而供應氮。在此狀況中，（碳 +氮）主要可由氮所組成，其意指在鋼材的硬化與回火條 _______7______ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂* · -線 574379 A7 B7 五、發明說明（f ) 件下，在此狀況中的該MX微粒主要由氮與釩爲實質組成 的釩碳氮化物所組成，或甚至由純氮化釩所組成，而所存 在的碳本質上僅爲鋼基材中的溶解組成。 所存在的矽爲來自鋼材製造的殘留物，其以至少0.1 %的含量（通常至少爲0.2 %的含量）存在。矽會增加鋼材 中的碳活性，因而有助於使鋼材獲得適當的硬度。倘若矽 含量太高時，便可能因溶液硬化而產生脆化的問題，因此 ，鋼材的最大矽含量爲1.5%，較佳最大爲1.2%，而最大 0.9%爲適當的。 鋼材中應存在有足量的錳、鉻與鉬，以便提供鋼材適 當的硬化能力。錳亦具有與可能存在於鋼材中的硫產生鍵 結的功能，而形成硫化錳。因此，錳應存在有0.1- 1.5%的 數量，0.1- 1.2%的數量爲較佳，0.1- 0·9%爲適當的。 鉻應存在有至少4.0%的數量，至少4.5%爲較佳，以 便提供鋼材希冀的硬化能力（鉻會先與鉬結合，再與錳結 合）。然而，鉻含量不得超過5.5%，較佳不超過5.2%， 以使鋼材中不會形成不希冀的碳化鉻。 儘管有限的錳與鉻含量爲該鋼材的特徵，鉬還是應存 在有至少2.5%的數量，以便提供鋼材希冀的硬化能力。鋼 材較佳包含至少2.8%的鉬，而至少3.0%的鉬爲適當的。 鋼材可包含最多4.5%的鉬（較佳最多爲4.0%)，以使鋼 材不包含不希冀的M6C碳化物而包含希冀數量的MC碳化 物。更高的鉬含量可能更加造成不希冀的鉬損失（因爲製 造鋼材時發生氧化作用）。原則上，鉬可爲鎢所完全或部 _____8 ____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · 線 574379 A7 _____B7_________ 五、發明說明（6 ) 分取代，惟相較於鉬，鎢需要二倍的用量，此爲其缺點。 再者，倘若該鋼材包含有明顯數量的鎢，則製造鋼材或由 該鋼材製造物品時所可能產生的任何廢料將較無回收價値 。因此，鎢不應以超過最大0.5%的含量存在，較佳最大爲 0.3%，而最大0.1%爲適當的。最合宜地是，該鋼材不應包 含有任何希冀添加的鎢’根據最佳具體態樣，其僅容許鎢 爲殘留元素形式的雜質，且該殘留元素來自於製造鋼材所 使用的原料。 釩應以至少3.0%但不超過4.5%的含量存在於鋼材中 ，較佳至少爲3.4%且最大爲4.0%，以便在鋼材的硬化與 回火使用條件下，與碳及氮一同形成總量爲6- 13% (較佳 爲7- Π v〇l%)的該MX碳化物、氮化物及/或碳氮化物。 原則上’釩可爲鈮所取代，惟相較於釩，鈮需要二倍的用 量’此爲其缺點。此外，鈮可能具有的效應爲：可能會使 碳化物、氮化物及/或碳氮化物變成較尖銳的形狀，並可能 使其較純的釩碳化物、氮化物及/或碳氮化物爲大，此可能 引起破裂或剝離，因而降低材料的韌性。因此，鈮不應以 超過〇·5%的含量存在，較佳最大爲0.3%，而最大0.1%爲 適當的。最合宜地是，該鋼材不應包含有任何希冀添加的 鈮。在該鋼材的最佳具體態樣中，因而僅容許鈮爲殘留元 素形式之不可避免的雜質，且該殘留元素來自於製造鋼材 所使用的原料。 根據第一個具體態樣，雜質硫可以不超過0.03%的數 里存在。然而，爲提局鋼材的可加工性，可瞭解地是根據 ___ 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公g ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) >aj. -線 574379 A7 ___B7_______ 五、發明說明（7 ) 具體態樣的鋼材包含有最大爲0.3%之希冀添加的硫，且較 佳最大爲0.15%。 在製造鋼材時，首先製備大量的熔融鋼，其包含有希 冀含量的碳、矽、錳、鉻、鉬、可能存在的鎢、釩、可能 存在的鈮、可能存在之高於雜質水平的硫、不可避免的氮 、其餘的鐵及雜質。使用氮氣霧化法而由此熔融材料製造 粉末。在氣體霧化法所形成的微滴會被極快速冷卻，以使 得所形成的釩碳化物及/或混合釩與鈮碳化物沒有足夠的時 間進行成長而保持細微的厚度（僅數分之一微米的厚度） ，並獲得明顯不規則的形狀，其係基於在微滴完全固化而 形成粉末晶粒之前，碳化物係於該快速固化微滴的樹枝狀 網路中之包含有熔融材料的剩餘區域中析出。倘若鋼材包 含有不可避免之雜質水平以上的氮，則藉由在諸如瑞典專 利第462 837號所述的模式中將粉末氮化便可進行氮的供 應。 在篩選後（倘若粉末應被氮化，則其係於氮化前進行 )，將粉末塡充於容器中，該容器爲真空、密閉並施加以 熱均壓（Hot Isostatic Pressing，HIP )，該熱均壓係以本 身所熟知的模式，而在高溫與高壓950- 1200 °C與90- 150 MPa (通常在約1150°C與100 Mpa)下進行，以使得粉末 固結（consolidate)而形成緻密的本體。 · · 藉由HIP作業，所獲得的碳化物/氮化物/碳氮化物形 狀遠較粉末中更爲規則。大多數（以體積爲參考）具有最 大約1.5微米的尺寸及去角的形狀。個別微粒仍可爲長形 ______ _ίο____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . -丨線- A7 574379 五、發明說明（名） 或更長，最大約2.5微米。該變化可歸因於粉末中之極薄 微粒一方面分解，而另一方面又產生聚結的組合。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 鋼材可在經HIP的條件下使用。然而，通常鋼材在 HIP後會進行鍛造及/或熱軋之熱加工。此係於1〇50與 1150°C間的起始溫度（約ll〇〇°C爲較佳）進行。此將造成 碳化物/氮化物/碳氮化物的進一步聚結，且最重要的是產 生球狀化（圓球化）。在鍛造及/或熱軋後，至少90 vol% 的碳化物具有最大爲2.5微米的尺寸，較佳最大爲2.0微 線· 爲使鋼材得以刀具進行加工，首先必須進行軟退火。 此係於低於950°C (約900°C爲較佳）的溫度進行，以便抑 制碳化物/氮化物/碳氮化物的成長。因此，該軟退火材料 的特徵在於極微細分散的MX微粒分布於肥粒鐵基材中， 該肥粒鐵基材包含有：8- 15 vol%的MX碳化物、氮化物 及/或碳氮化物，至少90 vol%的該MX碳化物、氮化物及/ 或碳氮化物具有小於3.0微米（小於2.5微米爲較佳）的 等效直徑；以及最多爲3 vol%的其他碳化物、氮化物及/或 碳氮化物。 當工具已以切割形式的加工獲得其最終形狀時，便將 該工具進行硬化與回火。沃斯田鐵化係於940與1150°C間 的溫度進行，較佳在低於ll〇〇°C的溫度，以避免MX碳化 物、氮化物與碳氮化物的大量溶解（此爲不希冀的情形） 。適當的沃斯田鐵化溫度爲1000- 104(TC。回火可在200 與560°C間的溫度進行，其可爲在200與25(TC之溫度間的 _η____ I紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 574379 B7 五、發明說明（7 ) 低溫回火’或爲在500與560°C之溫度間的局溫回火。在 沃斯田鐵化時，MX碳化物/氮化物/碳氮化物會有某種程度 的溶解，以使得其可在回火時有二次析出。最終結果爲本 發明典型的微結構’亦即由回火麻田散鐵所組成的結構， 且在該回火麻田散鐵中，包含有：6- 13 vol% (較佳爲Τ-ΐ 1 vol%) 之 MX 碳化物 、氮化物及 / 或碳氮化物 ，其中 Μ 本質上由釩所組成，而X由碳與氮（實質上碳爲較佳）所 組成，且至少90 vol%的該碳化物、氮化物及/或碳氮化物 具有最大爲2.5微米（較佳最大爲2.0微米）的等效直徑 :以及在該回火麻田散鐵中，總量最多爲1 vol%之可能存 在的其他類型碳化物、氮化物或碳氮化物。在回火前，麻 田散鐵的固溶體中包含有0.3-0.7% (0.4- 0.6%爲較佳）的 碳。 . 本發明的其他特徵與觀點係由隨附申請專利範圍並由 下列所進行之實驗的說明而明白。 圖式之簡要說明 在下列所進行之測試的說明中，將參考附圖，其中·· 圖1表示用於製造根據本發明鋼材之金屬粉末的極高 倍率微結構， 圖2表示相同鋼材在HIP後之較低倍率的微結構， 圖3表示與圖2相同的鋼材在锻造後的微結構， 圖4表示參考材料在HIP與鍛造後的微結構， 圖5表示根據本發明之鋼材在硬化與回火後的微結構 __________12____— . 本紙張尺度適用中國國家鮮（CNS)A4規格（21〇 χ 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - · -線' 574379 A7 _____B7___ 五、發明說明（Ρ ) 圖6表示參考材料在硬化與回火後的微結構， 圖7爲根據本發明之鋼材的硬度與參考材料的硬 ^ 沃斯田鐵化溫度的圖式， 圖8分別表示根據本發明之鋼材的硬度與參考材料白勺 硬度對回火溫度，以及 ~ 圖9表示本發明之鋼材與參考鋼材的硬化能力曲線。 所進行之測試的說明 所測試之鋼材的化學組成示於表1中。在本表中，金| 含量說明於部分的鋼材，存在於鋼材中的該含量爲來自於 製造鋼材所使用之原料的殘留物，因而爲不可避免的雜質 。硫亦爲雜質，其說明於部分的鋼材。該鋼材亦包含其他 雜質，該其他雜質未超過正常的雜質水平且未說明於本表 中。其餘的爲鐵。在表1中，鋼材B與C具有根據本發明 的化學組成。鋼材A、D、E與F爲參考材料；特別爲 VANADIS®4 型鋼材。 表1 一測試鋼材的化學組成（wt%) 鋼材 碳 矽 猛 硫 絡 鉬 鎢 釩 氮 A 1.56 0.92 0.40 n.a. 8.15 1.48 n.a. 3.89 0.067 B 1.55 0.89 0.44 n.a. 4.51 3.54 n.a. 3.79 0.046 C 1.37 0.38 0.37 0.015 4.81 1 3.50 0.10 3.57 0.064 D 1.55 1.06 0.44 0.015 7.95 1.59 0.14 3.87 0.107 E 1.55 1.04 0.41 0.016 7.95 1.49 0.14 3.72 0.088 F 1.53 1.05 0.40 0.015 7.97 1.50 0.06 3.84 0.088 n.a. = 真有根據表1之鋼材A-F化學組成的大量熔融鋼係根 據習知熔態冶金技術製備。藉由熔融金屬流的氮氣霧化法 13 Γ请先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # · .線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） A7 574379 _____B7 ___ 五、發明說明（l() ，而由熔融材料製造金屬粉末。將所形成的微滴極快速冷 卻。檢視鋼材B的微結構。該結構示於圖1中。由此圖式 得知，該鋼材包含有形狀極不規則且極薄的碳化物，該碳 化物已於樹枝狀網路中之包含有熔融金屬的剩餘區域中析 出。 受熱均壓的材料亦以少量的鋼材A與B粉末製造。將 各10 kg的鋼材A與B粉末塡充於金屬片容器中，該金屬 片容器爲密封、真空並加熱至約1150°C，以及接著在約 1150°C與100 MPa的壓力進行熱均壓（HIP)。在HIP作 業時，原獲得之粉末的碳化物結構會在碳化物聚結（ coalesce)的同時產生分解。鋼材B經熱均壓後所獲得的 結果示於圖2中。在鋼材經熱均壓的條件下，碳化物具有 較規則的形狀，其較接近球體形狀。其仍相當的小。大部 分（多於90 vol%)具有最大2微米的等效直徑，較佳最 大約2.0微米。 其次，在ll〇(TC的溫度將容器鍛造成50 X 50 mm的 尺寸。在鍛造後，本發明之材料（鋼材B)與參考材料（ 鋼材A)的結構分別示於圖3與圖4。在本發明的材料中 ’本資上爲圓球形（球狀）MC碳化物之形式的碳化物係 極爲微小，而就等效直徑而言，尺寸最大約爲2.0微米。 在本發明的鋼材中，僅可偵測到些許其他類型的碳化物， 更具體地說爲富鉬碳化物，得以爲M6C型。這些碳化物的 總量少於1 vol%。另一方面，在圖4的參考材料（鋼材a )中，MC碳化物與M7C3型富鉻碳化物的體積分率約一樣 _____14 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · .線. 574379 A7 ______B7___ 五、發明說明（A ) 大。此外，碳化物尺寸本質上大於本發明之鋼材。 其次，進行全面的測試。以前揭之相同方法，由具有 表1之化學組成的鋼材（鋼材C-F)製造粉末。藉由熱均 壓（以本身所熟知的模式），而由本發明的鋼材C製造質 量2公噸的胚料。因此，將該粉末塡充於容器中，該容器 爲密封、真空、加熱至約1150°C，並在1150°C的溫度與約 100 MPa的壓力進行熱均壓。參考鋼材D，e與f係根據本 專利申請人之VANADIS®4型鋼材的製造習慣，而製造經 熱均壓胚料。在約1100°C將胚料鍛造並滾軋成下列尺寸； 鋼材C : 200 X 80 mm，鋼材D ·· 152 X 102 mm，以及鋼材 E : Φ 125 mm 〇 在約900 c進fr軟退火之後’由該材料取出試樣。有 關硬化與回火之熱處理係說明於表2中。鋼材C與F的微 結構係於鋼材的硬化與回火條件下進行檢驗，並示於圖5 與圖6中。本發明之鋼材（圖5)的基材中包含有9.5 vol%的MC碳化物，且該基材由回火麻田散鐵所組成。除 了 MC碳化物以外之其他類型的任何碳化物及/或碳氮化物 皆難以偵測。然而’該可能存在的其他碳化物（諸如MtC3 碳化物）數量小於1 vol%。在鋼材的硬化與回火條件下， 在本發明之鋼材中，可偵測到等效直徑大於2.〇微米的些 微碳化物，但沒有大於2.5微米者。 在鋼材的硬化與回火條件下，參考材料之鋼材F (圖 6)共包含有約13. v〇l%的碳化物，其中約有6.5 ν〇ι%的 MC碳化物與約6.5 vol%的M7C3碳化物。 15 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) " (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · --線· 574379 A7 B7 五、發明說明（I)) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在進行表2的熱處理之後，所獲得的硬度亦說明於表 2中。在硬化與回火條件下，根據本發明之鋼材C獲得 59·8 HRC的硬度，而參考鋼材D與E則分別獲得58.5與 61.7 HRC的硬度。 亦對於可在不同沃斯田鐵化溫度與回火溫度後獲得之 鋼材C與D的硬度進行硏究。結果示於圖7與圖8的曲線 。本發明之鋼材C (圖7)的硬度與沃斯田鐵化溫度的相 依性很小。此爲有利的，因爲其允許相當低的沃斯田鐵化 溫度。1020°C證實爲最適當的沃斯田鐵化溫度，而參考鋼 材則必須加熱至約1060- 1070°C，以便獲得最大的硬度。 如圖8所示，相較於參考鋼材D，本發明之鋼材C本 質上亦具有較佳的耐回火性。在500- 550°C間的溫度進行 回火可獲得明顯的二次硬化。該鋼材亦具有在約200- 250 °C進行低溫回火的可能性。 線- 檢視鋼材C與D的衝擊韌性。對於根據本發明的鋼材 C而言’在LT2方向上所吸收的衝擊能（J)爲1〇2 J，亦 即’相較於參考材料之鋼材D所獲得的硬度60 J，此爲極 大的改良。試件由經滾軋與硏磨的無缺口試棒所組成，其 尺寸爲7 X 10 mm，而長度爲55 mm，並硬化成表2之硬度 〇 在磨耗測試期間，所使用的試件具有尺寸φ 15 mm與 長度20 mm。該測試係使用二氧化矽作爲硏磨劑，而以針 對針測試（pin-to-pin test)的方式進行。相較於參考材料 之鋼材E的較局磨耗速率10.8 mg/min，本發明的鋼材c ______16____：___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱1 574379 B7 五、發明說明（咚） 具有較低的磨耗速率8.3 mg/min，亦即鋼材E的耐磨耗性 較低。 表2 鋼材 熱處理 硬度（HRC) 在LT2方向上 的無缺口衝擊 能⑴ 磨耗速率 (mg/min ) C 1020〇C/30min + 550〇C/2x2h 59.8 102 8.3 D 1020〇C/30 min + 525〇C/2x2h 58.5 60 E 1050〇C/30 min + 525〇C/2x2h 61.7 10.8 ------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) β 訂 線 檢視本發明之鋼材C與全規模生產所製造之 VANADIS®4型鋼材的硬化能力。二個狀況中的沃斯田鐵 化溫度TA皆爲1020 °C。該試樣係以不同的冷卻速率冷 卻，該冷卻速率係以氮氣由沃斯田鐵化溫度TA = 1020°C 強制冷卻至室溫而進行控制。量測由800°C冷卻至500°C所 需的時間以及已受過不同冷卻速率之諸試件的硬度。結果 示於表3中。圖9示由800°C冷卻至500°C之硬度對時間的 圖式。該圖式表不受檢視鋼材的硬化能力，由此圖式得知 ，相較於參考鋼材的曲線，本發明之鋼材C的曲線落於明 顯較高的水平，其意指本發明之鋼材具有較參考鋼材本質 上更佳的硬化能力。 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 574379 A7 Β7 五、發明說明（G) 表3 VANADIS ⑧ 4 SteelC 在800°C與500°C間的冷 卻時間（秒） 硬度（HV10) 139 767 858 415 - 858 700 734 858 2077 634 743 3500 483 606 7000 274 519 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .- -線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 . i _ D8 I一種冷加工鋼材，其特徵在於具有下列化學組成（ (請先閲讀背面之.注意事項许塡寫本 Wt% )： 1.25- 1.75%的（碳+氮），而碳至少爲0.5% 〇·1- 1.5% 的矽 0-1-15% 的錳 4·〇- 5,5%的鉻 2.5-4.5%的（鉬+鎢/2)，而鎢最穸爲0.5% 3·〇-4.5%的（釩+鈮/2)，而鈮最多爲0.5% 最多0.3%的硫 其餘的鐵及不可避免的雜質； 線 而在該鋼材的硬化與回火條件下，其微結構包含有： 6- 13 vol%之均勻分布於該鋼基材中的富釩MX碳化物、氮 化物及/或碳氮化物，·其中X爲碳及/或氮，且至少90 vol% 的該碳化物、氮化物及/或碳氮化物具有小於3.0微米的等 效直徑Deq •，以及總量最多爲1 v〇l%之其他可能存在的碳 化物、氮化物或碳氮化物。 2.如申請專利範圍第1項之鋼材，其特徵在於在該鋼 材的硬化條件下，該鋼基材本質上僅由麻田散鐵組成，其 固溶體包含有0.3- 0.7%的碳。 3·如申請專利範圍第1項之鋼材，其特徵在於在該鋼 材的硬化條件下，該鋼基材本質上僅由麻田散鐵組成，其 固'i谷體包含有0.4- 0.6%的碳。 4·如申請專利範圍第1項之鋼材，其特徵在於至少98 vol%的該MX碳化物、氮化物及/或碳氮化物具有小於3.〇 __1_____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐） 574379 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 微米的等效直徑Deq。 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 5·如申請專利範圍第1項之鋼材，其特徵在於至少98 vol%的該MX碳化物、氮化物及/或碳氮化物具有小於2.5 微米的等效直徑Deq。 6. 如申請專利範圍第2項之鋼材，其特徵在於在硬化 與回火後，該鋼材具有54- 66 HRC的硬度。 7. 如申請專利範圍第2項之鋼材，其特徵在於在硬化 與回火後，該鋼材具有58- 63 HRC的硬度。 8. 如申請專利範圍第6項之鋼材，其特徵在於在硬化 與回火後，該鋼材具有60- 63 HRC的硬度。 9·如申請專利範圍第1至8項中任一項之鋼材，其特 徵在於該鋼材包含有7- 11 vol%的MX碳化物、氮化物及/ 或碳氮化物，其中Μ本質上由釩組成，而X爲碳及/或氮 〇 線 10. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之鋼材，其特 徵在於該鋼材包含有1.35- 1.60%的（碳+氮）。 11. 如申請專利範圍第10項之鋼材，其特徵在於該鋼 材包含有L45- 1.50%的（碳+氮）。 12. 如申請專利範圍第11項之鋼材，其特徵在於該鋼 材包含有最多0.12%的氮。 13. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之鋼材，其特 徵在於該鋼材包含有〇·1- 1.2%的矽。 Μ·如申請專利範圍第1至8項中任一項之鋼材，其特 徵在於該鋼材包含有0.2- 0·9%的矽。 ____— ____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐） 574379 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 15. 如申請專利範圍第13項之鋼材，其特徵在於該鋼 材包含有0.1- 1.3%的錳。 16. 如申請專利範圍第13項之鋼材，其特徵在於該鋼 材包含有0.1- 0.9%的錳。 17. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之鋼材，其特 徵在於該鋼材包含有4.0- 5.2%的鉻。 18如申請專利範圍第1至8項中任一項之鋼材，其特 徵在於該鋼材包含有至少4.5%的鉻。 19. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之鋼材，其特 徵在於該鋼材包含有3.0-4.0%的（鉬+鎢/2)。 20. 如申請專利範圍第19項之鋼材，其特徵在於該鋼 材包含有最多0.3%的鎢。 21. 如申請專利範圍第19項之鋼材，其特徵在於該鋼 材包含有最多〇. 1 %的鎢。 22. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之鋼材，其特 徵在於該鋼材包含有3.4-4.0%的（釩+鈮/2)。 23. 如申請專利範圍第22項之鋼材，其特徵在於該鋼 材包含有最多0.3%的鈮。 24. 如申請專利範圍第22項之鋼材，其特徵在於該鋼 材包含有最多0.1 %的鈮。 25. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之鋼材，其特 徵在於該鋼材包含有最多0.15%的硫。 26. 如申請專利範圍第25項之鋼材，其特徵在於該鋼 材包含有最多0.02%的硫。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ,ιτ: 線Λ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐) 574379 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 27. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之鋼材，其特 徵在於該鋼材係以粉末冶金的方式製造，該製造方法包含 製造熔融金屬的粉末，並將該粉末熱均壓成固結本體。 28. 如申請專利範圍第27項之鋼材，其特徵在於該熱 均壓係於950與1200 t間的溫度及90與150 MPa間的壓 力進行。 29. 如申請專利範圍第27項之鋼材，其特徵在於在熱 均壓之後，該鋼材會進行熱加工，且該熱加工的起始溫度 爲1050與1150°C間的溫度。 30. 如申請專利範圍第28或29項之鋼材，其特徵在於 該鋼材係由940與1150°C間的溫度進行硬化，並在200與 25(TC間的溫度或在500與56(TC間的溫度進行回火。 31. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之鋼材，其特 徵在於在該鋼材的熱均壓、熱加工、軟退火、硬化與回火 之後，至少90 vol%的該MX碳化物、氮化物及/或碳氮化 物具有2.0微米的最大延伸部分。 32. —種冷加工鋼材，其特徵在於該鋼材具有如申請專 利範圍第1至31項中任一項之化學組成，且在軟退火條件 下，該鋼材具有的肥粒鐵基材包含有：8- 15 vol%的MX 碳化物、氮化物及/或碳氮化物，至少90 vol%的該MX碳 化物、氮化物及/或碳氮化物具有小於3.0微米的等效直徑 :以及最多爲3 vol%的其他碳化物、氮化物及/或碳氮化物 〇 33. —種冷加工鋼材，其特徵在於該鋼材具有如申請專 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 、\έ 線 574379 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 利範圍第1至32項中任一項之化學組成，且在軟退火條件 下，該鋼材具有的肥粒鐵基材包含有：8- 15 vol%的MX 碳化物、氮化物及/或碳氮化物，至少90 vol%的該MX碳 化物、氮化物及/或碳氮化物具有小於2.5微米的等效直徑 :以及最多爲3 vol%的其他碳化物、氮化物及/或碳氮化物 〇 34·如申請專利範圍第1至8項中任一項之鋼材，其用 於製造在材料的低溫條件下，用以剪切、切割及/或衝切（ 衝壓）加工金屬加工材料的工具，或用以加壓金屬粉末的 工具。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -夢 •r訂丨. 線 用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公變)