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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