專利名稱：新型鉻鋼系高速鋼及其熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型合金高速鋼，尤其涉及新型鉻鋼系高速鋼及其熱處理工藝。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有用于冷沖模和切削工具、刀具的高速鋼材料一般采用國產(chǎn)高速鋼W6Mo5Cr4V2制作，合金的化學(xué)成分為(重量％)C0.80％～0.90％，Si≤0.45％，Mn≤0.40％，W5.50％～6.75％，Mo4.50％～5.50％，Cr3.80％～4.40％，V1.75％～2.20％，S≤0.03％，P≤0.03％，其余為Fe。該高速鋼含有比較高含量的Mo，現(xiàn)在由于國際市場(chǎng)上Mo缺乏，價(jià)格比較昂貴，而且該高速鋼鎢、釩含量也較高，因此生產(chǎn)合金的成本也大大升高。
中國發(fā)明專利(公告號(hào)為CN1014081)公開了低合金高性能高速鋼，其特征在于該鋼種的具體化學(xué)成分為(重量％)C0.85％～1.05％，W3.0％～5.0％，Mo2.0％～3.5％，Cr3.5％～5.0％，V1.20％～1.80％，Si0.70％～1.20％，Mn0.20％～0.50％，N0.02％-0.08％，S≤0.03％，P≤0.03％，其余為Fe。該高速鋼通過降低合金元素量從而降低生產(chǎn)成本，但由于該高速鋼與W6Mo5Cr4V2鋼一樣，都含有比較高含量的Mo、W、V，所以生產(chǎn)成本并未從根本上獲得降低。
中國發(fā)明專利(公告號(hào)為CN1149298)公開了一種高耐磨性鑄造高速鋼，其特征在于該鋼種的具體化學(xué)成分為(重量％)，C1.8％～4.2％，W2％～12％，Mo3％～12％，Cr4％～15％，Co0％～10％，V2.5％～10％，Nb0.3％～2.5％，Si0.5％～1.5％，Mn0.3％～0.8％，Al0.02％～0.10％，N0.02％～0.10％，S≤0.03％，P≤0.03％，其余為Fe。該高速鋼的特點(diǎn)是高碳、高釩、高鉻，加入大量的W、Mo、Cr、V以及Nb碳化物形成元素，這些碳化物元素是提供耐磨性的重要因素，因此該高速鋼擁有良好的鑄造性能，耐磨。但由于該高速鋼含有大量的Mo、V，因此生產(chǎn)成本更是高于W6Mo5Cr4V2高速鋼，其通用性也不強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有通用W6Mo5Cr4V2高速鋼制造成本高又要保持鋼材有足夠的耐磨性和韌性，本發(fā)明的目的是提供一種代替W6Mo5Cr4V2，具有足夠的韌性和耐磨性，可作沖模、切削工具、刀具，并且生產(chǎn)成本低的新型鉻鋼系高速鋼。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供上述新型鉻鋼系高速鋼的熱處理工藝。
為了達(dá)到上述的第一個(gè)發(fā)明目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案新型鉻鋼系高速鋼，按重量百分比計(jì)該高速鋼包括碳C0.85％～1.05％，硅Si0.2％～0.4％，錳Mn0.2％～0.4％，鉻Cr9.0％～11.0％，鎢W4.5％～6.5％，鉬Mo0.6％～2.0％，釩V0.6％～2.0％，鎳Ni0.1％～0.3％，鈷Co0.3％～5.0％，鈮Nb0.8～1.8％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
作為再優(yōu)選，按重量百分比計(jì)該高速鋼包括碳C0.9％～1.0％，硅Si0.2％～0.4％，錳Mn0.2％～0.4％，鉻Cr9.5％～10.5％，鎢W5.0％～6.0％，鉬Mo0.6％～1.5％，釩V0.6％～1.5％，鎳Ni0.1％～0.3％，鈷Co0.3％～0.8％，鈮Nb0.8～1.8％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
作為最優(yōu)選，按重量百分比計(jì)該高速鋼包括碳C0.95％，硅Si0.3％，錳Mn0.3％，鉻Cr10％，鎢W5.5％，鉬Mo1.0％，釩V1.0％，鎳Ni0.2％，鈷Co0.5％，鈮Nb1.2％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
作為優(yōu)選，該高速鋼還包括0.3％以下的鈦。
作為優(yōu)選，該高速鋼還包括0.05％以下的稀土元素。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二個(gè)目的，本發(fā)明的新型鉻鋼系高速鋼的熱處理工藝，包括以下步驟(1)、預(yù)加熱，預(yù)加熱溫度為500℃～550℃，預(yù)加熱時(shí)間為45～60分鐘。
(2)、淬火加熱，淬火加熱溫度為1120℃～1160℃，采用油冷或者空冷或者鹽浴冷卻；(3)、回火，回火溫度為520℃～540℃，然后空冷至室溫。
作為優(yōu)選，預(yù)加熱后，進(jìn)行第二次預(yù)加熱，然后進(jìn)行淬火，第二次預(yù)加熱溫度為850℃～900℃，預(yù)加熱時(shí)間為30～60分鐘。
作為優(yōu)選，回火空冷以后再進(jìn)行第二次回火，回火溫度為520℃～540℃，然后空冷至室溫。
作為優(yōu)選，第二次回火空冷以后再進(jìn)行第三次回火，回火溫度為520℃～540℃，然后空冷至室溫。
本發(fā)明主要組份范圍確定的理由如下碳，它與碳化物形成元素形成的各種碳化物是鋼獲得高溫強(qiáng)度的重要組織因素。適量的過剩碳化物可阻止晶粒長大，提高耐磨性。但碳含量過高，會(huì)使鋼材失去塑性，另外由于碳化物過多，分布不均勻，也會(huì)引起模具崩裂。本發(fā)明碳適宜的含量為0.85％～1.05％。
硅，其目的是提高鋼的淬透性、回火穩(wěn)定性與基體強(qiáng)度，保證鋼的高溫強(qiáng)度、高溫硬度和熱穩(wěn)定性，本發(fā)明硅適宜的含量為0.2％～0.4％。
錳，其目的是提供鋼的強(qiáng)度，能消弱和消除硫的不良影響，提高鋼的淬透性，本發(fā)明錳適宜的含量為0.2％～0.4％。
鉻，主要作用是提高鋼的淬透性、耐磨性和抗氧化性，鉻是一種強(qiáng)烈的碳化物形成元素，它能與碳形成多種化合物，以及與鐵碳形成復(fù)合的化合物，提高鋼的硬度和強(qiáng)度，而且鉻與鎢共同形成復(fù)合碳化物，鉻能提高復(fù)合碳化物于溫度較低時(shí)在奧氏體中的溶解度，還能阻止高溫時(shí)碳化物的集聚。但過高的鉻含量有損于鋼的高溫強(qiáng)度。本發(fā)明鉻適宜的含量為9.0％～11.0％。
釩，主要作用是能細(xì)化鋼的晶粒組織，提高鋼的高溫硬度和高溫強(qiáng)度，韌性和耐磨性，當(dāng)它在高溫熔入奧氏體時(shí)可增加鋼的淬透性，可以防止鋼的過熱敏感傾向。但釩含量高的鋼回火后機(jī)械性能不佳，磨削性也較差。本發(fā)明釩適宜的含量為0.6％～2.0％。
鎢，主要作用是能提高鋼的紅硬性和熱強(qiáng)性，并能提高鋼的耐磨性。本發(fā)明鎢適宜的含量為4.5％～6.5％。
鉬，主要作用是可提高鋼的淬透性和熱強(qiáng)性，防止回火脆性。但鉬含量高的鋼在加熱到800℃～850℃以上時(shí)極易脫碳。本發(fā)明鉬適宜的含量為0.6％～2.0％。
鈷，是非碳化物形成元素。主要提高合金鋼的高溫強(qiáng)度和切削性質(zhì)。本發(fā)明鈷適宜的含量為0.3～5.0％。
鎳，與鈷一樣，是非碳化物形成元素，通過固溶強(qiáng)化方式來提高鋼的強(qiáng)度，對(duì)塑性、韌性也有改善。同時(shí)，加入鎳能降低鋼材的臨界淬火速度，因而使鋼材的淬透性大大提高?？傊?，鋼中鉻、鎳共存能大大提高鋼的綜合機(jī)械性能，本發(fā)明鎳適宜的含量為0.1～0.3％。
鈮，它是比釩還強(qiáng)的碳化物形成元素。鋼中少量的鈮主要以碳化鈮的形式存在。可以阻止奧氏體晶粒長大，從而提高了韌性，改善了熱加工的工藝性能。本發(fā)明鈮適宜的含量為0.8～1.8％。
鈦，可改善耐磨性能。本發(fā)明采用0.3％以下的鈦。
稀土，對(duì)提高合金的抗氧化性能有明顯的作用，另外，稀土對(duì)疲勞裂紋的擴(kuò)展有直接的改善。本發(fā)明采用0.05％以下的稀土元素。
在研制新鋼種時(shí)，在保證鋼的良好性能的前提下，從經(jīng)濟(jì)意義上講1)充分利用國家資源，節(jié)省稀缺或貴重的合金元素；2)充分發(fā)揮多元少量的作用；3)充分利用熱處理方法。
本發(fā)明高速鋼材料與國產(chǎn)高速鋼W6Mo5Cr4V2相比，以鉻代替了大量的鉬，節(jié)省了鉬的使用量，同時(shí)還降低釩、鎢的使用量，從而降低了合金鋼的生產(chǎn)成本；加入非碳化物元素鎳，通過固溶強(qiáng)化方式來提高鋼的強(qiáng)度，又同時(shí)具有高的塑性和韌性，且使鋼的淬透性強(qiáng)烈增加，而鈷的加入又大大提高了合金鋼的熱硬性和切削性能；加入碳化物形成元素鈮提高了鋼的韌性，改善了熱加工的工藝性能。本發(fā)明含P、S量很低(特別是P)，因此鋼的純凈度特別好，對(duì)鋼的各項(xiàng)性能起到保證作用。該高速鋼退火布氏硬度達(dá)HB250。因此本發(fā)明的高速鋼具有較高的熱硬性和切削性能，又具有高的韌性、耐磨性。而材料成本卻大大低于國產(chǎn)高速鋼W6Mo5Cr4V2，適用于制作各種冷沖模、切削工具、刀具。


圖1為本發(fā)明新型鉻鋼系高速鋼熱處理工藝曲線圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1新型鉻鋼系高速鋼，按重量百分比計(jì)該高速鋼包括碳C0.95％，硅Si0.3％，錳Mn0.3％，鉻Cr10％，鎢W5.5％，鉬Mo1.0％，釩V1.0％，鎳Ni0.2％，鈷Co0.5％，鈮Nb1.2％，鈦Ti0.3％，稀土元素0.05％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
上述新型鉻鋼系高速鋼熱處理工藝，包括以下步驟
(1)、第一次預(yù)加熱，溫度為500℃，預(yù)加熱時(shí)間為60分鐘；(2)、第二次預(yù)加熱，溫度為900℃，預(yù)加熱時(shí)間為45分鐘；(3)、淬火加熱，淬火加熱溫度為1120℃～1160℃，淬火時(shí)間為(25+材料厚度/2)分鐘，然后油冷至200℃～250℃；(4)、第一次回火，回火溫度為520℃～540℃，回火時(shí)間為120分鐘，然后空冷至室溫。
(5)、第二次回火，回火溫度為520℃～540℃，回火時(shí)間為120分鐘，然后空冷至室溫。
(6)、第三次回火，回火溫度為520℃～540℃，回火時(shí)間為120分鐘，然后空冷至室溫。
實(shí)施例2新型鉻鋼系高速鋼，按重量百分比計(jì)該高速鋼包括碳C0.9％，硅Si0.2％，錳Mn0.2％，鉻Cr9.5％，鎢W5.0％，鉬Mo0.6％，釩V0.6％，鎳Ni0.1％，鈷Co0.3％，鈮Nb0.8％，鈦Ti0.3％，稀土元素0.05％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
上述新型鉻鋼系高速鋼熱處理工藝，包括以下步驟(1)、第一次預(yù)加熱，溫度為500℃，預(yù)加熱時(shí)間為60分鐘；(2)、第二次預(yù)加熱，溫度為900℃，預(yù)加熱時(shí)間為45分鐘；(3)、淬火加熱，淬火加熱溫度為1120℃～1160℃，淬火時(shí)間為(25+材料厚度/2)分鐘，然后鹽浴冷卻，600℃分級(jí)保溫，然后鹽浴至200℃～250℃；(4)、第一次回火，回火溫度為520℃～540℃，回火時(shí)間為120分鐘，然后空冷至室溫。
(5)、第二次回火，回火溫度為520℃～540℃，回火時(shí)間為120分鐘，然后空冷至室溫。
(6)、第三次回火，回火溫度為520℃～540℃，回火時(shí)間為120分鐘，然后空冷至室溫。
實(shí)施例3新型鉻鋼系高速鋼，按重量百分比計(jì)該高速鋼包括碳C1.0％，硅Si0.4％，錳Mn0.4％，鉻Cr10.5％，鎢W6.0％，鉬Mo1.5％，釩V1.5％，鎳Ni0.3％，鈷Co0.8％，鈮Nb1.8％，鈦Ti0.3％，稀土0.05％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
上述新型鉻鋼系高速鋼熱處理工藝，包括以下步驟(1)、第一次預(yù)加熱，溫度為500℃，預(yù)加熱時(shí)間為60分鐘；(2)、第二次預(yù)加熱，溫度為900℃，預(yù)加熱時(shí)間為45分鐘；(3)、淬火加熱，淬火加熱溫度為1120℃～1160℃，淬火時(shí)間為(25+材料厚度/2)分鐘，然后空冷至200℃～250℃；(4)、第一次回火，回火溫度為520℃～540℃，回火時(shí)間為120分鐘，然后空冷至室溫。
(5)、第二次回火，回火溫度為520℃～540℃，回火時(shí)間為120分鐘，然后空冷至室溫。
(6)、第三次回火，回火溫度為520℃～540℃，回火時(shí)間為120分鐘，然后空冷至室溫。
權(quán)利要求
1.新型鉻鋼系高速鋼，其特征在于按重量百分比計(jì)該高速鋼包括碳C0.85％～1.05％，硅Si0.2％～0.4％，錳Mn0.2％～0.4％，鉻Cr9.0％～11.0％，鎢W4.5％～6.5％，鉬Mo0.6％～2.0％，釩V0.6％～2.0％，鎳Ni0.1％～0.3％，鈷Co0.3％～5.0％，鈮Nb0.8～1.8％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
2.如權(quán)利要求1所述的新型鉻鋼系高速鋼，其特征在于按重量百分比計(jì)該高速鋼包括碳C0.9％～1.0％，硅Si0.2％～0.4％，錳Mn0.2％～0.4％，鉻Cr9.5％～10.5％，鎢W5.0％～6.0％，鉬Mo0.6％～1.5％，釩V0.6％～1.5％，鎳Ni0.1％～0.3％，鈷Co0.3％～0.8％，鈮Nb0.8～1.8％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
3.如權(quán)利要求1所述的新型鉻鋼系高速鋼，其特征在于按重量百分比計(jì)該高速鋼包括碳C0.95％，硅Si0.3％，錳Mn0.3％，鉻Cr10％，鎢W5.5％，鉬Mo1.0％，釩V1.0％，鎳Ni0.2％，鈷Co0.5％，鈮Nb1.2％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的新型鉻鋼系高速鋼，其特征在于該高速鋼還包括0.3％以下的鈦。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的新型鉻鋼系高速鋼，其特征在于該高速鋼還包括0.05％以下的稀土元素。
6.如權(quán)利要求1所述的新型鉻鋼系高速鋼的熱處理工藝，其特征在于包括以下步驟(1)、預(yù)加熱，預(yù)加熱溫度為500℃～550℃，預(yù)加熱時(shí)間為45～60分鐘。(2)、淬火加熱，淬火加熱溫度為1120℃～1160℃，采用油冷或者空冷或者鹽浴冷卻；(3)、回火，回火溫度為520℃～540℃，然后空冷至室溫。
7.如權(quán)利要求6所述的新型鉻鋼系高速鋼的熱處理工藝，其特征在于預(yù)加熱后，進(jìn)行第二次預(yù)加熱，然后進(jìn)行淬火，第二次預(yù)加熱溫度為850℃～900℃，預(yù)加熱時(shí)間為30～60分鐘。
8.如權(quán)利要求6所述的新型鉻鋼系高速鋼的熱處理工藝，其特征在于回火空冷以后再進(jìn)行第二次回火，回火溫度為520℃～540℃，然后空冷至室溫。
9.如權(quán)利要求8所述的新型鉻鋼系高速鋼的熱處理工藝，其特征在于第二次回火空冷以后再進(jìn)行第三次回火，回火溫度為520℃～540℃，然后空冷至室溫。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型合金高速鋼，尤其涉及新型鉻鋼系高速鋼及其熱處理工藝，按重量百分比計(jì)該高速鋼包括碳C0.85％～1.05％，硅Si0.2％～0.4％，錳Mn0.2％～0.4％，鉻Cr9.0％～1 1.0％，鎢W4.5％～6.5％，鉬Mo0.6％～2.0％，釩V0.6％～2.0％，鎳Ni0.1％～0.3％，鈷Co0.3％～5.0％，鈮Nb0.8～1.8％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量為鐵Fe。本發(fā)明的新型鉻鋼系高速鋼具有足夠的韌性和耐磨性，適合制作各種冷沖模、切削工具、刀具，并且生產(chǎn)成本低。本發(fā)明另外還公開了該高速鋼的熱處理工藝。
文檔編號(hào)C21D1/18GK1827825SQ20061004925
公開日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2006年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月25日
發(fā)明者周向儒, 趙春華, 廖德秀, 宋利秋 申請(qǐng)人:周向儒