CN102888567A - 用于塑料成型用模具的预硬化钢 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于塑料成型用模具的预硬化钢，其包含：以质量%计，C：0.09%至0.13%，Si：0.20%至0.40%，Mn：0.40%至0.60%，P：至多0.100%，Cr：2.00%至3.00%，Cu：0.60%至0.90%，Ni：2.00%至2.45%，Mo：0.20%至0.40%，Mo/Ni：≥0.09，Al：0.60%至0.90%，O：至多0.0100%，以及N：至多0.0100%，余量为Fe和不可避免的杂质。当将本发明的预硬化钢用作塑料成型用模具的材料时，可以获得这样的模具，该模具在时效处理之后几乎不具有硬度不均匀性，并且具有优异的镜面加工性、耐腐蚀性、热传导性和耐冲击性。

Description

用于塑料成型用模具的预硬化钢
技术领域
本发明涉及用于塑料成型用模具的预硬化钢，其用于使（例如）电视、个人电脑、移动电话等的零件成型。
背景技术
近些年来，模制塑料制品被用于各个领域中。通常，（例如）通过将热的熔融树脂引入塑料成型用模具（例如注射成型用模具）的腔体中，之后冷却并固化该树脂，由此将该树脂模制成所需的形状，从而制备模制塑料制品。
在生产这种模制塑料制品的过程中，当成型温度高或者使用包含阻燃剂的树脂时，易于产生腐蚀性气体。此外，切割加工和其他加工中所使用的润滑油、工作人员手上的油脂类物质等易于粘附至塑料成型用模具上。因此，要求用于塑料成型用模具的钢材具有一定程度的耐腐蚀性，使得在利用该模具进行模具制造时，钢材不会生锈，其耐腐蚀性方面不会产生任何问题。
此外，从制备模制塑料制品的角度来说，希望在短时间内模制出大量的产品。因此，从在短循环时间内重复进行模制的加热/冷却操作的角度来说，用于塑料成型用模具的钢材需要具有高的导热系数。
此外，通常，如上所述，为了在短时间内模制大量的产品，采用了这样的工艺，在该工艺中缩短了模具的冷却水通道与分型面之间的距离。在这种情况中，由于模具中从冷却水通道至分型面的模具这一部分的厚度变薄，因此担心在成型过程中模具会由于冲击而发生破裂等。因此，用于塑料成型用磨具的钢材需要具有高的冲击值（耐冲击性），从而使模具在模制塑料制品的生产过程中能够经受住冲击。
此外，有些塑料产品没有覆层，并且其表面纹理直接由模具腔体的表面决定。由于这些产品要求具有高表面质量，因此模具腔体表面的镜面加工性（mirror surface finishing properties）是重要的因素。通常认为，用于模具的钢材的硬度越高，其镜面加工性越好。因此，从确保优异的镜面加工性的角度来看，用于塑料成型用模具的钢材要求具有高硬度。
同时，专利文献1公开了一种用于模具的时效硬化型钢，以重量%计，其包含0.01%-0.15%的C、0.1%-2.0%的Si、0.5%-2.0%的Mn、2.1%-5.0%的Cr、2.0%-3.5%的Ni、0.7%-1.5%的Cu、至多0.09%的Mo和0.4%-1.5%的Al，以及余量为Fe和不可避免的杂质。专利文献1所描述的发明是这样的用于模具的时效硬化型钢：其具有上述合金组成，因此防止因热加工而产生结疤，其通过时效处理而具有35HRC至45HRC的硬度，并且具有优异的压花性能、优异的耐腐蚀性和令人满意的渗氮特性。
专利文献2公开了一种用于塑料成型用模具的钢，以质量%计，其包含0.09%-0.13%的C、0.10%-0.40%的Si、0.30%-0.80%的Mn、0.030%的P、0.80%-1.20%的Cu、2.50%-3.50%的Ni、2.0%-3.0%（不含3.0%）的Cr、0.10%-0.40%的Mo、0.50%-1.50%的Al、0.0200%的N和0.0100%的O，余量为Fe和不可避免的杂质。专利文献2所描述的发明具有上述合金组成，并且C、Mn和Cr满足特定的要求，因此其具有耐腐蚀性和导热性，并且还可以抑制在精整抛光过程中产生波纹。
专利文献1：JP-A-63-76855
专利文献2：JP-A-2010-242147
顺便提及的是，专利文献1和专利文献2中所描述的模具用钢通常被称为沉淀硬化型（或时效硬化型）钢。这种沉淀硬化型钢经过溶液热处理，从而使该钢材具有均匀的马氏体结构或贝氏体结构，之后对其进行时效处理以形成细沉淀物，由此产生沉淀硬化。具体而言，在为用于塑料成型用模具的钢的情况中，通过时效处理（其中将钢加热至大约500℃）操作，将溶解在基质中的Ni、Al和Cu以金属间化合物的形式沉淀在基质中。基质由此得到强化，从而获得了为约40HRC的硬度。
图1为通过曲线示出常见的沉淀硬化型钢的硬度与时效温度之间的关系的展示图。该曲线（以下称为时效曲线）表明，随着时效温度的升高，Ni（其对硬度的贡献最大）与Al结合形成细沉淀物，从而形成硬度峰P。之后，在峰P之后，随时效温度的升高，沉淀物晶体生长并且硬度降低。即，图1中的时效曲线在右侧呈下降趋势。从防止模具因模具硬化（模具硬化由塑料产品的模制(生产)过程中模具所经历的受热历程而导致）而发生破裂（裂纹）的角度来看，在时效曲线中位于硬度峰P之后的所谓过时效侧区域内来确定操作时效温度。在图1所示出的关系中，应当采用500℃至510℃的时效温度来获得36HRC至42HRC的硬度。
然而，由于操作本身的特点，很难精确地控制用于塑料成型用模具的钢材的时效硬化温度。具体而言，由于在普通的沉淀硬化型钢所示出的时效曲线中，过时效侧的坡度较陡，因此获得合适硬度的时效温度范围较窄。在实际操作中，取决于诸如待热处理的模具的大小、热处理炉等环境因素，难以均匀地进行时效处理，并且时效温度范围窄会导致通过该失效处理而获得的模具的硬度不均匀。因此，常规的用于塑料成型用模具的钢材存在这样的问题：由该钢材通过时效处理而制成的模具往往具有不均匀的硬度，从而难以获得稳定的硬度。
发明内容
鉴于上述问题完成了本发明。本发明的目的是通过时效处理，使用于塑料成型用模具的预硬化钢能够形成这样的模具，该模具几乎不具有硬度不均匀性，同时保持了镜面加工加工性、耐腐蚀性、导热性和耐冲击性。
本发明人进行了深入研究，结果发现所述问题能够得以解决。用于克服所述问题的具体手段为以下1至3项。
1.一种用于塑料成型用模具的预硬化钢，包含：以质量%计，
C：0.09%至0.13%，
Si：0.20%至0.40%，
Mn：0.40%至0.60%，
P：至多0.100%，
Cr：2.00%至3.00%，
Cu：0.60%至0.90%，
Ni：2.00%至2.45%，
Mo：0.20%至0.40%，
Mo/Ni：≥0.09，
Al：0.60%至0.90%，
O：至多0.0100%，以及
N：至多0.0100%，
余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据项1所述的用于塑料成型用模具的硬化钢，还包含选自以下元素中的一种或多种元素：以质量%计，
S：0.001%至0.10%，
Se：0.001%至0.3%，
Te：0.001%至0.3%，
Ca：0.0002%至0.10%，
Pb：0.001%至0.20%，以及
Bi：0.001%至0.30%
3.根据项1或2所述的用于塑料成型用模具的硬化钢，还包含选自以下元素中的一种或多种元素：以质量%计，
V：0.01%至0.10%，
Nb：0.001%至0.30%，
Ta：0.001%至0.30%，
Ti：至多0.20%，以及
Zr：0.001%至0.30%。
根据本发明，加入钼（Mo）和加入镍（Ni）产生了协同效果，从而使得沉淀硬化型钢显示出在过时效侧的坡度较缓的时效曲线，由此拓宽了可用于获得足够硬度的时效温度范围。由此，通过时效处理而获得的模具几乎不具有硬度不均匀性。此外，根据本发明，镍的添加量小于常规钢材的镍添加量，并且以获得要求硬度所需要的量加入钼，并且将Mo/Ni比值调整为大于或等于0.09，从而使镍的添加量和钼的添加量之间达到最佳平衡。
图2为通过曲线示出本发明的用于塑料成型用模具的预硬化钢的硬度与时效温度之间的关系的展示图。如图2所示，在本发明的用于塑料成型用模具的预硬化钢中，如图1中示出的情况那样，镍（Ni）与铝（Al）结合形成细沉淀，由此形成硬度峰P。然而，由于本发明的用于塑料成型用模具的预硬化钢的镍含量低于常规钢的镍含量，因此其时效曲线的坡度在硬度峰P之后立即变得缓和。此外，由于镍（Ni）的添加量与钼（Mo）的添加量之间的平衡得到了优化，因此时效曲线的中间区域（中间区域位于紧挨硬度峰P之后的区域的后面）的坡度缓和。认为此坡度缓和的原因为：在因镍和铝发生沉淀而形成的硬度峰P之后，发生了一段时间的钼的碳化物的沉淀，而碳化钼的沉淀使得在过时效侧硬度的下降变得缓和。即，可以利用在不同的温度下形成镍沉淀和钼沉淀（镍和钼对提高硬度具有贡献）这一事实来拓宽可用于所述操作的时效温度范围。此外，由于加入了适当量的其他元素，因此能够保持镜面加工性、耐腐蚀性、导热性和耐冲击性。
图3示出在本发明的用于塑料成型用模具的预硬化钢中，镍的添加量和钼的添加量之间的关系。在图3中，范围R表示本发明的镍添加量和钼添加量的范围。
因此，通过时效处理，本发明的用于塑料成型用模具的预硬化钢能够形成这样的模具，该模具几乎不具有硬度不均匀性，同时保持了镜面加工性、耐腐蚀性、导热性和耐冲击性。
附图说明
图1为通过曲线示出的普通沉淀硬化型钢的硬度与时效温度之间的关系图。
图2为通过曲线示出用于塑料成型用模具的本发明预硬化钢的硬度与时效温度之间的关系图。
图3为示出在本发明的用于塑料成型用模具的预硬化钢中，镍的添加量和钼的添加量之间的关系图。
图4为示出本发明钢和比较用钢中镍的添加量与时效温度的宽度之间的关系图。
图5为示出比较用钢6、比较用钢10和本发明钢10的硬度值和测试编号的图。
图6为示出比较用钢6、比较用钢10和本发明钢10的冲击值和测试编号的图。
具体实施方式
以下详细说明本发明的用于塑料成型用模具的预硬化钢（以下可以称为本发明预硬化钢）的实施方案。本发明预硬化钢的应用实例包括用于模制各种日常用品、家用电器的内外零件或部件、OA设备的外内零件或部件、移动电话的外部零件以及汽车、摩托车等的内外零件和结构部件的模具。由于通过时效处理，本发明的预硬化钢能够形成具有均匀硬度的模具，因此本预硬化钢还可以用于大型模具（特别是40kg或更重的模具），例如模制（例如）大型机动车辆的头灯透镜的模具。
本发明预硬化钢包含以下元素。所加入的元素的种类、其含量范围以及限制的原因如下。
C：0.09%至0.13%
碳是确保强度和耐磨性的必要元素。碳与形成碳化物的元素（如铬（Cr）、钼（Mo）、钨（W）、钒（V）和铌（Nb））结合而形成碳化物。在淬火硬化过程中，碳溶于基质相中，并且由此形成马氏体结构，因此，对确保硬度而言，碳也是必要的。从获得这些效果的角度考虑，碳含量的下限为0.09%。另一方面，如果碳的含量过高，则形成碳化物的元素与碳结合而形成含有铬和钼的碳化物。结果，溶解于基质相中的铬和钼的量减少，从而导致耐腐蚀性降低。因此，碳含量的上限为0.13%。
Si：0.20%至0.40%
添加的硅（Si）主要是用作脱氧剂，或者用作提高模具制造所需加工性的元素。从获得这些效果的角度来说，硅含量的下限为0.20%。另一方面，如果硅的含量过高，则导热性降低。从避免发生该问题的角度来说，硅含量的上限为0.40%。从进一步提高导热系数等的角度来说，硅含量的上限优选为0.30%，更加优选为0.25%。
Mn：0.40%至0.60%
添加锰是为了提高淬火硬化的适应性或使奥氏体稳定。具体而言，由于淬火硬化的适应性的降低会导致硬度在微观水平上的不均匀性增加，因此锰含量的下限为0.40%。另一方面，如果锰含量过高，真空熔融会使产率下降。因此，锰含量的上限为0.60%。
P：至多0.100%
磷（P）不可避免地包含在该钢材中。磷在晶界处偏析，从而导致韧性下降。因此，磷含量的上限为0.100%。
Cr：2.00%至3.00%
铬（Cr）是使耐腐蚀性得到改善的元素。从获得此效果的角度来说，铬含量的下限为2.00%，并且优选为2.60%。如果铬的含量过高，导热性会下降。从防止该问题发生的角度来说，铬含量的上限为3.00%，优选为2.90%。
Cu：0.60%至0.90%
铜（Cu）是会发生沉淀并且由此提高硬度的元素。从获得此效果的角度来说，铜含量的下限为0.60%。另一方面，如果铜含量过高，热加工性会降低。从防止该问题发生的角度来说，铜含量的上限为0.90%。
Ni：2.00%至2.45%
镍（Ni）是与铝形成金属间化合物从而形成该化合物的沉淀物，并且由此提高硬度的元素。从获得此效果的角度来说，镍含量的下限为2.00%。另一方面，如果镍含量过高，沉淀物会生长过快，硬度在过时效侧会迅速降低。因此，镍含量的上限为2.45%。
Mo：0.20%至0.40%
钼（Mo）是这样的元素：其使珠光体鼻尖（pearlite nose）向长时间侧移动，并且其与碳化物结合并沉淀，由此有助于提高硬度。从获得此效果的角度来说，钼含量的下限为0.20%。另一方面，即使过度提高钼含量，所述效果也不会继续增强。此外，由于钼是昂贵的元素，因此大量添加钼会导致钢材成本增加。因此，钼含量的上限为0.40%。
Mo/Ni：≥0.09
因镍与铝结合而沉淀的Ni-Al金属间化合物的沉淀温度不同于因钼与碳结合而沉淀的钼碳化物的沉淀温度。因此，以这样的比例组合添加镍和钼，使得时效曲线在过时效侧的坡度变得缓和，并且操作时刻利用的时效温度范围会拓宽。结果，在时效处理之后，钢材几乎不具有硬度不均匀性。
Al：0.60%至0.90%
铝（Al）是与镍结合从而通过沉淀硬化来增加硬度的元素。从获得此效果的角度来说，铝含量的下限为0.60%。如果铝含量过高，耐冲击性会下降，并且模具易于产生裂纹。从防止此问题发生的角度来说，铝含量的上限为0.90%。
O：至多0.0100%
氧（O）是不可避免地包含在熔融的钢材中的元素。然而，如果氧的含量过高，氧会与硅和铝结合而形成粗糙的氧化物，并且该氧化物作为夹杂物会使韧性和镜面加工性下降。从避免发生该问题的角度来说，氧含量的上限为0.0100%。
N：至多0.0100%
氮（N）是不可避免地包含在熔融钢中的元素。然而，氮会与铝结合形成AlN，由此降低镜面加工性。从防止此问题发生的角度来说，氮含量的上限为0.0100%。
除上述元素以外，本发明预硬化钢还可以包含选自以下元素中的一种或多种的任何所需元素。各元素的比例、限定的原因等如下。
0.001%-0.10%的S、0.001%-0.3%的Se、0.001%-0.3%的Te、0.0002%-0.10%的Ca、0,001%-0.20%的Pb和0.001%-0.30%的Bi。
可以分别添加硫（S）、硒（Se）、碲（Te）、钙（Ca）、铅（Pb）和铋（Bi），从而提高加工性。从获得此效果的角度来说，硫含量的下限为0.01%。从相同的角度来说，硒含量的下限为0.001%。碲含量的下限为0.001%。钙含量的下限为0.0002%。铅含量的下限为0.001%。铋含量的下限为0.001%。
如果硫、硒、碲、钙、铅和铋各元素的含量过高，加工性会降低。从防止此问题发生的角度来说，硫含量的上限为0.10%。从相同的角度来说，硒含量的上限为0.3%。碲含量的上限为0.3%。钙含量的上限为0.10%。铅含量的上限为0.20%。铋含量的上限为0.30%。
0.01%-0.10%的V、0.001%-0.30%的Nb、0.001%-0.30%的Ta、至多0.20%的Ti和0.001%-0.30%的Zr。
钒（V）、铌（Nb）、钽（Ta）、钛（Ti）和锆（Zr）与碳（C）和氮（N）结合，从而形成碳氮化物，由此抑制晶粒***。因此，这些元素可以有效提高镜面加工性。从获得此效果的角度来说，钒含量的下限为0.01%。从相同的角度来说，铌含量的下限为0.001%。钽含量的下限为0.001%。锆含量的下限为0.001%。钛含量没有特别的下限。
如果钒、铌、钽、钛和锆各元素的含量过高，加工性会发生劣化。从防止此问题发生的角度来说，钒含量的上限为0.10%。从相同的角度来说，铌含量的上限为0.30%。钽含量的上限为0.30%。钛含量的上限为0.20%。锆含量的上限为0.30%。
优选的是，将本预硬化钢的硬度（洛氏硬度）调整至36HRC至42HRC。其原因如下。硬度小于36HRC的预硬化钢其硬度不足，由此表面粗糙度升高，从而导致镜面加工性下降。另一方面，如果钢材的硬度超过42HRC，则该钢材过硬，导致模具加工性下降，例如（例如）利用HSS钻进行钻孔的性能。
例子
以下将结合例子对本发明进行详细地说明。
使用真空感应炉将分别具有表1所示化学组成（质量%）的各钢材制成熔体，然后进行铸造，从而得到50Kg的钢锭。将铸造所得的钢锭进行热锻，从而制得尺寸为60平方毫米的棒材。通过将所述棒材保持在表2（在下文中给出）所示出的热处理条件（溶液热处理温度）下、随后进行淬火（淬火硬化）。从热处理后的棒材上切下各测试件，并且进行以下各种测试。
<确定时效温度宽度的测试>
将热处理后的各棒材切割成边长为10mm的立方块体测试件，并且在各温度下进行时效处理8小时。之后，将各测试件的待检测表面和底面打磨至#400。接下来，利用Rockwell scale C检测各测试件，以确定使硬度达到36HRC至42HRC的温度。由此确定这些温度的范围（温度宽度）。该温度宽度是指时效曲线中过时效侧的温度宽度。如果在本测试中测试件的温度宽度为20℃以上，则将该钢材评定为可用时效温度范围得到有效拓宽。
<硬度测量测试>
从经热处理的棒材上切下边长为10mm的立方块体，并且在表2所示出的热处理条件（时效温度和时效时间）下进行处理。之后，将待检测表面和底面打磨至#400。利用Rockwell scale C测量各测试件的硬度。
<检测镜面加工性的测试>
将热处理后的各棒材加工成尺寸为50mm×45mm×12mm的板材测试件，通过机械抛光将该测试件打磨至#8000。根据JIS B0633来检测该测试件经打磨的表面的表面粗糙度Ry。
<确定耐腐蚀性的测试>
将经热处理的各棒材加工成直径为10mm且长度为50mm的圆棒测试件。对该测试件进行暴露测试，在该测试中，将该测试件在屋顶下放置3天，使其不受雨淋但与外部空气（大约10℃-15℃）接触。确定测试件表面所产生的锈迹的面积比例。
<确定导热系数的测试>
利用以下激光闪光法确定导热系数。具体而言，测量样品的比热Cp和热扩散率α，并按照以下方式由另外测定的密度值ρ来计算导热系数λ。即，用激光照射样品（样品重量：M；样品厚度：L）的正面从而赋予其热量Q，利用热电偶确定样品背面由此引起的温度变化ΔT。由Cp=Q/(M×ΔT)[J/(kg·K>]计算样品的比热Cp。此外，利用设置在样品正面侧的红外线检测器测量被加热样品的温度达到样品的温度变化最大值一半时所需要的时间（t1/2）。利用α=0.1388×L2/(t1/2)[m2/s]计算样品的热扩散率α。由此，可以利用λ=Cp×α×ρ[W/m·K]来计算样品的导热系数λ。表3（以下将会给出）中的导热系数值是将比较用钢材1的导热系数取为100时所获得值。
<测量冲击值的测试>
利用JIS Z2242中所描述的方法进行测试。具体而言，在尺寸为10mm×10mm×55mm的方形棒材中形成2mm的U形凹口，由此制得测试件，在室温下检测冲击值。
表1示出所开发的钢材（本发明钢材）和比较用钢材的化学组成。表2示出所开发的钢材和比较用钢材的热处理条件。表3示出各项检测的结果。图4示出所开发的钢材和比较用钢材的镍添加量与时效温度范围之间的关系。
如图4所示，可看出，当镍的添加量为2.00%至2.45%时，使硬度达到36HRC至42HRC的温度宽度为20℃或更大。即，当镍的添加量为2.00%至2.45%时，获得了拓宽可用时效温度的范围的效果。
Figure BDA00001897408700121
表2
  钢材编号 溶液热处理温度（℃）   时效温度（℃）   时间（小时）
  所开发的钢材1 850   521   8
  所开发的钢材2 910   545   8
  所开发的钢材3 890   543   8
  所开发的钢材4 860   525   8
  所开发的钢材5 940   533   8
  所开发的钢材6 910   554   8
  所开发的钢材7 920   558   8
  所开发的钢材8 870   523   8
  所开发的钢材9 930   562   8
  所开发的钢材10 880   546   8
  比较用钢材1 1030   510   2
  比较用钢材2 870   543   8
  比较用钢材3 870   523   8
  比较用钢材4 860   515   8
  比较用钢材5 880   512   8
  比较用钢材6 880   514   8
  比较用钢材7 880   513   8
  比较用钢材8 880   538   8
  比较用钢材9 880   536   8
  比较用钢材10 880   537   8
  比较用钢材11 890   543   8
  比较用钢材12 890   543   8
Figure BDA00001897408700141
由表1至3和图4可以得知以下内容。比较用钢材1的碳含量高于本发明规定范围的上限。因此，比较用钢材1的硬度过高且冲击值低。此外，比较用钢材1的硅含量和铬含量高于本发明规定范围的上限。因此，比较用钢材1的导热系数相对较低。顺便提及的是，由于比较用钢材1的镍含量和钼含量极低，因此不能确定温度宽度。
比较用钢材2的硅含量高于本发明规定范围的上限，因此，其导热系数较低。此外，由于比较用钢材2镍含量和铝含量高于本发明规定范围的上限，因此其冲击值低。
比较用钢材3的铬含量低于本发明规定范围的下限，因此耐腐蚀性的结果差。
比较用钢材4的铬含量高于本发明规定范围的上限，因此导热系数低。
各比较用钢材5至7的镍含量低于本发明规定范围的下限，因此未产生拓宽可用时效温度的范围的效果。
各比较用钢材8至10的镍含量高于本发明规定范围的上限。因此，未获得拓宽可用时效温度的范围的效果。
虽然比较用钢材11的镍含量和钼含量位于本发明规定范围之内，但该钢材的Mo/Ni值在本发明所限定的范围之外。因此，没有获得拓宽可用时效温度的范围的效果。
虽然比较用钢材12的镍含量在本发明所限定的范围之内，但该钢材的钼含量和Mo/Ni值在本发明所限定的范围之外。因此，没有获得拓宽可用时效温度的范围的效果。
与这些比较用钢材相比，本发明的所有钢材在镜面加工性、耐腐蚀性、热传导性和耐冲击性方面均获得了令人满意的结果。此外，获得了拓宽可用时效温度的范围的效果。因此可以确定，可用于获得合适的硬度的时效温度的范围较宽。
除了上述检测，还进行了这样的测试，在该测试中，通过时效处理，检测了由比较用钢材6、比较用钢材10和所开发的钢材10制得的模具的硬度不均匀性。具体而言，将经热处理的各棒材切割成30个边长为10mm的立方块体测试件，并且进行时效处理8小时，从而获得39HRC的硬度值作为目标值。将各经时效处理的测试件的待检测表面和底面打磨至#400，并且利用Rockwell scale C检测该测试件。图5示出了硬度值和检测编号。图5中的横坐标表示测试件的检测编号。如图5所示，在时效处理之后，比较用钢材6和比较用钢材10的硬度不均匀性较高。相比之下，在时效处理之后，所开发的钢材10的硬度不均匀性较低。
此外，还单独进行了这样的试验：其中通过时效处理，检测了由比较用钢材6、比较用钢材10和所开发的钢材10制得的模具的冲击值的不均匀性。具体而言，制备了30个测试件，并且以与冲击值检测相同的方式检测冲击值。图6示出了冲击值和试验编号。图6中的横坐标表示测试件的试验编号。如图6所示，在时效处理之后，比较用钢材6和比较用钢材10的冲击值不均匀性较高。相比之下，在时效处理之后，所开发的钢材10的冲击值不均匀性较低。
由上述结果可以确定，使用本发明的预硬化钢材，在时效处理之后，获得了硬度和冲击值的不均匀性均得到降低的模具。因此，可以认为当使用这些本发明钢材作为塑料成型用模具的材料时，可获得这样的模具，这种模具在时效处理之后几乎不具有硬度不均匀性，并且具有优异的镜面加工性、耐腐蚀性、热传导性和耐冲击性。
以上对本发明的实施方案和实施例进行了说明。本发明不应该被解释为仅限于这些实施方案或实施例，而是可对其进行各种改变。

Claims (3)

1.一种用于塑料成型用模具的预硬化钢，其包含：以质量%计，
C：0.09%至0.13%，
Si：0.20%至0.40%，
Mn：0.40%至0.60%，
P：至多0.100%，
Cr：2.00%至3.00%，
Cu：0.60%至0.90%，
Ni：2.00%至2.45%，
Mo：0.20%至0.40%，
Mo/Ni：≥0.09，
Al：0.60%至0.90%，
O：至多0.0100%，以及
N：至多0.0100%，
余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的用于塑料成型用模具的预硬化钢，其还包含选自以下元素中的一种或多种元素：以质量%计，
S：0.001%至0.10%，
Se：0.001%至0.3%，
Te：0.001%至0.3%，
Ca：0.0002%至0.10%，
Pb：0.001%至0.20%，以及
Bi：0.001%至0.30%。
3.根据权利要求1或2所述的用于塑料成型用模具的预硬化钢，其还包含选自以下元素中的一种或多种元素：以质量%计，
V：0.01%至0.10%，
Nb：0.001%至0.30%，
Ta：0.001%至0.30%，
Ti：至多0.20%，以及
Zr：0.001%至0.30%。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110295332A (zh) * 2019-07-05 2019-10-01 天津钢研海德科技有限公司 一种高韧性高镜面预硬模具钢及其制造工艺
CN112030073A (zh) * 2020-08-26 2020-12-04 东北大学 一种含铋易切削预硬型塑料模具钢及其制备方法
CN114293112A (zh) * 2021-12-31 2022-04-08 安徽哈特三维科技有限公司 一种高强度高热导率钢材料及热处理工艺、应用

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10975460B2 (en) * 2015-01-28 2021-04-13 Daido Steel Co., Ltd. Steel powder and mold using the same
CN105950991B (zh) * 2016-05-13 2017-09-05 如皋市宏茂重型锻压有限公司 一种含铜高抛光模具钢及其制备工艺
US11091825B2 (en) * 2017-04-19 2021-08-17 Daido Steel Co., Ltd. Prehardened steel material, mold, and mold component

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6376855A (ja) * 1986-09-19 1988-04-07 Kawasaki Steel Corp 時効硬化型金型用鋼
JP2002309341A (ja) * 2001-04-16 2002-10-23 Sanyo Special Steel Co Ltd 鏡面仕上げ性に優れた快削プラスチック成形金型用鋼
JP2005082814A (ja) * 2003-09-04 2005-03-31 Daido Steel Co Ltd プラスチック成形金型用プレハードン鋼
CN101161850A (zh) * 2006-10-11 2008-04-16 宝山钢铁股份有限公司 一种铜时效硬化贝氏体大截面塑料模具钢及其制造工艺
CN101792886A (zh) * 2009-01-29 2010-08-04 大同特殊钢株式会社 用于塑料成型用模具的钢材以及塑料成型用模具
JP2010242147A (ja) * 2009-04-03 2010-10-28 Daido Steel Co Ltd プラスチック成形金型用鋼およびプラスチック成形金型

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5937744B2 (ja) * 1979-04-16 1984-09-11 大同特殊鋼株式会社 時効硬化性プラスチツク金型用鋼
JPS61213349A (ja) * 1985-03-16 1986-09-22 Daido Steel Co Ltd 合金工具鋼
JPH03122252A (ja) * 1989-10-04 1991-05-24 Hitachi Metals Ltd 金型用鋼および金型
JPH0570887A (ja) * 1991-09-18 1993-03-23 Daido Steel Co Ltd 被削性および靭性に優れた時効硬化性プラスチツク金型用鋼
JPH05255732A (ja) * 1992-03-11 1993-10-05 Japan Casting & Forging Corp 金型用鋼材料の製造方法
JP3440547B2 (ja) * 1994-04-11 2003-08-25 大同特殊鋼株式会社 高硬度析出硬化性型材
FR2745587B1 (fr) * 1996-03-01 1998-04-30 Creusot Loire Acier utilisable notamment pour la fabrication de moules pour injection de matiere plastique
JP2001152278A (ja) * 1999-11-22 2001-06-05 Sanyo Special Steel Co Ltd 鏡面性、溶接性および被削性に優れたプラスチック成形金型用鋼
JP2001152246A (ja) * 1999-11-22 2001-06-05 Sanyo Special Steel Co Ltd 靭性、鏡面性および被削性に優れたプラスチック成形金型用鋼の製造方法
JP2006028564A (ja) * 2004-07-14 2006-02-02 Hitachi Metals Ltd 鏡面仕上性に優れたプラスチック成型金型用鋼
JP5912231B2 (ja) * 2010-07-01 2016-04-27 山陽特殊製鋼株式会社 プラスチック成形金型用鋼

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6376855A (ja) * 1986-09-19 1988-04-07 Kawasaki Steel Corp 時効硬化型金型用鋼
JP2002309341A (ja) * 2001-04-16 2002-10-23 Sanyo Special Steel Co Ltd 鏡面仕上げ性に優れた快削プラスチック成形金型用鋼
JP2005082814A (ja) * 2003-09-04 2005-03-31 Daido Steel Co Ltd プラスチック成形金型用プレハードン鋼
CN101161850A (zh) * 2006-10-11 2008-04-16 宝山钢铁股份有限公司 一种铜时效硬化贝氏体大截面塑料模具钢及其制造工艺
CN101792886A (zh) * 2009-01-29 2010-08-04 大同特殊钢株式会社 用于塑料成型用模具的钢材以及塑料成型用模具
JP2010242147A (ja) * 2009-04-03 2010-10-28 Daido Steel Co Ltd プラスチック成形金型用鋼およびプラスチック成形金型

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110295332A (zh) * 2019-07-05 2019-10-01 天津钢研海德科技有限公司 一种高韧性高镜面预硬模具钢及其制造工艺
CN110295332B (zh) * 2019-07-05 2020-11-10 天津钢研海德科技有限公司 一种高韧性高镜面预硬模具钢及其制造工艺
CN112030073A (zh) * 2020-08-26 2020-12-04 东北大学 一种含铋易切削预硬型塑料模具钢及其制备方法
CN112030073B (zh) * 2020-08-26 2022-01-14 东北大学 一种含铋易切削预硬型塑料模具钢及其制备方法
CN114293112A (zh) * 2021-12-31 2022-04-08 安徽哈特三维科技有限公司 一种高强度高热导率钢材料及热处理工艺、应用

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