CN100413992C

CN100413992C - 一种高速钢及其热处理工艺

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Publication number: CN100413992C
Application number: CNB2006100492567A
Authority: CN
Inventors: 周向儒; 赵春华; 廖德秀; 宋利秋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2026-01-25
Also published as: CN1824821A

Abstract

本发明涉及一种合金高速钢，尤其涉及一种高速钢及其热处理工艺，按重量百分比计该高速钢包括：碳C0.85%～1.05%，硅Si0.2%～0.4%，锰Mn0.2%～0.4%，铬Cr9.0%～11.0%，钨W3.5%～4.5%，钼Mo0.6%～2.0%，钒V0.4%～2.0%，镍Ni0.1%～0.3%，钴Co0.3%～5.0%，铌Nb0.8～1.8%，硫S≤0.015%，磷P≤0.02%，其余量为铁Fe。本发明的高速钢具有足够的韧性和耐磨性，适合制作各种冷冲模、切削工具、刀具，并且生产成本低。本发明另外还公开了该高速钢的热处理工艺。

Description

一种高速钢及其热处理工艺

技术领域

本发明涉及一种合金高速钢，尤其涉及一种高速钢及其热处理工艺。

背景技术

现有用于冷冲模和切削工具、刀具的高速钢材料一般采用国产高速钢W6Mo5Cr4V2制作，合金的化学成分为(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％，其余为Fe。该高速钢含有比较高含量的Mo，现在由于国际市场上Mo缺乏，价格比较昂贵，而且该高速钢钨、钒含量也较高，因此生产合金的成本也大大升高。

中国发明专利(公告号为CN1014081)公开了低合金高性能高速钢，其特征在于该钢种的具体化学成分为(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％，其余为Fe。该高速钢通过降低合金元素量从而降低生产成本，但由于该高速钢与W6Mo5Cr4V2钢一样，都含有比较高含量的Mo、W、V，所以生产成本并未从根本上获得降低。

中国发明专利(公告号为CN1149298)公开了一种高耐磨性铸造高速钢，其特征在于该钢种的具体化学成分为(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％，其余为Fe。该高速钢的特点是高碳、高钒、高铬，加入大量的W、Mo、Cr、V以及Nb碳化物形成元素，这些碳化物元素是提供耐磨性的重要因素，因此该高速钢拥有良好的铸造性能，耐磨。但由于该高速钢含有大量的Mo、V，因此生产成本更是高于W6Mo5Cr4V2高速钢，其通用性也不强。

发明内容

为了解决现有通用W6Mo5Cr4V2高速钢制造成本高又要保持钢材有足够的耐磨性和韧性，本发明的目的是提供一种代替W6Mo5Cr4V2，具有足够的韧性和耐磨性，可作冲模、切削工具、刀具，并且生产成本低的高速钢。

本发明的第二个目的是提供上述高速钢的热处理工艺。

为了达到上述的第一个发明目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种高速钢，按重量百分比计该高速钢包括：碳C0.85％～1.05％，硅Si0.2％～0.4％，锰Mn0.2％～0.4％，铬Cr9.0％～11.0％，钨W3.5％～4.5％，钼Mo0.6％～2.0％，钒V0.4％～2.0％，镍Ni0.1％～0.3％，钴Co0.3％～5.0％，铌Nb0.8～1.8％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量为铁Fe。

作为再优选，按重量百分比计该高速钢包括：碳C0.9％～1.0％，硅Si0.2％～0.4％，锰Mn0.2％～0.4％，铬Cr9.5％～10.5％，钨W3.5％～4.5％，钼Mo0.6％～1.5％，钒V0.4％～1.0％，镍Ni0.1％～0.3％，钴Co0.5％～1.5％，铌Nb0.8～1.8％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量为铁Fe。

作为最优选，按重量百分比计该高速钢包括：碳C0.95％，硅Si0.3％，锰Mn0.3％，铬Cr10％，钨W4％，钼Mo1.0％，钒V1.0％，镍Ni0.2％，钴Co1.0％，铌Nb1.2％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量为铁Fe。

作为优选，该高速钢还包括：0.3％以下的钛。

作为优选，该高速钢还包括：0.05％以下的稀土元素。

为了实现本发明的第二个目的，本发明的高速钢的热处理工艺，包括以下步骤：

(1)预加热，预加热温度为550℃～600℃，预加热时间为45～60分钟。

(2)、淬火加热，淬火加热温度为1100℃～1140℃，采用油冷或者空冷或者盐浴冷却；

(3)、回火，回火温度为520℃～540℃，然后空冷至室温。

作为优选，预加热后，进行第二次预加热，然后进行淬火，第二次预加热温度为850℃～900℃，预加热时间为30～60分钟。

作为优选，回火空冷以后再进行第二次回火，回火温度为520℃～540℃，然后空冷至室温。

作为优选，第二次回火空冷以后再进行第三次回火，回火温度为520℃～540℃，然后空冷至室温。

本发明主要组份范围确定的理由如下：

碳，它与碳化物形成元素形成的各种碳化物是钢获得高温强度的重要组织因素。适量的过剩碳化物可阻止晶粒长大，提高耐磨性。但碳含量过高，会使钢材失去塑性，另外由于碳化物过多，分布不均匀，也会引起模具崩裂。本发明碳适宜的含量为0.85％～1.05％。

硅，其目的是提高钢的淬透性、回火稳定性与基体强度，保证钢的高温强度、高温硬度和热稳定性，本发明硅适宜的含量为0.2％～0.4％。

锰，其目的是提供钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，提高钢的淬透性，本发明锰适宜的含量为0.2％～0.4％。

铬，主要作用是提高钢的淬透性、耐磨性和抗氧化性，铬是一种强烈的碳化物形成元素，它能与碳形成多种化合物，以及与铁碳形成复合的化合物，提高钢的硬度和强度，而且铬与钨共同形成复合碳化物，铬能提高复合碳化物于温度较低时在奥氏体中的溶解度，还能阻止高温时碳化物的集聚。但过高的铬含量有损于钢的高温强度。本发明铬适宜的含量为9.0％～11.0％。

钒，主要作用是能细化钢的晶粒组织，提高钢的高温硬度和高温强度，韧性和耐磨性，当它在高温熔入奥氏体时可增加钢的淬透性，可以防止钢的过热敏感倾向。但钒含量高的钢回火后机械性能不佳，磨削性也较差。本发明钒适宜的含量为0.4％～2.0％。

钨，主要作用是能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性。本发明钨适宜的含量为3.5％～4.5％。

钼，主要作用是可提高钢的淬透性和热强性，防止回火脆性。但钼含量高的钢在加热到800℃～850℃以上时极易脱碳。本发明钼适宜的含量为0.6％～2.0％。

钴，是非碳化物形成元素。主要提高合金钢的高温强度和切削性质。本发明钴适宜的含量为0.3～5.0％。

镍，与钴一样，是非碳化物形成元素，通过固溶强化方式来提高钢的强度，对塑性、韧性也有改善。同时，加入镍能降低钢材的临界淬火速度，因而使钢材的淬透性大大提高。总之，钢中铬、镍共存能大大提高钢的综合机械性能，本发明镍适宜的含量为0.1～0.3％。

铌，它是比钒还强的碳化物形成元素。钢中少量的铌主要以碳化铌的形式存在。可以阻止奥氏体晶粒长大，从而提高了韧性，改善了热加工的工艺性能。本发明铌适宜的含量为0.8～1.8％。

钛，可改善耐磨性能。本发明采用0.3％以下的钛。

稀土，对提高合金的抗氧化性能有明显的作用，另外，稀土对疲劳裂纹的扩展有直接的改善。本发明采用0.05％以下的稀土元素。

在研制新钢种时，在保证钢的良好性能的前提下，从经济意义上讲：1)充分利用国家资源，节省稀缺或贵重的合金元素；2)充分发挥多元少量的作用；

3)充分利用热处理方法。

本发明高速钢材料与国产高速钢W6Mo5Cr4V2相比，以铬代替了大量的钼，节省了钼的使用量，同时还降低钒、钨的使用量，从而降低了合金钢的生产成本；加入非碳化物元素镍，通过固溶强化方式来提高钢的强度，又同时具有高的塑性和韧性，且使钢的淬透性强烈增加，而钴的加入又大大提高了合金钢的热硬性和切削性能；加入碳化物形成元素铌提高了钢的韧性，改善了热加工的工艺性能。本发明含P、S量很低(特别是P)，因此钢的纯净度特别好，对钢的各项性能起到保证作用。该高速钢退火布氏硬度达HB250。因此本发明的高速钢具有较高的热硬性和切削性能，又具有高的韧性、耐磨性。而材料成本却大大低于国产高速钢W6Mo5Cr4V2，适用于制作各种冷冲模、切削工具、刀具。

附图说明

图1为本发明高速钢热处理工艺曲线图。

具体实施方式

实施例1

一种高速钢，按重量百分比计该高速钢包括：碳C0.95％，硅Si0.3％，锰Mn0.3％，铬Cr10％，钨W4％，钼Mo1.0％，钒V1.0％，镍Ni0.2％，钴Co1％，铌Nb1.2％，钛Ti0.3％，稀土元素0.05％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量为铁Fe。

上述铬钢系高速钢热处理工艺，包括以下步骤：

(1)、第一次预加热，温度为600℃，预加热时间为60分钟；

(2)、第二次预加热，温度为900℃，预加热时间为45分钟；

(3)、淬火加热，淬火加热温度为1100℃～1140℃，淬火时间为：(25+材料厚度/2)分钟，然后油冷至200℃～250℃；

(4)、第一次回火，回火温度为520℃～540℃，回火时间为120分钟，然后空冷至室温。

(5)、第二次回火，回火温度为520℃～540℃，回火时间为120分钟，然后空冷至室温。

(6)、第三次回火，回火温度为520℃～540℃，回火时间为120分钟，然后空冷至室温。

实施例2

一种高速钢，按重量百分比计该高速钢包括：碳C0.9％，硅Si0.2％，锰Mn0.2％，铬Cr9.5％，钨W3.5％，钼Mo0.6％，钒V0.4％，镍Ni0.1％，钴Co0.5％，铌Nb0.8％，钛Ti0.3％，稀土元素0.05％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量为铁Fe。

上述铬钢系高速钢热处理工艺，包括以下步骤：

(1)、第一次预加热，温度为600℃，预加热时间为60分钟；

(2)、第二次预加热，温度为900℃，预加热时间为45分钟；

(3)、淬火加热，淬火加热温度为1100℃～1140℃，淬火时间为：(25+材料厚度/2)分钟，然后盐浴冷却，600℃分级保温，然后盐浴至200℃～250℃；

实施例3

一种高速钢，按重量百分比计该高速钢包括：碳C1.0％，硅Si0.4％，锰Mn0.4％，铬Cr10.5％，钨W4.5％，钼Mo1.5％，钒V1.0％，镍Ni0.3％，钴Co1.5％，铌Nb1.8％，钛Ti0.3％，稀土元素0.05％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量为铁Fe。

上述铬钢系高速钢热处理工艺，包括以下步骤：

(1)、第一次预加热，温度为600℃，预加热时间为60分钟；

(2)、第二次预加热，温度为900℃，预加热时间为45分钟；

(3)、淬火加热，淬火加热温度为1100℃～1140℃，淬火时间为：(25+材料厚度/2)分钟，然后空冷至200℃～250℃；

Claims

1. 一种高速钢，其特征在于按重量百分比计该高速钢包括：碳C0.85％～1.05％，硅Si0.2％～0.4％，锰Mn0.2％～0.4％，铬Cr9.0％～11.0％，钨W3.5％～4.5％，钼Mo0.6％～2.0％，钒V0.4％～2.0％，镍Ni0.1％～0.3％，钴Co0.3％～5.0％，铌Nb0.8～1.8％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量为铁Fe。

2. 如权利要求1所述的一种高速钢，其特征在于按重量百分比计该高速钢包括：碳C0.9％～1.0％，硅Si0.2％～0.4％，锰Mn0.2％～0.4％，铬Cr9.5％～10.5％，钨W3.5％～4.5％，钼Mo0.6％～1.5％，钒V0.4％～1.0％，镍Ni0.1％～0.3％，钴Co0.5％～1.5％，铌Nb0.8～1.8％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量为铁Fe。

3. 如权利要求1所述的一种高速钢，其特征在于按重量百分比计该高速钢包括：碳C0.95％，硅Si0.3％，锰Mn0.3％，铬Cr10％，钨W4％，钼Mo1.0％，钒V1.0％，镍Ni0.2％，钴Co1.0％，铌Nb1.2％，硫S≤0.015％，磷P≤0.02％，其余量为铁Fe。

4. 如权利要求1或2或3所述的一种高速钢，其特征在于该高速钢还包括：0.3％以下的钛。

5. 如权利要求1或2或3所述的一种高速钢，其特征在于该高速钢还包括：0.05％以下的稀土元素。

6. 如权利要求1所述的一种高速钢的热处理工艺，其特征在于包括以下步骤：

(1)预加热，预加热温度为550℃～600℃，预加热时间为45～60分钟；

(3)、回火，回火温度为520℃～540℃，然后空冷至室温。

7. 如权利要求6所述的一种高速钢的热处理工艺，其特征在于预加热后，进行第二次预加热，然后进行淬火，第二次预加热温度为850℃～900℃，预加热时间为30～60分钟。

8. 如权利要求6所述的一种高速钢的热处理工艺，其特征在于回火空冷以后再进行第二次回火，回火温度为520℃～540℃，然后空冷至室温。

9. 如权利要求8所述的一种高速钢的热处理工艺，其特征在于第二次回火空冷以后再进行第三次回火，回火温度为520℃～540℃，然后空冷至室温。