CN101603149A - 一种低合金高速钢 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低合金高速钢，属于高速钢领域。本发明所解决的技术问题是提供了一种成本较低，且性能达到M2钢水平的低合金高速钢。本发明低合金高速钢，其化学成分重量百分比为：C 0.70～1.30，Si 0.20～0.60，Mn 0.20～0.60，W 1.0～2.9，Mo 1.0～3.5，Cr 3.0～5.0，V 1.9～4.0，N 0.06～0.20，P≤0.030％、S≤0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明低合金高速钢通过减少贵重合金元素W、Mo的用量，降低了生产成本。本发明低合金高速钢具有淬火加热温度敏感性小、淬火硬度高、红硬性好，耐磨性高、使用寿命长等优点，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种低合金高速钢，属于高速钢领域。
背景技术
高速钢又名风钢或锋钢，意思是淬火时即使在空气中冷却也能硬化，并且很锋利。它是一种成分复杂的合金钢，含有钨、钼、铬、钒等合金元素。其合金元素总量一般为10～25％左右。它在高速切削产生高热情况下(约500℃)仍能保持高的硬度，HRC能在60以上，这就是高速钢最主要的特性——红硬性。而碳素工具钢经淬火和低温回火后，在室温下虽有很高的硬度，但当温度高于200℃时，硬度便急剧下降，在500℃硬度已降到与退火状态相似的程度，完全丧失了切削金属的能力，这就限制了碳素工具钢制作切削工具用。而高速钢由于红硬性好，弥补了碳素工具钢的致命缺点，可以用来制造切削工具，如：车刀、钴头、滚刀、机用锯条及要求高的模具等。
高速钢的热处理工艺较为复杂，必须经过退火、淬火、回火等一系列过程。退火的目的是消除应力，降低硬度，使显微组织均匀，便于淬火。退火温度一般为860～880℃。淬火时由于它的导热性差一般分两阶段进行。先在800～850℃预热(以免引起大的热应力)，然后迅速加热到淬火温度1220～1250℃，后油冷。淬火后因内部组织还保留一部分(约30％)残余奥氏体没有转变成马氏体，影响了高速钢的性能。为使残余奥氏体转变，进一步提高硬度和耐磨性，一般要进行2～3次回火，回火温度560℃左右，每次保温约1小时。
目前低合金高速钢的研究主要集中在如何提高钢的各种性能。如：
公开号为CN 1049189A，发明名称为“低合金高性能高速钢”发明专利公开了一种化学成分(重量％)为C 0.85～1.05，W 3.0～5.0，Mo 2.0～3.5，Cr 3.5～5.0，V 1.2～1.8，Si 0.70～1.20，Mn 0.20～0.50，N 0.02～0.08，P≤0.030，S≤0.030，其余Fe的高速钢。该钢通过增加Si含量提高硬度，但在耐磨性方面有欠缺。且该钢的W含量较高，增加了生产成本。
又如：公开号为CN 1811003A，发明名称为“无Co超硬型高速钢”发明专利公开了一种化学成分(重量％)C 1.0～1.20，W 6.5～7.5，Mo 3.5～5.0，Cr 3.5～4.5，V 1.6～2.2，Mn 0.20～0.60，Si 0.6.～1.20，N 0.04～0.10，其余为Fe的高速钢。该钢的钨和硅含量较高，虽然提高了钢的硬度，但韧性相对较低，综合性能偏低，且由于提高了合金元素钨的含量，其生产成本偏高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种成本较低，且性能达到M2钢水平的低合金高速钢。
本发明低合金高速钢，其化学成分重量百分比为：C 0.70～1.30，Si 0.20～0.60，Mn0.20～0.60，W 1.0～2.9，Mo 1.0～3.5，Cr 3.0～5.0，V 1.9～4.0，N 0.06～0.20，P≤0.030％、S≤0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明低合金高速钢，按照常规高速钢的冶炼方法即可制得，其包括如下步骤：
a、冶炼：冶炼合金钢，其化学成分重量百分比为：C 0.70～1.30，Si 0.20～0.60，Mn0.20～0.60，W 1.0～2.9，Mo 1.0～3.5，Cr 3.0～5.0，V 1.9～4.0，N 0.06～0.20，P≤0.030％、S≤0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质；
b、热处理：a步骤所得合金钢经过退火、淬火、回火处理即得低合金高速钢；其中，退火温度为860～880℃；淬火时先在800～850℃预热(以免引起大的热应力)，然后加热到淬火温度1220～1250℃，后油冷；淬火后进行2～3次回火，回火温度560℃左右，每次保温约1小时。
本发明低合金高速钢与现有高速钢相比，进一步细化了高速钢奥氏体晶粒，减少了残余奥氏体量，并使钢中更容易形成稳定性较高的钒的碳氮化物和铬的氮化物。通过减少贵重合金元素W、Mo的用量，降低了生产成本。本发明低合金高速钢具有淬火加热温度敏感性小、淬火硬度高、红硬性好，耐磨性高、使用寿命长等优点，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
本发明低合金高速钢，其化学成分重量百分比为：C 0.70～1.30，Si 0.20～0.60，Mn0.20～0.60，W 1.0～2.9，Mo 1.0～3.5，Cr 3.0～5.0，V 1.9～4.0，N 0.06～0.20，P≤0.030％、S≤0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质。
进一步的，为了使本发明低合金高速钢的性能更好，本发明低合金高速钢的化学成分重量百分比优选为：C 0.7～1.30，Si 0.20～0.60，Mn 0.20～0.60，W 1.0～2.9，Mo 1.0～3.4，Cr 3.0～5.0，V 2.1～4.0，N 0.09～0.20，P≤0.030％、S≤0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质。
进一步的，为了使本发明低合金高速钢的性能更好，本发明低合金高速钢的化学成分重量百分比更优选：C 0.7～1.30，Si 0.20～0.59，Mn 0.20～0.60，W 1.0～2.9，Mo 1.0～3.4，Cr 3.0～5.0，V 2.3～4.0，N 0.11～0.20，P≤0.030％、S≤0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质。
进一步的，如果本发明低合金高速钢的碳饱和度过低，则淬火组织中可能会出现不正常的“黑色组织”，从而导致钢的硬度显著降低。因此，为了避免出现非正常的淬火组织，保证高的硬度，本发明低合金高速钢的碳饱和度A优选为0.78～1.20，其中，A＝Cs/Cp，Cp＝0.033W+0.063Mo+0.060Cr+0.200V，Cs＝C+N。公式中的W、Mo、Cr、V、C、N均为该成分在高速钢中的重量百分含量。
本发明低合金高速钢，按照常规高速钢的冶炼方法即可制得，其包括如下步骤：
a、冶炼：冶炼合金钢，其化学成分重量百分比为：C 0.70～1.30，Si 0.20～0.60，Mn0.20～0.60，W 1.0～2.9，Mo 1.0～3.5，Cr 3.0～5.0，V 1.9～4.0，N 0.06～0.20，P≤0.030％、S≤0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质；
b、热处理：a步骤所得合金钢经过退火、淬火、回火处理即得低合金高速钢；其中，退火温度为860～880℃；淬火时先在800～850℃预热(以免引起大的热应力)，然后加热到淬火温度1220～1250℃，后油冷；淬火后进行2～3次回火，回火温度560℃左右，每次保温约1小时。
本发明低合金高速钢，其钒、氮含量较高。钒含量的提高，不仅提高了回火马氏体的硬度，而且淬火后MC的数量也相应增加，提高了高速钢的耐磨性。钒含量的提高还增加了高速钢的红硬性。本发明还通过用氮补充合金化进一步完善了高速钢组织，由于在回火时产生附加的强化作用，加入氮极大地提高了本发明低合金高速钢的硬度和热稳定性。
实施例1发明低合金高速钢的制备
按下述化学成分重量百分比冶炼本发明低合金高速钢，C 0.80％，Si 0.20％，Mn0.29％，Cr 4.4％，Mo 3.3％，W 2.0％，V 2.4％，N 0.104％，其余为Fe。其热处理时的退火制度为860℃×1h。淬火时先在830℃预热(以免引起大的热应力)，然后迅速加热到淬火温度1240℃，后油冷。淬火后进行3次回火，回火温度560℃，每次保温1小时，即制得本发明低合金高速钢。所得本发明低合金高速钢中P含量为0.028％，S含量0.023％(P、S为钢中难以除去的杂质，其含量越低越好)。本发明低合金高速钢的碳饱和度A＝0.89。
经测定，所得本发明低合金高速钢的红硬性为62.8HRC。
实施例2发明低合金高速钢的制备
按下述化学成分重量百分比冶炼本发明低合金高速钢，C 1.25％，Si 0.34％，Mn0.36％，Cr 4.2％，Mo 3.1％，W 2.1％，V 3.4％，N 0.172％，其余为Fe。其热处理时的退火温度为860℃。淬火时先在820℃预热(以免引起大的热应力)，然后迅速加热到淬火温度1220℃，后油冷。淬火后进行3次回火，回火温度560℃，每次保温1小时，即制得本发明低合金高速钢。所得本发明低合金高速钢中P含量为0.030％，S含量0.023％。本发明低合金高速钢的碳饱和度A＝1.19。
经测定，所得本发明低合金高速钢的红硬性为64.0HRC。
M2钢的红硬性为62.5-63.5HRC，实施例1、2的高速钢的红硬性与M2钢的相当。
Claims (6)
1.低合金高速钢，其特征在于：其化学成分重量百分比为：C 0.70～1.30，Si 0.20～0.60，Mn 0.20～0.60，W 1.0～2.9，Mo 1.0～3.5，Cr 3.0～5.0，V1.9～4.0，N 0.06～0.20，P≤0.030％、S≤0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的低合金高速钢，其特征在于：其化学成分重量百分比为：C 0.7～1.30，Si 0.20～0.60，Mn 0.20～0.60，W 1.0～2.9，Mo 1.0～3.4，Cr 3.0～5.0，V 2.1～4.0，N 0.09～0.20，P≤0.030％、S≤0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的低合金高速钢，其特征在于：其化学成分重量百分比为：C 0.7～1.30，Si 0.20～0.59，Mn 0.20～0.60，W 1.0～2.9，Mo 1.0～3.4，Cr 3.0～5.0，V 2.3～4.0，N 0.11～0.20，P≤0.030％、S≤0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1～3任一项所述的低合金高速钢，其特征在于：所述低合金高速钢的碳饱和度A为0.78～1.20，其中，A＝Cs/Cp，Cp＝0.033W+0.063Mo+0.060Cr+0.200V，Cs＝C+N。
5.根据权利要求1～4任一项所述的低合金高速钢，其特征在于：所述的低合金高速钢采用如下方法生产得到：
a、冶炼：冶炼合金钢，其化学成分重量百分比为：C 0.70～1.30，Si 0.20～0.60，Mn 0.20～0.60，W 1.0～2.9，Mo 1.0～3.5，Cr 3.0～5.0，V 1.9～4.0，N 0.06～0.20，P≤0.030％、S≤0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质；
b、热处理：a步骤所得合金钢经过退火、淬火、回火处理即得低合金高速钢；其中，退火温度为860～880℃；淬火时先在800～850℃预热，然后加热到淬火温度1220～1250℃，后油冷；淬火后进行2～3次回火，回火温度560℃左右，每次保温约1小时。
6.低合金高速钢的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：
a、冶炼：冶炼合金钢，其化学成分重量百分比为：C 0.70～1.30，Si 0.20～0.60，Mn 0.20～0.60，W 1.0～2.9，Mo 1.0～3.5，Cr 3.0～5.0，V 1.9～4.0，N 0.06～0.20，P≤0.030％、S≤0.030％，其余为Fe及不可避免的杂质；
b、热处理：a步骤所得合金钢经过退火、淬火、回火处理即得低合金高速钢；其中，退火温度为860～880℃；淬火时先在800～850℃预热，然后加热到淬火温度1220～1250℃，后油冷；淬火后进行2～3次回火，回火温度560℃左右，每次保温约1小时。
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