TWI352125B - Martensitic stainless steel for injection moulds a - Google Patents

Description

1352125 • 4 Π) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種麻田散不銹鋼，其係用於製 膠材料之注射模塑用之模及模框。 【先前技術】 塑膠材料之注射模塑須使用由鋼所構成之模及 φ 且該鋼之機械強度係高至足以承受源自於強烈注射 主要力量。模及模框之製造涉及許多和長時間的機 ，如：硏磨或鑽孔，因此須要鋼的良好機械加工性 ，因爲模或模框不僅有幾何作用，同時也具有冷卻 之性質，構成它們的鋼必須較佳地具有良好導熱性 通過模結構的傳導而易於移除熱。最後，這些模必 耐腐蝕，因爲當塑膠材料具腐蝕性時，經注射的塑 會引起腐蝕，或因爲冷卻管線中的冷卻用流體而引 φ ，或因爲模之模塑部分的經硏磨孔隙之環境氧化作 起腐蝕。 爲符合所有的這些要求，已致力於使用高強度 銹鋼）。這促進了麻田散型不銹鋼（特別是AUSU 440系列的麻田散不銹鋼）或與這些鋼相仿的鋼之！ 但這些麻田散不銹鋼的碳含量相當高，由C 〇.5 %或更高，其缺點在於非常不利於耐蝕性且最重 特別不利於機械加工操作。此外，碳含量過高會損 性’其爲模組件的重.要性質，特別是在需要再機械 造供塑 模框， 壓力的 械操作 。此外 模塑物 以藉由 須能夠 膠材料 起腐蝕 用而引 鋼（不 420至 幵究。 丨.10至 要的是 及可焊 加工處 -6 - (2) 1352125 理時’得以藉焊接這些組件而修補。 爲克服這些缺點，已提出，特別是US 種麻田散不銹鋼，其係用以製造供塑膠材狗 之模，其碳含量不超過0.08%，且包含實質 0.06至0.3%)以改善機械加工行。此鋼基； 14%鉻、0.03 至 0.06%碳、1 至 1.6%錳、0 0.01至0.1%釩、0.02至0.08 %氮，並包含 φ 1.3%銅，其係用以改善鋼的導熱性。此鋼； 420至440系列的麻田散不銹鋼更適用以製 之注射模塑用之模組件或模框組件，且其 級，但有兩個缺點。一方面，其難以藉熱車L 其可锻造性並不良好之故。另一方面，其不 其銅含量實質上大於不銹鋼廢料的平均銅含 【發明內容】 # 本發明的目的是藉由提供適用於製造供 射模塑用之模或模框之高效能不銹鋼而克月艮 鋼易於機械加工且易於焊接，而且抗腐蝕性 導熱性且其產製問題極少，特別是锻造方面 回收方面的問題極少。 爲此，本發明係關於供塑膠材料之注射 件或模框組件，其製自麻田散不銹鋼，此麻 組成包含，以重量％表示之： 0.02%^ C ^ 0.09% 6,358,334 ·— [之注射模塑用 :添加量的硫（ 本上含有12至 .25至1 %矽、 添加的0.5至 之性質比AISI 丨造供塑膠材料 硬度約 300HB ,法成形，此因 _易回收，此因 量之故。 塑膠材料之注 這些缺點，此 佳，具有良好 的問題極少且 模塑用之模組 田散不銹鋼之 1352125

0.02 5 %^ N ^ 0 . 1 2 % 且 0.05%^ C + NS 0·] 7% S i ^ Ο . 3 4 % 且 Si + 23A1^ 0.20% 和 S i + Ο . 6 A1 S Ο · 2 5 % 和 0.0002 5 ^ A1 x N ^ 0.0020 0.5 5^ Mn ^ 1.8% 1 1 . 5 % ^ C r ^ 1 6 % 選用之高至0.48%銅、高至0.90°/。之Mo + W/2 0.9 0 %鎳、高至〇 . 〇 9 0 %釩、高至Ο · 〇 9 0 %鈮、高至 鈦、選用之高至0.25%硫， 餘者是源自產製操作的鐵和雜質，此組成亦滿 條件： 6.5 ^ F= ( Cr + Mo ) +2 ( Si + V+Nb ) -2 7( C + N ) -(Ni + Mn/2 + Cu/3 ) S 1 3。 較佳情況中，此麻田散不銹鋼之組成滿足一或 列條件：

Si + 0.6A1<0.25% C u ^ 0.4% A1 X N2 0.00050。 較佳情況中，此麻田散不銹鋼之組成滿足下列 之至少一者： N i ^ 0.10% 、高至 0.02 5 % 足以下 多個下 條件中 -8- (4) 1352125 V ^ Ο . Ο 1 5 %

Mo + W/2 2 0· 1 0〇/〇。 尋求拋光適用性極佳者時，此麻田散不銹鋼之組成可 滿足以下條件： 7.0 $ F S 8.9， 否則滿足以下條件： 9_0 S F $ 1 1 .5。 供塑膠材料之注射模塑用之模組件或模框組件由本發 明之經淬火和回火的麻田散不銹鋼所構成。 較佳情況中，該構成組件之鋼的結構含有低於20%之 (5肥粒鐵，餘者是麻田散鐵。更理想的是，該鋼的結構含 有低於1 0 %之（5肥粒鐵，餘者爲麻田散鐵。 現將更詳細地描述本發明，但本發明不受限於這些實 例。 φ 【實施方式】 本發明者以新穎且意想不到的方式發現，在麻田散不 銹鋼中，銅於導熱方面的有利影響可藉矽含量的大幅降低 而替代，且銅對於腐蝕方面的有利影響可以因爲鉬或氮含 量提高而獲得補償。 由這些觀察，本發明者發現到，藉由顯著降低銅含量 ，藉由顯著降低矽含量及藉由選擇性地添加鉬或氮或這兩 種元素之組合，能夠得到具有用於製造模組件之令人滿意 的性質以及良好鍛造性的麻田散不銹鋼。 (5) 1352125 基於這些觀察結果，本發明之鋼是麻田散類型的不銹 鋼，其組成包括以重量計的下列含量： 碳含量大於0.02% ’以大於0.03 %爲佳’以助於硬化 ，但碳含量不超過〇.〇9%，以不超過0.06 %爲佳，不超過 0.0 5 %爲佳，以不損及耐蝕性。 氮含量至少〇 · 〇 2 5 %，以至少0 · 0 3 5 %爲佳，以改善鋼 的機械強度及其耐蝕性，但氮含量低於0.12% ’以低於 φ 0.1 0 %爲隹，或甚至低於〇 . 0 7 5 %，以降低形成所不欲之氮 化鉻的趨勢；這些氮化鉻具脆化影響且會降低游離鉻含量 ，此將損及耐蝕性。 碳和氮的含量係以下述方式調整，即在前述定義的限 制內，碳和氮的含量之和大於或等於0.05%，以大於或等 於0.0 7 %爲佳，以確保足以於回火時因爲形成碳化物和氮 化物而有助於硬化，但碳和氮的含量之和必須較佳爲不超 過0 . 1 7 %，不超過0 . 1 4 %更有利，不超過0 · 1 1 %又更有利 # ，以免導致對所考慮的應用而言過度硬化，以免損及韌度 ，及不會因爲局部降低以碳氮化物形式部分固定的鉻含量 而過度降低耐蝕性。 爲改善機械加工性，特別是硏磨或鑽孔性，可添加硫 ，表面品質要求（拋光品質或有顆粒的表面）不高時尤然 ，在鋼用以製造模框或用以製造供塑膠材料用之模腔而具 有較低之美觀要求時更是如此。在此情況中，硫含量必須 較佳爲至少0.05%，至少0.07 5 %較佳，至少0.10%更有利 。但硫的最大含量必須低於0.2 5 %，以低於0 · 2 0 %爲佳， -10- (6) 1352125 低於〇·1 5 %更有利，以免損及鋼的可鍛造性 性。 矽和鋁是有助於確保鋼浴之良好脫氧作 此觀點，其存在是所企求的。尤其是，矽和 使得 3丨+ 23乂八12 0.20%，以2 0.35%爲佳。 現到，降至最低可能的矽含量及降至較低的 分補償（但非常顯著的方式）高含量的鉻對 φ 的非常不利的影響。熱的有效移除使得經注 物件迅速固化，此構成使用上之重要官能性 塑膠材料之注射模塑用之模的應用上，高鉻 熱性非所欲者。 因此，爲得到良好導熱性，希望矽和 S i + 0 _ 6 X A1 各 0 · 2 5 %，$ Ο · 1 7 % 更佳。此外，爲 鍛造上之令人滿意的適用性，換言之，使得 圍夠寬，以得以於單一加熱操作中軋製而不 φ則鋁和氮之含量必須使得A1S 0.0020/N，並 爲佳。此外，爲控製晶粒之增大，以限制熱 粒尺寸並藉此確保實施品質處理後之令人滿 ，鋁和氮之含量必須使得A12 0.00025 /N並 爲佳。 錳在用於以硫化锰形式固定硫的方面特 制硫損及鋼之脆性。因此，錳含量 Mng0.3% + 5xS 〇 此外，錳提高淬火性並降低淬火之後得 、耐蝕性和韌 用的元素，就 銘的含重必需 但本發明者發 鋁含量，可部 於鋼之導熱性 射的塑膠材料 ，因此，於供 鋼之欠佳的導 銘的含量使得 確保在軋製和 熱成形溫度範 需中間加熱， i 以 S0.00 10/N 處理期間的晶 意的晶粒尺寸 以 go.00050/N 別理想，以限 必須較佳爲 到之實質上的 -11 - (7) 1352125 麻田散結構中之肥粒鐵含量。 因此’鑑含量大於或等於0.55%，以大於或等於 0.75 %爲佳，大於或等於ι_〇5 %較佳。然而，當猛含量過 高時’此元素損及韌性。因此，錳含量必須低於或等於 1 - 8 % ’以低於或等於1 . 6 %爲佳。 銘含量（其提供耐蝕性）必須大於或等於1 1 · 5 %，以 大於或#於1 2 %爲佳。但爲限制淬火之後所得結構中之§ # 肥粒鐵含量（其爲軟質構份），鉻含量必須低於或等於 16°/。，以低於或等於15%爲佳，低於或等於14%更佳，低 於或等於1 3 %又更佳。 銅含量低於或等於0_4 8%，以低於或等於〇.4 %爲佳， 並可低至如所欲者以免損及熱變形適用性，並導致較易回 收的廢料。 如前述者，雖然銅有利於耐蝕性和δ肥粒鐵含量，本 發明者發現到’能夠保留或甚至強化高銅含量的優點，尤 其是藉由儘可能地添加鋁及降低矽含量。 但銅常以殘渣形式存在於金屬廢料中，因此，爲限制 篩選廢料（其爲獲得極低銅含量所需之步驟）相關的額外 花費’金屬廢料引入之銅含量大於0.1%，或事實上大於 0-2%，或甚至大於〇_31% ’更有利的情況中，大於〇 35% ，是可被接受的》 鉬具有改善淬火性的優點，此可促進產製麻田散微結 構’而此結構爲使抗張強度和韌度之間平衡之最適化所欲 者0 -12- (8) 1352125 此兀素亦促進回火時的強烈耐軟化性。最後，其對於 耐蝕性很有幫助。但其非常昂貴且會促進（5肥粒鐵形成。 因此’銷的最大含量不超過0.90%，以不超過〇.48 %爲佳 ’不超過〇 . 3 5 %更佳。此元素的存在並非必需，其最低含 重可僅爲〇 %或微量。但鉬的最低含量以至少0.10%爲佳 ，至少0 · 2 0 %較佳，至少0 · 3 0 %更佳。 此鉬可視情況地以鎢代替’取代比例是2 %錫代替1 % φ 鉬。但不希望以鎢代替鉬’特別是因爲鎢的成本特別高之 故。 類似地’可添加鈷（其具相仿效果）。但此非所欲者 ’因此’此兀素含量以低於或等於〇·〇1〇%爲佳。亦即， 此元素爲微量或雜質狀態。 鎳是有利於韌性的元素。此外，其爲製造γ的元素， 故可補償所添加之用以強化耐蝕性之製造α之元素的效果 。因此’可添加此元素但其存在非必要。因此，最低鎳含 41量可爲0%或微量，其含量大於或等於〇」〇%有其優點存 在’大於或等於0.20 %更佳。但其高成本使其含量超過 0.9 5 °/«非所欲者。較佳情況中，鎳含量低於或等於〇 4 8 % 〇 釩可以殘渣狀態存在。基於鉻於鐵中之含量，藉使用 電爐之習用途徑進行製造會導致殘渣含量高至約〇〇5 %者 ’且無法保障控制的最低値。但釩因爲於回火期間內的硬 化作用’所以可視情況地以經控制方式添加，最低含量是 0.0 1 5%。此外’特別因爲其成本及其對於機械加工性之不 -13- (9) 1352125 利影響，希望釩含量不超過0.090%。 銀具有類似於机的效果，同樣的，其含量必須不超過 0.0 9 0%。此外，此元素會損及锻造性。因此，希望其含量 低於0.0 2 0 %，低於0.0 1 0 %較佳，更有利的是此元素僅微 量存在。 雖然因爲經氮化的或經碳化的鈦組份之硬度會明顯損 及機械加工性而不希望有鈦存在，但可視情況地添加此元 φ 素，以控制熱處理期間的晶粒增大情況。此處，鈦含量不 可超過0.0 2 5 %，以0.0 1 0 %至0.0 2 0 %爲佳。 此外，爲使氮化鈦的尺寸小，特別是低於約1微米， 非常希望於產製之時，以始自添加至爐渣中的連續方式將 鈦加至液態鋼浴中，以漸近地轉移至金屬/氮化物接觸》 組成物之餘者由鐵和雜質構成。 除了前述有關各元素含量的條件之外，希望調整組成 以限制<5肥粒鐵的含量（因爲其無法轉化成麻田散鐵，且 •會損及可拋光性、強度和耐蝕性）。特別地，希望在基本 上爲麻田散的結構中之δ肥粒鐵比例低於或等於2 0 %或甚 至更有利地低於或等於1 〇%。 因此，此組成必須滿足下列條件： 6.5SFS13，以 7.0SFS11.5 爲佳， 其中： F= ( Cr + Mo ) +2 ( Si + V + Nb ) -27 ( C + N )-(

Ni + Mn/2 + Cu/3 )。 在這些限制中，可區別出兩個次範圍。其中之一是， -14 - (10) 1352125 相應於F的次範圍由7.0至8.9，此較有利於金屬的良好 均勻性和良好可抛光性，另一者是，相應於F的次範圍由 9.0至11.5»令人感興趣的折衷方案是相應於8.5SFS 10.5。 大體上，此鋼係藉已知方法製造，例如，使用電爐。 視情況地’爲添加鈦，將此元素加至爐渣中且鈦藉由與爐 渣金屬接觸而轉移至液態鋼浴中，且將液態鋼澆鑄成板胚 φ 或條塊，其係藉軋製或藉鍛造而熱成形。之後進行熱處理 並藉由於約95 0°C的沃斯田體化作用構成，之後藉冷卻操 作將沃斯田鐵（austenite )轉化成麻田散鐵（其厚度低於 約1 〇 〇 m m者，可於空氣中簡單地冷卻，或藉任何其他淬 火方式），並於較佳溫度由500 °C至550 °C下予以回火處 理，以使得硬度爲由25〇HB至400HB且通常爲約3 00HB 。之後藉機械加工此模組件或模框組件。 以實施例的方式，可製得其化學組成示於下表1的鋼 (11)1352125 耐蝕指數 ΙΟ 寸 U"! 寸 Ό 寸 ι〇 ιη 寸 wo ο ν〇 o v〇 卜 v〇 1—^ OJ oo 寸 卜 1—1 σ\ yn t-— Ό 導熱性 CN oi (N oo (Ν (Ν 寸 m (Ν 寸 <N ο 寸 (Ν OJ Os 寸 CN o 寸 (N 卜 寸 CN 寸 cn CN v〇 CN Ό m (Ν ο <Ν to 对 <Ν 卜 寸 (Ν HB硬度 Ο <η Ον <Ν Ο m 〇 o m ίη (Ν m ο m m iT) CM m o CO l〇 m ro 〇 寸 o m ο m (Ν m Ο r"> m 寸 cn (5肥粒鐵(％) oo Ο Os v〇 οο Ό 〇 oo O 寸 οο οο ο ο CO 寸 ο m Ο Ο CN 〇 rvj > i o w 4 Ο 寸 Ο U^) 寸 〇 o (N «—· 〇 Ό r-H o i〇 » H o l〇 O 卜 1 < ο ψ < ο CN Ο 卜 ο X) ο Ο o o ο Ο o o o m o o 寸 o o τ—t m ο ο (Ν Ο ο ro CS Ο ο ο > 寸 ο ο 寸 ο ο (N 寸 o o 寸 o o 寸 ο ο 寸 ο ο 寸 o o m 寸 o o »〇 cn O o m m o o m o o m ο ο 卜 m ο ο r- (Ν ο ο XT) (Ν Ο Ο ο ο οο 寸 ο ο o o 卜 寸 ο ο (Ν ο ο m <η Ο ο m »y~) 〇 〇 m 〇 O 寸 o o » i 寸 o o CN o o ΟΝ 寸 ο ο (Ν κη ο ο οο ν〇 ο ο <Ν 卜 Ο Ο m 〇〇 ο 寸 ο 寸 o (Ν 寸 Ο (Ν 寸 Ο 00 m ο 寸 o 们 m o o m o oo o 卜 m o 卜 (Ν Ο <Ν Ο 寸 ο 00 ο 〇 2 ο ο οο ί * ο ο 卜 o o 卜 t 1 Ν Ο ο 寸 <Ν Ο 卜 CS ο oo <N o m o 寸 o vn oo o <N CN 〇 卜 ο 卜 cn ο CN Ο η (Ν ο 1-H 卜 (Ν Τ—Η νο <Ν <N H 卜 (Ν τ-^ 卜 (Ν »—Η CS I1 H m » _< m CN r—H Ψ m i丨丨H 寸 <N (N i i (Ν m ^-Η G\ (Ν » t oi m (Ν ψ Ή 2 ^Τ) CN ό m ο (N (N 〇 卜 ο ΟΝ <Ν Ο 寸 CO ο (N m O 卜 (N 〇 卜 (N 〇 m o m m O 卜 Ο (Ν Ο ΟΟ ο 卜 Ο C ΙΟ ^-Η <Ν Η 卜 m I 1 < 寸 f ·Η 寸 寸 as ro (N 寸 丨< 寸 t < <N oo m U^i m r— 寸 Ό\ m 卜 (Ν Ο Ο m (Ν ο ο (N 〇 〇 m ο ο ΟΟ (Ν Ο Ο 们 (Ν Ο Ο Γ- o o o I1· < o o 卜 (N 〇 〇 f 1 o ro ro 〇 o (Ν Ο Ο ΓΛ Ο Ο <Ν <Ν Ο Ο (Ν Ο Ο (Ν 寸 Ο ΟΟ m ο »—H ΓΟ o Ον Ο Ο Os 1—Η Ο r-Η Ο i i o (N o 00 〇 o l〇 t < o ON o o (Ν » μ Ο ν〇 Ο ο > < Ο Ον Ο ό Ο 寸 Ο ο 寸 ο ο 寸 o o Ον m ο ο (Ν 寸 Ο Ο 〇\ m ο ο 寸 o o Os m o o <N o o m m o o T—H WO o o Ο ο (Ν 寸 Ο ο <Ν Ό Ο Ο ΟΟ 卜 Ο Ο 16- (12) 1352125 所得（5肥粒鐵之百分比、於520 °C回火熱處理之後所 得硬度、鋼的導熱性和等於Cr+3.3M〇 + Cu + 30N的耐蝕指 數亦示於該表中。 此表中，第一列的鋼是相當於先前技述的比較用鋼， 其他鋼是根據本發明的鋼。 如表中所示者，δ肥粒鐵含量總是低於20%且通常約 1 〇% ’此與先前技術的鋼相同。此鋼的ΗΒ硬度範圍由 φ 295 ΗΒ至35〇ΗΒ，耐蝕指數由14.5至18.2，此耐蝕指數 .値較比較用鋼高得多。最後，導熱性由22.8至26.1瓦/ 米/°C ’於所有情況中，較比較用鋼來得高，甚至於高出 許多。此外，本發明之鋼可以毫無困難地用於熱成形，其 鍛造性令人滿意。値得注意的是，銅含量低於或等於 〇·43%，接近廢料金屬中的常見含量，這使得來自於本發 明鋼之廢料可以毫無困難地被回收。

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Claims (1)

1352125 ⑴ 十、申請專利範圍 1. 一種供塑膠材料之注射模塑用之注模組件或注模框 組件，其係由經淬火和回火的麻田散不銹鋼組成，而此麻 田散不銹鋼之組成包含，以重量％表示之： 0.02%^ C ^ 0.09% 0.02 5 %^ N ^ 0.12% 且 0.05% g C + N S 0· 1 7% • S i S 0.3 4 % A1 ^ 0.0 8 0 % 且 Si + 23A1^ 0.20% 和 S i + 0 _ 6 A 1 $ 0.2 5 % 和 0·00025$Α1χΝ 各 0.0020 0.55^ Μ η ^ 1 . 8 % 1 1 . 5 % ^ C r ^ 1 6 % -選用之高至0.48%銅、高至 0.90%之Mo + W/2、高 鲁至0.90%鎳、高至0.090%釩 '高至0.090%鈮、高至 0.02 5%鈦、選用之高至0.25%硫， 餘者是源自產製操作的鐵和雜質，此組成亦滿足以下 條件： 6.5 ^ F= ( Cr + Mo ) +2 ( Si+V+Nb ) -27 ( C + N ) -(Ni + Mn/2 + Cu/3 ) S 1 3。 2. 如申請專利範圍第1項之組件，其中CuS 0·4%。 3. 如申請專利範圍第1或2項之組件’其中 A1 X N $ 0.00050 。 -18- (2)1352125 4 .如申請專利範 足下列條件中之至少 N i ^ 0.10% V ^ 0.015% Mo + W/2 ^ 0. 5 .如申請專利範 足以下條件：

圍第1或2項之組件，其中該組成滿 一者： 10%。 圍第1或2項之組件，其中該組成滿

6.如申請專利範 足以下條件： 9_0 $ F S I 1 .5。 7 .如申請專利範 Nb<0.020%。 8 .如申請專利範 構含有低於20% (5月巴 9.如申請專利範 有低於10% (5肥粒鐵 1 0 .如申請專利| 圍第1或2項之組件，其中該組成滿 圍第1或2項之組件，其中： 圍第1或2項之組件，其中該鋼之結 粒鐵，餘者是麻田散鐵。 圍第8項之組件，其中該鋼之結構含 ，餘者是麻田散鐵。 5圍第1或2項之組件，其中： C + N ^0.14% -19-