一種新型9Cr2BAlN合金工具鋼的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種新型9Cr2BAlN合金工具鋼，此鋼含C、Cr、Mg、B、Al、N、和氮化物，其改進(jìn)之處在于，按質(zhì)量份計(jì)，C：0.80～0.95；Cr：1.3～1.7；Mg：0.01～0.05；B：0.01～0.09；Al：0.10～0.80；N：0.01～0.10；氮化物總量(BN；AlN；TiN)為0.01～0.08；余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。和現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的新型9Cr2BAlN合金工具鋼既保持了冷作模具鋼Cr12、Cr12Mo1V1的機(jī)械性能，又大大降低了淬火溫度，節(jié)省了大量能源。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種新型9Cr2BAIN合金工具鋼
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及一種合金工具鋼，具體講涉及一種加Mg、B、Al、N和氮化物的合金鋼。【【背景技術(shù)】】
[0002]在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入合金元素而形成的合金工具鋼，簡(jiǎn)稱(chēng)合工鋼。常用的中國(guó)牌號(hào)的量具鋼有9Cr2、9SiCr、8MnSi和Cr2等。與碳素工具鋼比，合金工具鋼淬透性好，熱處理開(kāi)裂傾向性好、耐磨性與耐熱性高，可以適應(yīng)不同用途需要。廣泛用于碳工具鋼性能不能滿(mǎn)足要求的各種工具。例如板牙、絲錐、鉆頭、鉸刀、齒輪銑刀、切削工具、冷軋輥、鋼印、沖孔鑿等。這種鋼具有淬火溫度低，變形小等特點(diǎn)，但由于鋼加合金含量小，同冷作模具鋼Crl2、Crl2MolVl比，其耐磨性、強(qiáng)度差距都較大，且鉻、鎢、釩為貴重金屬，冶煉過(guò)程中消耗能量較多，且加入鉻、鑰、釩使鋼的淬火溫度提高，不適合環(huán)保，不是節(jié)能環(huán)保型產(chǎn)品，這些金屬又為稀缺型戰(zhàn)略資源。
[0003]本發(fā)明人經(jīng)長(zhǎng)期試驗(yàn)大量研究發(fā)現(xiàn)，加入低熔點(diǎn)的]\%、84^和氮化物(BN ；A1N ；TiN)的合金鋼可有效提高鋼的耐磨性和強(qiáng)度，可使9Cr2的強(qiáng)度提高甚至超過(guò)冷作模具鋼Crl2、Crl2MolVl，使之應(yīng)用范圍更加廣泛，且更經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、節(jié)約資源。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]本發(fā)明的目的是，提供一種在合金工具鋼9Cr2中加入加入低熔點(diǎn)的Mg、B、Al、N和氮化物BN、AlN和/或TiN的合金鋼。本發(fā)明提供的此種工具鋼大幅度提高合金工具鋼的耐磨性和強(qiáng)度，是冷作模具鋼Crl2、Crl2MolVl的優(yōu)異替代鋼。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案中，加入低熔點(diǎn)Mg、B、Al、N和氮化物BN、AlN和/或TiN的合金鋼，但不含這些化合物的氧化物雜質(zhì)，不但使SS 0.008%和PS0.03%，而且氧化物總量 O≤ 0.005% ο
[0006]鎂:加入的此元素在提高鋼的抗氧化性同時(shí)，低熔點(diǎn)金屬M(fèi)g使其在退火鍛打加熱過(guò)程中，析出的Mg元素與基體共格的有害低熔點(diǎn)Sn、Pb、As、Sb、Bi等元素形成的二元合金成為較高熔點(diǎn)的金屬間化合物，同時(shí)也改變低熔點(diǎn)元素的尺寸和形式。
[0007]鋁:加入此元素能細(xì)化鋼鑄態(tài)組織、減少小技晶臂間距。這樣通過(guò)改變碳化物的尺寸和分布更有效地阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，可以促進(jìn)殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變、提高回火硬度，降低回火溫度。在韌性損失小的情況下，提高了鋼材的抗彎強(qiáng)度和耐磨性。同時(shí)具有良好的抗氧化性能。
[0008]硼:其中加入硼元素有利于抑制鋼的r-a相變，顯著抑制珠光體的形成，提高貝氏體的含量，在細(xì)化貝氏體的亞結(jié)構(gòu)的同時(shí)，提高了強(qiáng)度并保持良好的低溫韌性。鋼中加入適量的硼，可增加鋼在高溫下的持久壽命，及提高鋼的綜合性能和淬透性。氮化物主要添加在奧氏體鋼中以提高其強(qiáng)度和耐蝕性，而在低合金高強(qiáng)度鋼中，氮也被作為微合金化元素，通過(guò)形成微合金化碳，氮化物起到強(qiáng)化作用。鋼中的氮化物比碳化物具有更高的穩(wěn)定性，析出相中彌散的細(xì)小M (C.N)型氮化物強(qiáng)化效果明顯提高。回火后形成彌散的碳氮化物析出相促進(jìn)二次硬化，到一定數(shù)量時(shí)甚至具有三次硬化的功能。
[0009]氮:氮元素以間隙溶質(zhì)原子的形式存在于基體中，具有細(xì)化晶粒、產(chǎn)生固溶強(qiáng)化和縮短二次枝晶臂間距、降低晶內(nèi)偏析、改善夾雜物分布，提高鋼的機(jī)械強(qiáng)度、改善沖擊韌性和耐磨性的功能。而固溶態(tài)氮，可降低奧氏體中的密排不完全位錯(cuò)，限制含間隙雜質(zhì)原子團(tuán)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)化效應(yīng)比碳強(qiáng)。固溶氮與碳、鎳的作用相似，能擴(kuò)大r相互并使奧氏體穩(wěn)定化。固溶氮可提高材料的淬透性，在同樣的淬火工藝下淬硬層更深，同時(shí)使芯部組織得到一定程度的改善。氮原子在殘余奧氏體中存在短程有序，不需要長(zhǎng)距離擴(kuò)散，易于首先析出(FeCr) 2N ;可降低回火溫度。
[0010]9Cr2合金工具鋼材存在著合金元素少,耐磨性強(qiáng)度差的缺點(diǎn)，且使用壽命大大低于冷作模具鋼Crl2、Crl2MolVl。對(duì)I~3噸中頻冶煉后，經(jīng)二次冶煉加入低熔點(diǎn)的Mg、B、A1、N和氮化物BN、A1N和/或TiN的合金鋼后，經(jīng)鍛造、退火、淬火和回火處理，使用壽命比傳統(tǒng)9Cr2合金提高5倍以上，硬度超過(guò)Crl2、Crl2MolVl。
[0011]本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的9Cr2BAlN合金工具鋼，另有說(shuō)明除外，本申請(qǐng)中所述量為質(zhì)量份計(jì)。
[0012]本發(fā)明提的新型9Cr2BAlN合金工具鋼含C、S1、Mn、Cr、Mg、B、Al、N、和氮化物，其改進(jìn)之處在于，按質(zhì)量份計(jì)，C:0.75 ~1.00 ；S1:0.30 ~0.39 ;Μ η 0.40Cr:1.30 ~1.80 ；Mg:0 ~0.005 ；B:0 ~0.008 ；A1:0 ~0.80 ；N:0.03 ~0.10 ;氮化物 0.01 ~0.08 ;余量為
Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0013]本發(fā)明提供的優(yōu)選的9Cr2BAlN合金工具鋼中C:0.80~0.95 ；S1:0.39 ；Mn:
0.30Cr:1.40 ；Mg:0.003 ；A1:0.70 ；N:0.03 ;氮化物 0.01 ~0.08，余量為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。
[0014]本發(fā)明提供的再一優(yōu)選9Cr2BAlN合金工具鋼中，C:0.80 ；S1:0.35 ；M n:0.35Cr:
1.45 ；Mg:0.001 ；A1:0.50 ；N:0.15 ;氮化物0.08，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0015]本發(fā)明提供的第三優(yōu)選9Cr2BAlN合金工具鋼含C:0.75 ；S1:0.36 ；M n:0.20Cr:1.60 ；Mg:0.005 ；B:0.005 ；A1:0.30 ；N:0.04 ;氮化物 0.03，余量為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。
[0016]本發(fā)明提供的第四優(yōu)選9Cr2BAlN合金工具鋼含C:1.00 ；S1:0.30 ；Mn:0.1OCr:1.30 ；Mg:0.004 ；B:0.005 ；N:0.07 ;氮化物0.01，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0017]本發(fā)明提供的第五優(yōu)選9Cr2BAlN合金工具鋼含Mg:0.001 ;B:0.005、Al:0.50和N:0.1，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0018]本發(fā)明提供的第六優(yōu)選9Cr2BAlN合金工具鋼含C:0.80~0.95,Mn:0.25~0.30、N:0.03和氮化物:0.06，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0019]本發(fā)明提供的第七優(yōu)選9Cr2BAlN合金工具鋼含C:0.75 ；S1:0.36 ；Mn:0.30Cr:1.70 ；B:0.008 ；A1:0.80 ；N:0.10 ;氮化物0.08，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0020]本發(fā)明提供的第八優(yōu)選9Cr2BAlN合金工具鋼含C:0.90 ；S1:0.30 ；Mn:0.1OCr:
1.70 ；Mg:0.001 ；B:0.007 ；A1:0.75 ；N:0.03 ;氮化物 0.08，余量為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。
[0021]和現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的改進(jìn)的9Cr2BAlN合金工具鋼，既保持了冷作模具鋼的機(jī)械性能，又大大降低了淬火溫度，節(jié)省了大量能源。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0022]圖1為本發(fā)明提供的熱處理工藝圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]實(shí)施例1
[0025]本發(fā)明提供的9Cr2BAlN合金工具鋼中，按重量百分比計(jì)包括:
[0026]C_0.90，Si_0.30，Μη_0.30，Cr_l.50，Α1_0.50，Β_0.005，
[0027]Mg_0.003，Ν_0.03，氮化物_0.02，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0028]上述新型9Cr2BAlN合金工具鋼熱處理工藝的步驟如下:
[0029](I)、預(yù)加熱:將全部原料預(yù)加熱溫度為560°C~600°C，預(yù)加熱時(shí)間為60分鐘；
[0030](2)、淬火加熱:淬火加熱溫度為820°C~860°C，采用油冷卻或者空氣冷卻或者鹽浴冷卻，淬火時(shí)間為20~30分鐘；
[0031](3)、回火:回火溫度為180°C~220°C，然后空氣冷卻至室溫。
[0032]實(shí)施例2
[0033]本發(fā)明提供的9Cr2BAlN合金工具鋼中，按重量百分比計(jì)包括: [0034]C_0.90，Si_0.30，Μη_0.30，Cr_l.50，Α1_0.50，Β_0.001，
[0035]Mg_0.005，Ν_0.08，氮化物_0.06，余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。
[0036]上述新型9Cr2BAlN合金工具鋼熱處理工藝的步驟如下:
[0037](I)、第一次預(yù)加熱:將全部原料預(yù)加熱溫度為560°C~600°C，預(yù)加熱時(shí)間為60分鐘；
[0038](2)、第二次預(yù)加熱:第一次預(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750V~800°C，第二次預(yù)加熱時(shí)間為40~50分鐘。
[0039](3)、淬火加熱:淬火加熱溫度為820°C~860°C，采用油冷卻或者空氣冷卻或者鹽浴冷卻，淬火時(shí)間為20~30分鐘；
[0040](4)、第一次回火:回火溫度為180°C~220°C，然后空氣冷卻至室溫。
[0041](5)、第二次回火:第一次回火空氣冷卻后再進(jìn)行第二次回火，第二次回火溫度180°C~220°C，然后空氣冷卻至室溫。
[0042]實(shí)施例3
[0043]本發(fā)明提供的9Cr2BAlN合金工具鋼中，按重量百分比計(jì)包括:
[0044]C_0.85，Si_0.30，Μη_0.30，Cr_l.60，Α1_0.30，
[0045]B_0.008，N_0.10，氮化物_0.08，余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。
[0046]上述新型9Cr2BAlN合金工具鋼熱處理工藝的步驟如下:
[0047](I)、第一次預(yù)加熱:將全部原料預(yù)加熱溫度為560°C~600°C，預(yù)加熱時(shí)間為60分鐘；
[0048](2)、第二次預(yù)加熱:第一次預(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750V~800°C，第二次預(yù)加熱時(shí)間為40~50分鐘。
[0049](3)、淬火加熱:淬火加熱溫度為820°C~860°C，采用油冷卻或者空氣冷卻或者鹽浴冷卻，淬火時(shí)間為20~30分鐘；
[0050](4)、第一次回火:回火溫度為180°C~220°C，然后空氣冷卻至室溫。[0051](5)、第二次回火:第一次回火空氣冷卻后再進(jìn)行第二次回火，第二次回火溫度180°C~220°C，然后空氣冷卻至室溫。
[0052](6)第三次回火:在第二次回火空氣冷卻至室溫后，再進(jìn)行第三次回火，第三次回火溫度180°C~220°C，然后空氣冷卻至室溫。
[0053]實(shí)施例4~8熱處理工藝的步驟與實(shí)施例3同。
[0054]除本發(fā)明的實(shí)施例1~8的9Cr2BAlN合金工具鋼中的余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)外的各成分及性能列于下表1。
[0055]表1
[0056]
【權(quán)利要求】
1.一種新型9Cr2BAlN合金工具鋼，所述工具鋼含C、S1、Mn、Cr、Mg、B、Al、N、和氮化物，其特征在于，按質(zhì)量份計(jì)，C:0.75 ~1.00 ；Si:0.30 ~0.39 ；Μ η≤ 0.40 ；Cr:1.30 ~1.80 ；Mg:0 ~0.005 ；B:0 ~0.008 ；A1:0 ~0.80 ；N:0.03 ~0.10 ;氮化物:0.01 ~0.08 ;余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的9Cr2BAlN合金工具鋼，其特征在于:C:0.80~0.95 ；S1:0.39 ；Mη:0.30 ；Cr:1.40 ；Mg:0.003 ；A1:0.70 ；N:0.03 ;氮化物:0.01 ~0.08。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的9Cr2BAlN合金工具鋼，其特征在于:C:0.80;Si:0.35 ；Μ η:0.35 ；Cr:1.45 ；Mg:0.001 ；A1:0.50 ；N:0.15 ;氮化物:0.08。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的種新型9Cr2BAlN合金工具鋼，所述工具鋼含，其特征在于C:0.75 ；Si:0.36 ；Μ η:0.20 ；Cr:1.60 ；Mg:0.005 ；B:0.005 ；A1:0.30 ；N:0.04 ;氮化物:0.03。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的一種新型9Cr2BAlN合金工具鋼，其特征在于C:1.00 ；S1:0.30 ；Mη:0.10 ；Cr:1.30 ；Mg:0.004 ；B:0.005 ；N:0.07 ;氮化物:0.01。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的一種新型9Cr2BAlN合金工具鋼，其特征在于Mg:0.001 ；B:0.005 ；Al:0.50 和 N:0.1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的9Cr2BAlN合金工具鋼，其特征在于所述C:0.80~0.95、M η:0.25 ~0.30、N:0.03 和氮化物:0.06。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的9Cr2BAlN合金工具鋼，其特征在于C:0.75 ；S1:0.36 ；Μ η:0.30 ；Cr:1.70 ；B:0.008 ；A1:0.80 ；N:0.10 ;氮化物:0.08。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的9Cr2BAlN合金工具鋼，其特征在于C:0.90 ；S1:0.30 ；M n:0.10 ；Cr:1.70 ；Mg:0.001 ；B:0.007 ；A1:0.75 ；N:0.03 ;氮化物:0.08。
【文檔編號(hào)】C22C38/18GK103834864SQ201210479902
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月22日
【發(fā)明者】周章龍, 周靜茹, 黃高仁, 周向儒 申請(qǐng)人:周章龍