无钨低合金高速工具钢

摘要

本发明涉及一种无钨低合金高速工具钢，其具体化学成分为：C0.90—1.20％ Mo 4.0—6.0％ Cr3.8—4.4％ V 1.6—2.5％ Al 0.6—1.2(或N0.01—0.05) Re 0.1-0.5％ Mn≤0.45％ Si≤0.40％ S≤0.03％ P≤0.03％；其余为铁。本发明是一种过共析钢，材料具有良好的锻、轧、扭等热加工性，材料加热温度低；范围宽，工艺适应性强，且抗回火稳定性好，红硬性明显优于国内同类材料，由于含金含量少，其成本比同类材料低20％以上，另外本发明制作的车刀、钻头等刀具，切削寿命达到了国家优秀刀具产品等级。

说明书

本发明属于高速工具钢领域，具体地说涉及一种无钨低合金高速工具钢。

普通的高速工具钢中合金含量较高且制造工艺复杂，价格昂贵，针对这个问题，中国专利CN1049189A提供了一种具有合金含量低，加工成材率高的通用型低合金高性能的高速工具钢材料，但这种工具钢材料，其中的贵金属元素W的含含量仍达到3.0-5.0%，显然，不利于进一步降低工具钢材料的成本。

本发明的目的是为了更合理有效地利用有限的贵重金属资源而提供一种无钨、合金含量低且加工工艺简单的低成本高速工具钢材料。

为实现本发明的目的，我们设计的无钨低含金高速工具钢其具体的化学成分为（重量%）C 0.90-1.20% Mo4.0-6.0% Cr3.8-4.4% V 1.60-2.5% Al 0.6-1.20%（或N 0.01-0.05%）Re 0.1-0.5% Mn≤0.45% Si≤0.4% S≤0.03% P≤0.03%;其余为铁。

本发明中为保证合金碳化物的数量，我们将C控制在稍高于“平衡量”的范围，采用较高碳含量来增加弥散强化和马氏体强化以便提高基体强度，为防止C含量过高而使材料韧性较差，太低使材料红硬性损失较大，因此限定C含量为0.90-1.20%。

在W18、M2等莱氏体型钢中，铸态组织中的网状或骨骼状共晶碳化物，即使加热到淬火温度，也很难溶解，严重影响材料的性能，使强度下降、韧性和塑性几乎为0，只要钢中出现这种碳化物，传统上都是采用压力加工方式来破碎和细化，以改善材料的性能，本发明则是从成分、组织设计上变传统的莱氏体型为过共析钢，来达到消除钢中共晶碳化物的目的，对于4.0-60%Mo，3.8-4.4 Cr为基体成份，含C量大于0.8%的合金，其组织类型是过共析钢，因此我们限定Mo 4.0-6.0% Cr 3.8-4.4%。对于这种共析钢，其获得同级碳化物所需的锻压比M2莱氏钢小，并且在具有良好的加工性能的同时，易于满足尺寸较大，碳化物均匀性高的工具。

对V的使用上，我们突破了其含量不超过1.6%的习惯，限定V的含量在1.6-2.5%，这样既保证了钢中高硬度的Vc含量不低于M2莱氏钢，又使材料具有高硬度和耐磨性能。

在成分设计上，AL或N和稀土的使用对材料红硬性的提高有着重要的作用，由于AL的偏聚作用影响着C、Mo、V等元素的活性及分布，不但提高了固溶体中Mo的化学活性，使材料在二次硬化峰值温度回火时析出更多细小、弥散的碳化物，加之AL不能进入碳化物，因此，在弥散的碳化物析出时也能形成富AL的包罗层产生界面控制作用，从而提高碳化物的稳定性，同时AL还是与aFe位错结合仅次于Nb的最强元素之一，当一部分AL残留在基体中时，提高了钢的动态再结晶温度，进一步增强了材料抗回火的能力。Re系元素的加入增强了晶界的合金化及净化作用，赋于了材料良好的加工性能，限定AL 0.6-1.2% Re 0.1-0.5%能达最优效果。

本发明中的合金含量虽然较低，只有M2莱氏钢的2/3，但由于碳化物溶解充分，保证了材料在回火过程中二次析出时所必须的合金碳化物的数量，使得材料具有明显的二次硬化效果，高的硬度及耐热性能。

本发明工具钢的生产采用电渣重熔小断面钢工艺，其工艺流程：中频炉冶炼-电渣重熔-锻造开坯-热轧-退火-成品，其中锻、轧温度1120-1140度，开轧终轧温度分别为1080-1120度、不小于850度，热处理淬火温度为1150-1210度，回火温度为540-580度。

采用本发明无钨低合金高速工具钢生产的各种产品与现有技术相对比，具有以下优点：

1、本发明合金含量低，只相当于M2莱氏钢合金含量的2/3，因此原材料费用比M2材料低20%以上。

2、本发明是一种过共析钢，材料具有良好的锻、扭、轧等热加工性，材料加热温度低，范围宽，工艺适应性强。

3、本发明抗回火稳定性好，红硬性明显优于国内同类材料;达M2水平。

4、本发明制作的车刀、钻头等刀具，其切削寿命不低于M2，达到国家优秀刀具产品等级。

实施例：

本发明工具钢采用中频炉冶炼，在下面的表格中D542表示本发明无钨低合金高速工具钢，1、2等表示不同成分的D542工具钢，W18、M2为莱氏钢，其具体化学成分比较见表1

表3.4.5本发明工具钢材料与比较工具钢W18.M2材料制成工具后效果比较

根据以上表格中性能的对比，得出，本发明无钨低合金高速工具钢在节约成本的基础上，仍能达到M2、W18莱氏钢性能指标，制成的刀具平均磨损小于对比的M2、W18刀具。