DE60300867T2

DE60300867T2 - Blockstahl zur herstellung von spritzgussformen für kunststoffmaterial oder zur herstellung von werkstücken für die metallbearbeitung

Info

Publication number: DE60300867T2
Application number: DE60300867T
Authority: DE
Inventors: Jean Beguinot
Original assignee: Industeel France SAS
Current assignee: Industeel France SAS
Priority date: 2002-04-03
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2023-04-02
Also published as: BR0308832A; AU2003258841A1; KR20040108699A; TWI328045B; RU2004132201A; FR2838138B1; JP2009024260A; WO2003083153A1; CN1646717A; JP4323324B2; DE60300867D1; HK1067669A1; US20050115644A1; ES2240945T3; BRPI0308832B1; CN1317416C; AR039237A1; MXPA04009501A; KR100934935B1; JP2005527703A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Blockstahl, welcher insbesondere zur Herstellung von Formen für das Spritzgießen von Kunststoffmaterialien oder für das Formen von Metallen wie Leichtlegierungen und für die Herstellung von Stücken für die Metallbearbeitung einsetzbar ist.
Die Formen für das Spritzgießen von Kunststoffmaterialien werden im allgemeinen aus Stählen hergestellt, deren Härte in der Nähe von 300 HB liegt. Wenn jedoch diese Formen für das Formen von Kunststoffen wie technischen Kunststoffen oder hitzehärtbaren Kunststoffen verwendet werden, ist die Verwendung von härteren Stählen, welche der Abnutzung besser widerstehen, bevorzugt. Man kann daher einen Stahl wie 55NCDV7 verwenden, welcher ungefähr 0,55% Kohlenstoff, 1,75% Nickel, Chrom, Molybdän und Vanadium enthält, und der die Herstellung von Formen ermöglicht, deren Härte in der Nähe von 400 HB liegt. Dieser Stahl weist jedoch mehrere Nachteile auf: er ist schwierig zu verarbeiten und schwierig zu schweißen. Darüber hinaus weist dieser Stahl oft lokalisierte Abscheidungen auf, welche harte Stellen bilden, welche für die Fähigkeit zum Polieren oder zum chemischen Gränieren nachteilig sind. Diese zwei Nachteile sind insbesondere störend, weil die Herstellung von Formen wesentliche Bearbeitungen erfordert und die Formen im allgemeinen durch Wiederherstellung durch Schweißen und Polieren oder Körnung repariert werden. Darüber hinaus müssen diese Formen auf der Oberfläche gehärtet werden, beispielsweise durch Nitrieren, ohne daß sie ihre Härte verlieren.
Für noch anspruchsvollere Anwendungen und insbesondere falls die injizierten Kunststoffe mit sehr harten Fasern gefüllt sind, ist es bevorzugt, noch härtere Stähle zu verwenden, welche der Abnutzung besser widerstehen. Darüber hinaus führt die Anhebung der Injektionsdrücke ebenfalls zur Suche nach Stählen, welche widerstandsfähiger und damit härter sind. Für bestimmte Anwendungen des Spritzens von Leichtmetalllegierungen oder zur Bearbeitung von Metallen in der Kälte oder im warmen Zustand führen die an das Werkzeug angelegten mechanischen Beanspruchungen und die Anforderungen des Verhaltens beim Gebrauch zur Anwendung von Härtewerten des Stahles oberhalb von 450 HB. Man kann daher die Verwendung eines Stahles mit einer Festigkeit in der Nähe von 450, beispielsweise 500 HB, versuchen, wie beispielsweise die Sorten AISI H11 oder H13, welche ebenfalls häufig für das Spritzen von Leichtmetalllegierungen verwendet werden. Diese Stähle enthalten ungefähr: 0,4% Kohlenstoff, 5% Chrom, 1,25% Molybdän, 0,3 bis 1% Vanadium. Diese Stähle weisen jedoch selbst bei einer höheren Qualität noch mechanische Nachteile auf, wie der zuvor genannte 55NCDV7.
Darüber hinaus stellt sich ein weiteres Problem in besonders wichtiger Weise mit der Zunahme der Härte, wobei dieses beinahe unvermeidlich mit einer Reduzierung der Zähigkeit verbunden ist: die Gefahr von Rißbildung zwischen den Kühlkanälen und der Oberfläche des Stempels der Form, da die Funktion dieser Kanäle eine wirksame Kühlung beim Durchtreten relativ nahe bei dieser Oberfläche haben.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Behebung dieser Nachteile, wozu ein Stahl für Formen oder für die Herstellung von Werkstücken für Metallbearbeitung vorgeschlagen wird, der leichter schweißfähig, leichter zu verarbeiten, zu polieren und zu gränieren ist und ein besserer Wärmeleiter als die Stähle des Standes der Technik ist und der die Herstellung von Formen oder von Werkzeugen erlaubt, welcher eine Härte in der Größenordnung von 450 bis zu mehr als 500 HB erlaubt, wobei hier ein Arbeitsvorgang der Härtung der Oberfläche durch Nitrieren eingeschlossen ist, was erfordert, daß die erforderlichen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Härte, mit einem Zuwachs bei einer Temperatur oberhalb von 530°C vereinbar sind.
Zu diesem Zweck ist der Gegenstand der Erfindung ein Blockstahl mit einer Stärke oberhalb von 20 mm, welche bis zu 1500 mm reichen kann, dessen Struktur martensitisch oder martensitisch-bainitisch ist, dessen Härte zwischen 430 HB und 530 HB ungefähr an allen Stellen liegt, der zur Herstellung von Teilen für Formen oder für die Bearbeitung bestimmt ist, und dessen chemische Zusammensetzung in Gew.-% umfaßt:
0,180% ≤ C ≤ 0,400%
Si ≤ 0,8%
Mn ≤ 2,5%
Ni ≤ 3%
Cr ≤ 3,5%
Mo + W/2 ≤ 2,8%
V + Nb/2 + Ta/4 ≤ 0,5%
Al ≤ 0,4%
Ti + Zr/2 ≤ 0,1%

– Bor mit einem Gehalt zwischen 0,0005% und 0,015%,
– gegebenenfalls ein oder mehrere Elemente, ausgewählt unter Schwefel, Selen und Tellur, wobei die Summe der Gehalte dieser Elemente unter oder gleich 0,2% ist,
– gegebenenfalls ein oder mehrere Elemente, ausgewählt unter Blei und Wismut, wobei die Summe der Gehalte dieser Elemente unter oder gleich 0,2% ist,
– gegebenenfalls Calcium mit einem Gehalt unterhalb oder gleich 0,1%,

Tr = 1,8 × C + 1,1 × Mn + 0,7 × Ni + 0,6 × Cr + 1,6 × Mo* + 0,5

Dr = 54 × C0,25 + 24,5 × (Mo* + 3 × V*)0,30 + 1,58 × Mn + 0,74 × Ni + 1,8 × Si + 12,5 × (Cr)0,20

U = 1600 × C + 100 × (0,25 × Cr + Mo* + 4,5 × V*)

R = 3,8 × C + 10 × Si + 3,3 × Mn + 2,4 × ni + 1,4 × (Cr + Mo*)

Mo* = Mo + W/2

V* = V + Nb/2 + Ta/4

(N – 0,52Al)² + 283

Bevorzugt ist die chemische Zusammensetzung derart, daß:
R > 11.
Bevorzugt ist die chemische Zusammensetzung ebenfalls derart, daß:
R ≤ 2,7 × Tr.
Es ist bevorzugt, daß der Gehalt an Silicium strikt unterhalb von 0,45 Gew.-% ist.
Bevorzugt ist die Zusammensetzung derart, daß:
R/(2,7 × Tr) ≤ 0,90,
mehr bevorzugt
R/(2,7 × Tr) ≤ 0,80
ist.
Bevorzugt ist die Zusammensetzung derart, daß
U/Dr ≤ 9,0
ist.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, daß die chemische Zusammensetzung des Stahles derart ist, daß:
0,230% ≤ C ≤ 0,350%
Si ≤ 0,30%
0,1% < Mn ≤ 1,8%
Ni ≤ 2,5%
0,2% ≤ Cr ≤ 3%
Mo + W/2 ≤ 2,5%
V + Nb/2 + Ta/4 ≤ 0,3%
Mo* + 3 × V* ≥ 0,8%
und noch mehr bevorzugt, derart, daß:
0,240% ≤ C ≤ 0,320%
Si ≤ 0,15%
0,1% ≤ Mn ≤ 1,6%
Ni ≤ 2%
0,2% ≤ Cr ≤ 2,5%
0,3% ≤ Mo + W/2 ≤ 2,5%
V + Nb/2 + Ta/4 ≤ 0,3%
Mo* + 3 × V* ≥ 1,2%
Weiterhin ist es bevorzugt, daß die Zusammensetzung derart ist, daß:
Tr > 4,5
ist.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Stahlformstück, bearbeitet in einen Block gemäß der Erfindung, wovon wenigstens ein Teil der Oberfläche durch Nitrieren gehärtet ist, und dessen Härte an allen Punkten zwischen 430 HB und 530 HB liegt.
Der Stahl gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß er bessere Wärmeleitfähigkeit als die Stähle des Standes der Technik aufweist. Diese bessere Wärmeleitfähigkeit ermöglicht es, Kühlkanäle vorzusehen, welche weiter von der Oberfläche der Formen entfernt sind, als dies die Verwendung von Stählen des Standes der Technik erfordert. Auf diese Weise wird die Gefahr von Rißbildung zwischen den Kanälen und der Oberfläche der Formstempel beträchtlich reduziert. Darüber hinaus erfolgt wegen der besseren Wärmeleitfähigkeit die Abkühlung der Formen homogener, was die Qualität des Formlings verbessert.
Der Stahl gemäß der Erfindung ist ebenfalls zur Herstellung von Teilen für die Bearbeitung von Metallen bestimmt.
Die Erfindung wird im folgenden genauer, jedoch nicht einschränkend beschrieben und durch die Beispiele erläutert.
Die Teile für Formen oder für die Bearbeitung von Metallen werden durch Verarbeitung in den massiven gehärteten Blockstählen hergestellt, um eine martensitische oder martensitisch-bainitische Struktur zu erhalten, und sie werden erhalten, um die gewünschten Eigenschaften der Härte und der Duktilität zu erzielen. Es ist daher erforderlich, einen Stahl zu verwenden, der eine erhöhte Härtbarkeit und eine Fähigkeit zu wesentlicher Härtung besitzt. Diese gehärteten Stähle müssen jedoch eine möglichst gute Verarbeitbarkeit und eine so stark wie möglich erhöhte Wärmeleitfähigkeit besitzen. Diese letztgenannte Eigenschaft ist zur Verbesserung der Produktivität von Formvorgängen nützlich. A priori ist die Kombination dieser verschiedenen Eigenschaften kontradiktorisch. Tatsächlich ist es bekannt, daß Stahl um so weniger leicht zu bearbeiten ist, je härter er ist, und es ist bekannt, die Bearbeitbarkeit durch Zugabe von Zusatzelementen wie Schwefel, Calcium, Selen, Tellur oder Blei zu verbessern. Jedoch müssen bei diesen Stählen für Formen diese Zugaben limitiert werden, damit sie annehmbar sind, wenn die Oberfläche der Stempel der Formen gräniert ist, und sie sind unheilvoll, wenn die Oberflächen poliert sind. In jedem Fall sind solche Zugaben unzureichend. Ebenfalls weiß man, daß die Wärmeleitfähigkeit von Stahl und seine Härtbarkeit sich umgekehrt zur Funktion seiner Zusammensetzung verändern. Diese Anforderungen sind daher kontradiktorisch. Jedoch haben die Erfinder in überraschender Weise festgestellt, daß es möglich ist, Zusammensetzungsbereiche zu finden, welche es ermöglichen, Kombinationen von wesentlich besseren Eigenschaften, als diejenigen von bekannten Stählen zu erhalten. Diese Zusammensetzungsbereiche werden einerseits durch begrenzte Bereiche der Gehalte von jedem der Elemente der Zusammensetzung und andererseits durch die zu beachtenden Gleichungen definiert.
Zum Erhalt solcher Kombinationen von Eigenschaften muß der Stahl enthalten:

– Von 0,18% bis 0,4% Kohlenstoff zur Bildung von härtenden Karbiden ohne jedoch die Schweißfähigkeit, die Zähigkeit und die Verarbeitbarkeit zu stark zu verschlechtern, wobei dieser Gehalt zwischen 0,230% und 0,350% und noch besser zwischen 0,240% und 0,320% liegen soll.
– Weniger als 0,8%, bevorzugt weniger als 0,30% und noch besser weniger als 0,15% Silizium. Dieses im allgemeinen zur Desoxidation von Stahl im Verlauf der Herstellung verwendete Element hat einen ungünstigen Einfluß auf die Wärmeleitfähigkeit. Jedoch ist es immer wenigstens in Form von Spuren vorhanden.
– Weniger als 2,5% Mangan und bevorzugt von 0,1% bis 1,8% und besser von 0,1% bis 1,6%, um eine gute Härtbarkeit zu erhalten ohne jedoch zu stark Absonderungen hervorzubringen, welche die Fähigkeit zum Erhalt guter Oberflächenzustände auf den Formen herabsetzen würden. Dieses Element ist immer wenigstens in Form von Spuren vorhanden. Darüber hinaus ist es bevorzugt, daß sein Gehalt oberhalb von 0,1% liegen sollte, damit der immer in Form von Verunreinigungszuständen vorliegende Schwefel abgefangen wird. Falls Schwefel zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit zugesetzt wird, muß der Minimalgehalt an Mangan als Folge hiervon bevorzugt angepaßt werden und er soll wenigstens das 5-fache und bevorzugt das 7-fache des Schwefelgehaltes betragen.
– Weniger als 3% Nickel, bevorzugt weniger als 2,5% und noch mehr bevorzugt weniger als 2%. Dieses Element erlaubt die Erhöhung der Härtbarkeit, jedoch ist es sehr kostspielig. Es kann in Form von Spuren vorliegen. Jedoch kann es im Fall von Anwendungen, welche eine große Zähigkeit und eine sehr gute Homogenität der Härte erfordern, interessant sein, den Gehalt an Mangan zu Gunsten von Nickel in einer Menge von zwei Teilen Nickel zur Substitution von einem Teil Mangan zu reduzieren. Diese Substitution eines Teiles des Mangans durch Nickel hat außerdem den Vorteil der Reduzierung von Absonderungen.
– Weniger als 3,5% Chrom, bevorzugt von 0,2% bis 3% Chrom und noch mehr bevorzugt von 0,2% bis 2,5%. Dieses Element ermöglicht die Verbesserung der Härtbarkeit, jedoch hat es in sehr großer Menge die Tendenz zur Anreicherung von Chromkarbiden zum Schaden von anderen günstigeren Elementen wie Molybdän, Wolfram, Vanadium, Niob und Tantal. Es kann im Zustand von Spuren vorhanden sein.
– Molybdän und/oder Wolfram in solchen Gehalten, daß die Summe Mo* = Mo + W/2 unterhalb 2,8% und bevorzugt unterhalb 2,5% liegt, ebenfalls bevorzugt, daß sie oberhalb 0,3% liegt. Diese Elemente sind stark härtend, darüber hinaus reduzieren sie wesentlich das Weichmachen (Anlassen) zur Vergütung, welches insbesondere erwünscht ist, wenn die Formstempel Oberflächenbehandlungen wie Nitrieren bei Temperaturen von wenigstens 500°C unterzogen werden. Jedoch zerstören sie in zu großer Menge die Fähigkeit zur Bearbeitung.
– Gegebenenfalls wenigstens ein Element, ausgewählt unter Vanadium, Niob und Tantal in solchen Gehalten, daß die Summe V* = V + Nb/2 + Ta/4 unterhalb 0,5% und besser unterhalb 0,3% liegt. Diese Elemente erlauben die Erhöhung der Festigkeit beim Weichmachen zum Vergüten, insbesondere wenn das Vergüten oberhalb von 550°C durchgeführt wird. Sie erlauben ebenfalls die Erhöhung des Gebrauchswertes der Formstempel. In zu starker Menge zerstören sie jedoch die Bearbeitbarkeit und die Schweißbarkeit.
– Von 0,0005% bis 0,015% Bor. Dieses Element erhöht beträchtlich die Härtbarkeit, ohne der Wärmeleitfähigkeit zu schaden. Darüber hinaus ist es, da sein Effekt bei erhöhten Temperaturen zur Austenitbildung, welche beim Schweißen angetroffen werden, verschwindet, günstig für eine gute Fähigkeit zur Reparatur durch Schweißen. Unterhalb von 0,0005%, was praktisch die Nachweisgrenze für Analysenmethoden ist, hat es keinen signifikanten Effekt. Oberhalb von 0,015% bringt es eine Versprödung des Stahles ohne Erhöhung der Härtbarkeit mit sich.

Gegebenenfalls bis zu 0,4% Aluminium und gegebenenfalls ein oder mehrere Elemente, ausgewählt unter Titan und Zirkonium, wobei die Summe Ti + Zr/2 bis zu 0,1% reichen kann. Diese Elemente sind stark desoxidierend. Darüber hinaus fixieren sie den Stickstoff, der immer wenigstens als Verunreinigungen bei Gehalten im allgemeinen unterhalb von 0,0250% vorliegt, jedoch auch hierüber hinausgehen kann, wobei jedoch, wenn der Stahl Bor enthält, der Stickstoffgehalt unterhalb 0,0250% bleiben muß. Die Anwesenheit wenigstens eines Elementes, ausgewählt unter Al, Ti und Zr, ist wünschenswert, damit das Bor seine volle Wirksamkeit entfaltet.
Hinsichtlich Aluminium, Titan und Zirkonium, einzeln oder in Kombination von zwei oder drei dieser Elemente genommen, schützen diese Bor gegen Stickstoff und erteilen ihm seine vollständige Wirksamkeit, wobei die Gehalte an Bor, Aluminium, Titan, Zirkonium und Stickstoff, ausgedrückt in Tausendstel von Gew.-%, derart sein müssen, daß:
mit K1 = Min(I*; J*)
I* = Max(0; I) und J* = Max(0; J)
I = Min(N; N – 0,29(Ti + Zr/2 – 5))
J = Min(N; 0,5(N – 0,52Al + √(N – 0,52Al)² + 283)).

– Das Kupfer kann in Form von Spuren oder als Verunreinigungen bis zu Gehalten in der Größenordnung von 0,3% vorliegen.
– Gegebenenfalls ein oder mehrere Elemente, ausgewählt unter Schwefel, Selen und Tellur, in geringer Menge, wobei die Summe der Gehalte dieser Elemente unterhalb 0,2% bleiben muß. Wenn jedoch der Stahl zur Herstellung von Formen bestimmt ist, deren Oberfläche poliert und chemisch gräniert ist, muß die Summe der Gehalte dieser Elemente unterhalb 0,025% oder besser unterhalb 0,005% bleiben.
– Gegebenenfalls ein oder mehrere Elemente, ausgewählt unter Blei und Wismut, wobei die Summe der Gehalte dieser Elemente unterhalb 0,2% ist. Wenn jedoch der Stahl zur Herstellung von Formen bestimmt ist, deren Oberfläche poliert und chemisch gräniert ist, ist es bevorzugt, daß der Stahl diese Elemente nicht enthält.
– Gegebenenfalls Calcium mit einem Gehalt unterhalb 0,1%. Wenn jedoch der Stahl zur Herstellung von Formen bestimmt ist, deren Oberfläche poliert und chemisch gräniert ist, ist es bevorzugt, daß der Stahl dieses Element nicht enthält, da seine positive Wirkung auf die Verarbeitbarkeit sieh in Verbindung mit dem Schwefel ergibt, dessen Zugabe bevorzugt eingeschränkt ist, wenn der Stahl poliert oder gräniert werden soll.
– Der Rest der Zusammensetzung wird durch Eisen und Verunreinigungen, welche aus der Herstellung herrühren, gebildet. Es ist darauf hinzuweisen, daß für alle Zusatzelemente, deren Minimalgehalt nicht festgelegt ist, wenn diese Elemente nicht zugesetzt werden, sie jedoch immer wenigstens in Form von Rückständen oder Verunreinigungen in sehr geringen Gehalten vorliegen können.

Innerhalb der Grenzwerte, welche definiert wurden, soll die Zusammensetzung des Stahls ausgewählt werden, um die gewünschten Gebrauchseigenschaften zu erhalten. Hierzu muß die Zusammensetzung derart sein, daß:

– der Wert Tr = 1,8 × C + 1,1 × Mn + 0,7 × Ni + 0,6 × Cr + 1,6 × Mo* + 0,5 soll oberhalb 3,2 und besser oberhalb 4,5 liegen, um eine ausreichende Härtbarkeit zu erhalten. Insbesondere muß Tr oberhalb 4,5 liegen, um den Erhalt einer martensitisch-bainitischen Struktur ohne Spuren von perlitischer Struktur an den Stücken zu erhalten, deren Stärke 1000 mm übersteigen und 1500 mm erreichen kann.
– Der Wert Dr = 54 × C^0,25 + 24,5 × (Mo* + 3 × V*)^0,30 + 1,58 × Mn + 0,74 × Ni + 1,8 × Si + 12,5 × (Cr)^0,20 muß zwischen 85 und 95 liegen, damit eine ausreichende Härtung durch Karbide, jedoch ohne zu starke Verschlechterung der Bearbeitbarkeit erreich wird.
– Die Größe U = 1600 × C + 100 × (0,25 × Cr + Mo* + 4,5 × V*), welcher ein Indikator für die Bearbeitbarkeit (je geringer er ist, um so besser ist die Bearbeitbarkeit) muß derart sein, daß das Verhältnis, welches die Schwierigkeit der zur Härtung beigetragenen Bearbeitbarkeit wiedergibt, U/Dr, unterhalb 10,0 und bevorzugt 9,0 bleibt.
– Der Wert R = 3,8 × C + 10 × Si + 3,3 × Mn + 2,4 × Ni + 1,4 × (Cr + Mo*), welcher wie die Wärmeleitfähigkeit variiert, d. h. umgekehrt zur Wärmeleitfähigkeit, muß bevorzugt unterhalb oder gleich 2,7 × Tr bleiben. Noch besser muß das Verhältnis R/(2,7 × Tr) unterhalb oder gleich 0,90 und noch besser 0,80 bleiben. Wegen der Gesamtheit der Anforderungen an die für den Stahl gewünschten Eigenschaften muß dieser Wert jedoch im allgemeinen nicht unter 11 absinken, da die Erfindung insbesondere Stähle betrifft, bei denen R > 11 ist, wobei er jedoch möglichst gering ist.
– Im Hinblick auf alle diese Einschränkungen muß die Summe Mo* + 3 × V* oberhalb 0,4% sein; wenn die Zusammensetzung des Stahles der bevorzugten Analyse entspricht: 0,230% ≤ C ≤ 0,350% Si ≤ 0,30% 0,1% < Mn ≤ 1,8% Ni ≤ 2,5% 0,2% ≤ Cr ≤ 3% Mo + W/2 ≤ 2,5% V + Nb/2 + Ta/4 ≤ 0,3% muß Mo* + 3 × V* oberhalb 0,8% liegen; wenn der Stahl der mehr bevorzugten Analyse entspricht: 0,240% ≤ C ≤ 0,320% Si ≤ 0,15% 0,1% ≤ Mn ≤ 1,6% Ni ≤ 2% 0,2% ≤ Cr ≤ 2,5% 0,3% ≤ Mo + W/2 ≤ 2,5% V + Nb/2 + Ta/4 ≤ 0,3% muß Mo* + 3 × V* oberhalb 1,2% liegen.

Zur Herstellung einer Form mit diesem Stahl stellt man den Stahl her, man kühlt ihn und man walzt ihn oder schmiedet ihn in der Wärme in bekannter Weise und man schneidet ihn, um Blöcke zu erhalten, deren Stärke oberhalb von 20 mm liegt und 100 mm übersteigen kann und 400 mm, auch 600 mm und sogar 1500 mm erreichen kann. Es ist darauf hinzuweisen, daß für die weniger großen Stärken die Blöcke Bleche oder große Platten sein können, und daß für die größten Stärken dies im allgemeinen geschmiedete Blöcke sind.
Die Blöcke werden gegebenenfalls in der Hitze des Schmiedevorganges oder des Walzvorganges bei einer Temperatur oberhalb von AC₃ und bevorzugt unterhalb von 950°C austenitisch gemacht, anschließend werden sie an Luft, in Öl oder Wasser je nach Dicke durch Abschrecken und entsprechend der Härtbarkeit des Stahles gehärtet, um auf diese Weise eine martensitische oder martensitisch-bainitische Struktur in der gesamten Masse zu erhalten. Schließlich werden sie auf eine Temperatur oberhalb von 500°C und bevorzugt wenigstens gleich 550°C, jedoch unterhalb von AC₁ gebracht. Auf diese Weise erhält man eine zwischen ungefähr 430 HB und 530 HB liegende Härte.
Aus solchen Blöcken bearbeitet man in bekannter Weise Formteile, welche Stempel tragen, diese werden poliert und gegebenenfalls gräniert. Gegebenenfalls werden diese Stücke an der Oberfläche, beispielsweise durch gasförmiges Nitrieren, gehär tet. Nach gasförmigem Nitrieren bleibt außerhalb der Oberfläche der Stücke, welche nitriert ist, die Härte des Stahls zwischen ungefähr 430 HB und 530 HB.
Als Beispiel und Vergleich werden auf die in Tabelle 1 angegebenen Analysen hingewiesen, von denen bestimmte Merkmale in Tabelle 2 angegeben sind.
Die Beispiele 9, 10 und 12 entsprechen der Erfindung, die Stähle 1 bis 6, 11 und 14 bis 16 enthalten kein Bor, die Beispiele 17, 18, 20 und 21 werden zum Vergleich gegeben. Diese Stähle enthalten keine Zusätze von Selen, Tellur, Blei, Wismut oder Calcium. Sie enthalten jedoch eine geringe Menge Schwefel zwischen 0,010% und 0,020%.
Für alle diese Stähle wurde ebenfalls die Härte HB in gehärtetem Zustand bestimmt, d. h. für eine martensitische oder martensitisch-bainitische Struktur, erhalten bei 550°C, ebenso die Härte HVZAT in der Zone, welche durch die Wärme in der Nachbarschaft einer Schweißung beeinflußt wird, wobei diese mit der HV-Basishärte des nicht von Wärme beeinflußten Basismetalls verglichen wird. Diese Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 angegeben.
Aus diesen beiden Tabellen ist festzustellen, daß bei vergleichbarer Härte (HB) und vergleichbarem Härtekoeffizienten Dr die Stähle der Erfindung eine verbesserte Bearbeitbarkeit (geringeres Verhältnis U/Dr) als die Stähle, welche zum Vergleich angegeben sind, besitzen. Darüber hinaus haben sie eine bessere Fähigkeit bei der Reparatur durch Schweißen und darüber hinaus ein viel besseres homogenes Ansprechen beim Polieren nach Reparatur als die zum Vergleich angegebenen Stähle, da die Härte in ZAT geringer ist und insbesondere das Verhältnis HVZAT/Basis-HV geringer ist. Für Stähle gemäß der Erfindung übersteigt das Verhältnis HVZAT/Basis-HV tatsächlich 1,20 nicht, wenn der Kohlenstoff unter oder gleich 0,35% beträgt.
Tabelle 1
Tabelle 2
Diese Stähle sind zur Herstellung von Stücken für Spritzformen für Kunststoffmaterialien geeignet. Sie sind jedoch auch ebenfalls zur Herstellung von Werkzeugteilen zur Metallverarbeitung geeignet.

Claims

Blockstahl, bestimmt zur Herstellung von Spritzgussformen für Kunststoffmaterialien oder zur Formung von Metallen oder zur Herstellung von Werkstücken für die Metallbearbeitung, von einer Stärke oberhalb 20 mm, dessen Struktur vollständig martensitisch oder martensitisch-bainitisch ist, dessen. Härte an allen Punkten zwischen 430 HB und 530 HB ist und dessen chemische Zusammensetzung des Stahles in Gew.-% beträgt: 0,180% ≤ C ≤ 0,400% Si ≤ 0,8% Mn ≤ 2,5% Ni ≤ 3% Cr ≤ 3,5% Mo + W/2 ≤ 2,8% V + Nb/2 + Ta/4 ≤ 0,5% Al ≤ 0,4% Ti + Zr/2 ≤ 0,1% – Bor mit einem Gehalt zwischen 0,0005% und 0,015% – gegebenenfalls ein oder mehrere Elemente, ausgewählt unter Schwefel, Selen und Tellur, wobei die Summe der Gehalte dieser Elemente unter oder gleich 0,2% ist, – gegebenenfalls ein oder mehrere Elemente, ausgewählt unter Blei und Wismut, wobei die Summe der Gehalte dieser Elemente unter oder gleich 0,2% ist, – gegebenenfalls Calcium mit einem Gehalt unterhalb oder gleich 0,1%, wobei der Rest aus Eisen und aus der Verarbeitung herrührenden Verunreinigungen, wobei Kupfer eine Verunreinigung ist, besteht, wobei die chemische Zusammensetzung ausserdem die folgenden Beziehungen erfüllt: 3,2 ≤ Tr ≤ 9 85 ≤ Dr ≤ 95 U/Dr ≤ 10 Mo* + 3 × V* ≥ 0,4% worin für die in % ausgedrückten Gehalte: Tr = 1,8 × C + 1,1 × Mn + 0,7 × Ni + 0,6 × Cr + 1,6 × Mo* + 0,5 Dr = 54 × C0,25 + 24,5 × (Mo* + 3 × V*)0,30 + 1,58 × Mn + 0,74 × Ni + 1,8 × Si + 12,5 × (Cr)0,20 U = 1600 × C + 100 × (0,25 × Cr + Mo* + 4,5 × V*) R = 3,8 × C + 10 × Si + 3,3 × Mn + 2,4 × Ni + 1,4 × (Cr + Mo*) Mo* = Mo + W/2 V* = V + Nb/2 + Ta/4wobei die Gehalte an Bor, Aluminium, Titan, Zirkonium und Stickstoff, ausgedrückt in Tausendstel von % in Gewicht derart sind, daß
mit K1 = Min(I*; J*) I* = Max(0; I) und J* = Max(0; J) I = Min(N; N – 0,29(Ti + Zr/2 – 5)) J = Min(N; 0,5(N – 0,52Al + √(N – 0,52Al)² + 283)).
Blockstahl nach Anspruch 1, dessen chemische Zusammensetzung derart ist, daß: R > 11 ist.
Blockstahl nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß R ≤ 2,7 × Tr ist.
Blockstahl nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Silizium strikt unter 0,45 Gew.-% und der Gehalt an Kohlenstoff unter oder gleich 0,35 Gew.-% ist.
Blockstahl nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß R/(2,7 × Tr) ≤ 0,90 ist.
Blockstahl nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß R/(2,7 × Tr) ≤ 0,80 ist.
Blockstahl nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß U/Dr < 9,0 ist.
Blockstahl nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß seine Zusammensetzung derart ist, daß: 0,230% ≤ C ≤ 0,350% Si ≤ 0,30% 0,1% ≤ Mn ≤ 1,8% Ni ≤ 2,5% 0,2% ≤ Cr ≤ 3,0% Mo + W/2 ≤ 2,5% V + Nb/2 + Ta/4 ≤ 0,3% Mo* + 3 × V* ≥ 0,8%.
Blockstahl nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß seine Zusammensetzung derart ist, daß: 0,240% ≤ C ≤ 0,320% Si ≤ 0,15% 0,1% ≤ Mn ≤ 1,6% Ni ≤ 2,0% 0,2% ≤ Cr ≤ 2,5% 0,3% ≤ Mo + W/2 ≤ 2,5% V + Nb/2 + Ta/4 ≤ 0,3% Mo* + 3 × V* ≥ 1,2%.
Blockstahl nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß Tr > 4,5 ist.
Formteil aus Stahl, verarbeitet zu einem Block entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 10, von dem wenigstens ein Teil der Oberfläche durch Nitrieren gehärtet ist und dessen Härte an allen Stellen zwischen 430 HB und 530 HB beträgt.