CN101250669A - 低钴低合金高速工具钢 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种材料技术领域的低钴低合金高速工具钢,其包含的组分及其质量百分数为:C 0.85-0.95,Si 0.70-1.10,Mn 0.20-0.40,P 0-0.030,S 0-0.030,Cr 3.80-4.40,Mo 1.30-2.00,W 4.80-5.60,V 1.40-1.80,Co 0.30-1.80,余量为Fe。本发明在W+1.8Mo为7%的低合金高速工具钢中加入小于2.0%Co,既保持低合金高速工具钢优点,又提高和完善其性能,能更好满足一定工况条件下使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种材料技术领域的合金钢,具体是一种低钴低合金高速工具钢。
背景技术
高速工具钢以能在较高切速下加工金属材料而得名,常含有多种的Cr、Mo、W、V等碳化物形成元素,以保证有高的硬度和耐磨性、高的抗热软化能力和好的韧性。为节约W、Mo等贵重金属合金资源而开发的低合金高速工具钢,应用在中低切削速度下,且对刃口抗热软化能力要求不高的场合。
低合金高速工具钢尚未标准化,不包含在国标GB高速工具钢中,中国特钢企业协会高速钢专业组非正式规定W+1.8Mo≥5的钢号才可称低合金高速工具钢。特钢行业2006年高速工具钢粗钢产量8.9万吨,其中六分之一为符合此规定的低合金高速工具钢,数量1.53万吨。国际通用的高速工具钢标准ASTMA600-92A中列出中间型(Inter mediate)钢,规定中间型高速工具钢C≥0.70%,W+1.8Mo≥6.5以及Cr≥3.25%、V≥0.80%等(见附件1)。
应用较广泛的低合金高速工具钢,如瑞典七十年代开发的D950、D952,国内八十年代研发的W4Mo3Cr4VSi(河北冶金研究院等)和W3Mo2Cr4VSi简称W3(重庆大学等)。其W+1.8Mo分别为10.7、8.8和8.0,而典型高速工具钢钢号W6Mo5Cr4V2(M2)等W+1.8Mo的质量分数达到15%以上。W3Mo2Cr4VSi等低合金高速工具钢设计的含碳量都符合定比碳规则——相对于各自给定的Cr、Mo、W、V量,全部生成碳化物所需的碳量称为定比(平衡)碳,这类低合金高速钢含碳量与定比碳的比值趋近1,而M2仅是0.75,W3等低合金高速工具钢靠高的含碳量辅以1%Si的强化铁素体作用,保证热处理后的高硬度和耐磨性。
低合金高速工具钢存在的问题,主要系趋近定比碳的高含碳量引起:一是淬、回火晶粒较粗,影响韧性;二是对过热敏感,晶粒更易粗化、加大了锻轧和热处理加热的控制难度。
高速工具钢中加钴,集中在超硬高速工具钢。含钴超硬高速钢Co的质量百分数一般为5-8,陈景榕教授论述了超硬高速钢节约用钴的可能性,Co从0-8%范围内硬度、抗弯强度、韧性变化是:Co从0-3%范围硬度、强度、韧性均随Co量同步增大;Co>3%随Co增多,强度、韧性,不升反降,硬度虽继续增长,但增幅减缓。刘宇等指出对于<1.5%V的钢,为满足超硬性要求,3%Co(再加上碳平衡技术)是必须的。
经对现有技术的文献检索发现,中国发明专利——低钴超硬高速工具钢,(申请号9914879.7)公开说明书中,所指低钴2.5-3.5%,都是含Co 3%的超硬高速工具钢。进一步检索中,尚未发现低合金高速工具钢中加钴的公开报导。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足,提供一种低钴低合金高速工具钢,使其采用比3%低得多的Co来加以改善现有低合金高速工具钢存在的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的,本发明所述的低钴低合金高速工具钢,其包含的组分及质量百分数为:C 0.85-0.95,Si 0.70-1.10,Mn 0.20-0.40,P0-0.030,S 0-0.030,Cr 3.80-4.40,Mo 1.30-2.00,W 4.80-5.60,V 1.40-1.80,Co 0.30-1.80,余量为Fe。
所述Co的优选质量百分数是0.30-1.50,进一步优选值是0.30-1.00及1.00-1.50。
本发明按现有高速工具钢冶金方法制备。
本发明在W+1.8Mo=7%的低合金高速工具钢中加入小于2%Co,保持了W3等低合金高速钢优点,又提高和改善其性能,能更好满足工况条件下使用要求,并相应减少工具钢消耗。
本发明W+1.8Mo=7%,满足W+1.8Mo=6.5%或5%低合金高速钢条件。
本发明W、Mo、Cr、V恰当配合,是高硬度和耐磨性、热稳定性的重要保证。
本发明C 0.85-0.95%,与定比碳之比值趋近1,结合1%Si强化基体的作用,保证了钢的硬度和耐磨性。
本发明加Co的作用是:
1、细化晶粒,提高韧性。Co有补充W、Mo作用,阻碍奥氏体本质晶粒长大,在一定程度上抑制W3等低合金高速工具钢碳量高的粗晶,细化晶粒1级以上,提高了韧性。
2、抑制过热,改善工艺性能。Co阻碍晶粒长大的作用,一定程度抑制了W3等低合金高速工具钢因高碳降低了固相线和晶界溶化温度,钢易过热的倾向,改善锻轧与热处理工艺性。
3、简化了热处理工序,又提高了工件质量。钴对马氏体转变的影响与碳相反,碳提高马氏体转变点Ms,致使残留奥氏体增多,需增加回火次数,加大了热处理变形量;而Co是降低Ms点的,加Co简化了热处理工序,缩短了生产周期,又减少了变形量,从而使工具尺寸稳定。
4、增大了低合金高速工具钢抗过载风险的能力。钴能减缓碳化物聚集长大,从而大幅度提高650℃保持高硬度的能力,有助于改善W3等低合金高速钢工具承受过载而温升时保持高硬度能力,提高了工具使用安全性。
综上所述,本发明在W+1.8Mo为7%的低合金高速工具钢中加入小于2.0%Co,既保持低合金高速工具钢优点,又提高和完善其性能,能更好满足一定工况条件下使用要求。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1:Φ80×1.5 切口铣刀
本实施例组分的质量百分数为:C:0.94 Si:0.86 Mn:0.32 P:0.025S:0.023 Cr:4.36 Mo:1.99 W:5.57 V:1.78 Co:0.81 余量为Fe。
用常压感应炉冶炼,浇成电极棒,经电渣重熔成1T以下电渣钢锭。冶炼、重熔及锻造/轧制开坯和轧成1.8mm厚的冷轧板及相应退火缓冷工艺均按W3Mo2Cr4VSi-DF3A低合金高速钢现行工艺执行。
用冲压方式下料成刀坯,经退火压平后,盐浴淬火:淬火温度~1130℃±10℃分级淬火,≥540℃2-3次回火,硬度控制63-64HRC,精磨并表面氮化处理后即为成品。以铣切电子元件黄铜为例,硬度HB150,截面尺寸30×23的黄铜件,切削速度50M/min刃磨一次的切削长度约为10米,比市售的不含钴的低合金高速钢耐用。这种切口铣刀满足使用要求。
实施例2:Φ200×3.0 锯片铣刀
本实施例组分的质量百分数为:C:0.91 Si:1.09 Mn:0.30 P:0.024S:0.022 Cr:4.08 Mo:1.33 W:5.52 V:1.73 Co:0.31 余量为Fe。
用常压感应炉冶炼,浇成电极棒,经电渣重熔成1T以下电渣钢锭。冶炼、重熔及锻造/轧制开坯和轧成3.3mm厚的热轧板及相应退火缓冷工艺均按W3Mo2Cr4VSi-DF3A低合金高速钢现行工艺执行。
用冲压方式下料成刀坯,经退火压平后,盐浴淬火:淬火温度~1130℃±10℃分级淬火,≥540℃2-3次回火,硬度控制63-64HRC,精磨并表面氮化处理后即为成品。这种锯片铣刀已批量销量,用于碳钢和有色金属及铸铁锯切,在切深3mm和在58M/min的切削速度下刃磨一次的切削长度可达10M,在同等切削条件下比不含钴的低合金高速钢耐磨损,从而提高切削寿命,耐磨损虽逊于通用高速钢M2,但性能价格比高于M2钢。
实施例3:Φ13 做机用丝锥
本实施例组分的质量百分数为:C:0.85,Si:0.71,Mn:0.35,P:0.028,S:0.022,Cr:3.83,Mo:1.30,W:4.82,V:1.41,Co:0.31,余量为Fe。用常压感应炉冶炼,浇成电极棒,经电渣重熔成70kg钢锭,锻造开坯、轧制成材。冶金工艺按W3Mo2Cr4V2-DF3低合金高速钢现行工艺执行。
丝锥(淬、回火)热处理后硬度63.6HRC,并经氮化处理,批量使用情况良好。据某用户在相同使用条件下的不完全统计,机用丝锥切削长度8.1米与通用高速钢M2相当。
实施例4:Φ 16铣制钻头
本实施例化学成份组分的质量百分数为:C:0.92,Si:0.73,Mn:0.36,P:0.021,S:0.020,Cr:4.38,Mo:1.32,W:4.83,V:1.56,Co:0.48,余量为Fe。用常压感应炉冶炼,浇成电极棒,经电渣重熔成70kg钢锭,锻造、轧制二次开坯,轧成Φ18。冶金工艺按W3Mo2Cr4V2-DF3低合金高速钢现行工艺执行。
铣制成钻头(留磨量)热处理硬度64.6HRC,精磨并氮化后成钻头,钻削结果可达M2水准,在不超过30M/min的切削速度和冷却充分条件下,对HB270-300(HRC28-32)预硬化模具钢可顺利钻削,用户表示满意。
实施例5:方12-22 白钢车刀
本实施例化学成份组分的质量百分数为:C:0.95,Si:1.09,Mn:0.30,P:0.028,S:0.025,Cr:4.38,Mo:1.97,W:5.59,V:1.77,Co:1.79,余量为Fe。用常压感应炉冶炼,浇成电极棒,经电渣重熔成70kg钢锭,锻造开坯并锻成车刀初坯。冶金工艺按W3Mo2Cr4V2-DF3低合金高速钢现行工艺执行。
铣制成车刀坯,热处理后硬度按65±1HRC控制,并经460℃氮化后成车刀。用于HB170-321的碳素钢和铸铁(白口铁除外)粗车,性能价格比优于M2。
实施例6:Φ275×Φ32×2.0 切割圆锯片
本实施例化学成份组分的质量百分数为:C:0.95,Si:0.75,Mn:0.33,P:0.028,S:0.025,Cr:3.87,Mo:1.70,W:5.22,V:1.43,Co:1.31,余量为Fe。用常压感应炉冶炼,浇成电极棒,经电渣重熔成1T以下钢锭,冶炼及锻轧开坯和冷轧成2.3mm厚的钢板,冶金工艺按W3Mo2Cr4V2-DF3低合金高速钢现行工艺执行。
冲压方式冲外圆和内孔成刀坯,经退火压平后盐浴分级淬火并回火硬度控制在64-65HRC,精磨并氮化后检验包装入库。这种切割圆锯片用于钢管、铜管、铸铁管的切割,也可用于棒材切割,在50-60M/min切削速度下,切割碳素钢刃磨一次切削长度≥10米,可顶替通用高速钢M2使用。
Claims (3)
1、一种低钴低合金高速工具钢,其特征在于,包含的组分及其质量百分数为:C 0.85-0.95,Si 0.70-1.10,Mn 0.20-0.40,P 0-0.030,S 0-0.030,Cr3.80-4.40,Mo 1.30-2.00,W 4.80-5.60,V 1.40-1.80,Co 0.30-1.80,余量为Fe。
2、根据权利要求1所述的低钴低合金高速工具钢,其特征是,所述Co的质量百分数为:0.30-1.50。
3、根据权利要求1所述的低钴低合金高速工具钢,其特征是,所述Co的质量百分数为:0.30-1.00及1.00-1.50。
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