CN111647798A - 一种木工用高速工具钢材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种木工用高速工具钢材料及其制备方法，木工用高速工具钢材料包括C：0.86‑0.92％，Ni：0.47‑0.50％，Si：0.55‑0.69％，P≤0.03％、Zr：0.85‑1.20％、Ta：0.05‑0.12％、Mn：0.20‑0.40％，Se:0.22‑0.30％，Co:0.700‑1.00％，V：0.94‑1.15％，余量为Fe和不可避免的杂质元素，该种木工用高速工具钢材料板材的力学性能优良其淬火后硬度最高达到85HRC以上，抗拉强度为2300Mpa，刃口锋利耐磨，具有良好的韧性和耐蚀性。
Description
技术领域
本发明属于钢材加工领域，特别涉及到一种木工用高速工具钢及其制备方法。
背景技术
高速工具钢主要用于制造高效率的切削刀具。由于其具有红硬性高、耐磨性好、强度高等特性，也用于制造性能要求高的模具、轧辊、高温轴承和高温弹簧等。高速工具钢经热处理后的使用硬度可达HRC63以上，在600℃左右的工作温度下仍能保持高的硬度，而且其韧性、耐磨性和耐热性均较好。退火状态的高速工具钢的主要合金元素有钨、钼、铬、钒，还有一些高速工具钢中加入了钴、铝等元素。这类钢属于高碳高合金莱氏体钢，其主要的组织特征之一是含有大量的碳化物。铸态高速工具钢中的碳化物是共晶碳化物，经热压力加工后破碎成颗粒状分布在钢中，称为一次碳化物；从奥氏体和马氏体基体中析出的碳化物称为二次碳化物。这些碳化物对高速工具钢的性能影响很大，特别是二次碳化物，其对钢的奥氏本晶粒度和二次硬化等性能有很大影响。碳化物的数量、类型与钢的化学成分有关，而碳化物的颗粒度和分布则与钢的变形量有关。
有的地方对高速工具钢制作的工具硬度要求不高，如木材加工刀具，一般硬度要求在HRC60°以上，木材加工刀具工作时，刀片刃口部与木材组织高速接触挤压，强烈摩擦产生高热，使刀片过回火，木材中的有机物也借机与合金元素结合形成有机金属化合物，故片具磨损是机械、过热和化学3者共同作用的综合结果，刀片用钝后，切削力和切削温度激增，使机器振动加剧乃至无法运行，早期失效为刀片在装机后不久就发生崩刃、卷刃、表面剥落，甚至断裂而酿成严重事故。由此可见，木材加工刀具用钢需有合适的硬度保证刃口锋利耐磨、良好的强韧配合保障刀体的抗冲击性能，以及一定的回火抗力和耐蚀性，以此延长使用寿命。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种木工用高速工具钢材料及其制备方法，通过对现有木工用高速工具钢材料化学成分的调整，添加了Zr、Ta、Se等金属元素，并限定各个组分的配比，使得木工用高速工具钢材料有合适的硬度，同时保证刃口锋利耐磨，具有良好的韧性和耐蚀性。
具体技术方案是：
一种木工用高速工具钢材料，以质量百分比计，具有如下组分：
C：0.86-0.92％，Ni：0.47-0.50％，Si：0.55-0.69％，P≤0.03％、Zr：0.85-1.20％、Ta：0.05-0.12％、Mn：0.20-0.40％，Se:0.22-0.30％，Co:0.700-1.00％，V：0.94-1.15％，余量为Fe。
优选的，C为0.88％，Ni为0.47％，Si为0.64％，P为0.02％，Zr为0.85％，Ta为0.12％，Mn为0.30％，Se为0.27％，Co为0.84％，V为1.15％，余量为Fe。
进一步的，本发明提供一种木工用高速工具钢材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)按木工用高速工具钢材料所含组分的质量百分比进行配料，材料制备过程中，依次采用电弧炉、LF精炼炉、VD真空除气炉、电渣重熔对原料进行冶炼和处理，得到一级钢液；
(2)将一级钢液浇铸成钢锭或连铸坯，然后对钢坯进行加热后热轧成板材，再对热轧板材经退火后，然后通过冷轧，制备成品木工用高速工具钢材料板材。
(3)通过冷轧制成冷轧板材，然后将冷轧板材在700-1050℃下进行淬火处理，淬火保温至少45-60min；
(4)再在200-350℃下进行低温回火处理，最终得到高硬度高韧性木工用高速工具钢材料。
优选的，冷轧板材在850℃下进行淬火处理，淬火保温至少60min；再在255℃下进行低温回火处理，回火处理保温至少1.5h。
优选的，淬火冷却方式优选采用油淬冷却工艺或空冷工艺。
本发明各元素的作用：
C：0.86-0.92％：
钢中主要的强化元素，赋予淬火回火硬度、提高耐磨耗性的元素，为了保证足够碳化物的析出，本发明中的C含量应不低于0.86％，但过多碳化物的析出将影响钢的韧性和加工性，因此限制其添加上限为0.92％，优选的，C为0.88％。
Ni：0.47-0.50％：
Ni具有磁性和良好的可塑性，还有好的耐腐蚀性，可明显增加钢材的韧性，为了提高木工用高速工具钢材料的韧性，本发明将其添加量控制在0.47-0.50％，优选的，Ni为0.47％。
Si：0.55-0.69％：
Si可作为脱氧元素，在钢中不形成碳化物，能固溶于铁素体中影响钢的强度性能，同样，可以去除金属中的氧气，本发明中控制Si含量为0.55-0.69％，优选的，Si为0.64％。
P≤0.03％：
P能使钢材的强度、硬度、耐蚀性提高，但显著降低钢材的塑性和籾性，特别是低温状态的冲击韧性下降更为明显，使钢材容易脆裂，因此本发明添加量较少，控制在P≤0.03％，优选的，P为0.02％。
Zr：0.85-1.20％：
Zr是强有力的脱氧、除氮的作用，在本发明中加入0.85-1.20％含量的Zr，能够明显提高钢材的硬度和强度，优选的，Zr为0.85％。
Ta：0.05-0.12％：
Ta具有极高的抗腐蚀性，相比较Cu，抗腐蚀效果更佳，优选的，Ta为0.12％。
Mn：0.20-0.40％：
Mn是奥氏体扩大元素，还能够提高钢的强度和耐蚀性，并且具有增大钢中N的固溶度的效果，同时能增加钢的淬透性，提高奥氏体钢的硬度和强度。在本发明中加入0.85-1.20％的Mn，优选0.30％。
Se:0.22-0.30％：
Se能够提高切削加工性，在本发明中加入0.22-0.30％的Se，优选0.27％。
Co:0.700-1.00％：
Co能够增强刀片的强度和硬度，在本发明中加入0.700-1.00％的Co，优选0.84％。
V：0.94-1.15％：
V能够增加钢材的耐磨性和硬度，在本发明中加入0.94-1.15％的V优选1.15％。
本发明获得的有益效果：
本发明制备的木工用高速工具钢材料板材的力学性能优良，其中，实施例三的提供的木工用高速工具钢材料效果最好，以质量百分比计，在C为0.88％，Ni为0.47％，Si为0.64％，P为0.02％，Zr为0.85％，Ta为0.12％，Mn为0.30％，Se为0.27％，Co为0.84％，V为1.15％，余量为Fe的配比下，其淬火后硬度最高达到85HRC以上，抗拉强度为2300Mpa，刃口锋利耐磨，具有良好的韧性和耐蚀性。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例一：
一种木工用高速工具钢材料，以质量百分比计，具有如下组分：C：0.86％，Ni：0.47％，Si：0.55％，P为0.01％、Zr：0.85％、Ta：0.05％、Mn 0.20％，Se:0.22％，Co:0.700％，V：0.94％，余量为Fe，各组分质量百分比之和为100％。
本实施例中，木工用高速工具钢材料制备方法，具体步骤如下：按所含组分的质量百分比进行配料，材料制备过程中，依次采用电弧炉、LF精炼炉、VD真空除气炉、电渣重熔对原料进行冶炼和处理，得到一级钢液；将一级钢液浇铸成钢锭或连铸坯，然后对钢坯进行加热后热轧成板材，再对热轧板材经退火后，然后通过冷轧，制备成品木工用高速工具钢材料，通过冷轧制成冷轧板材，然后将冷轧板材在700℃下进行淬火处理，淬火保温至少45min；再在200℃下进行低温回火处理，回火处理保温至少1.5h，最终得到高硬度高韧性木工用高速工具钢材料；淬火冷却方式优选采用油淬冷却工艺或空冷工艺。
实施例二：
一种木工用高速工具钢材料，以质量百分比计，具有如下组分：C：0.87％，Ni：0.49％，Si：0.61％，P为0.03％、Zr：0.99％、Ta：0.08％、Mn：0.35％，Se:0.27％，Co:0.85％，V：1.07％，余量为Fe，各组分质量百分比之和为100％。
本实施例中，木工用高速工具钢材料制备方法，具体步骤如下：按所含组分的质量百分比进行配料，材料制备过程中，依次采用电弧炉、LF精炼炉、VD真空除气炉、电渣重熔对原料进行冶炼和处理，得到一级钢液；将一级钢液浇铸成钢锭或连铸坯，然后对钢坯进行加热后热轧成板材，再对热轧板材经退火后，然后通过冷轧，制备成品木工用高速工具钢材料，通过冷轧制成冷轧板材，然后将冷轧板材在720℃下进行淬火处理，淬火保温至少57min；再在310℃下进行低温回火处理，回火处理保温至少1.5h，最终得到高硬度高韧性木工用高速工具钢材料；淬火冷却方式优选采用油淬冷却工艺或空冷工艺。
实施例三：
一种木工用高速工具钢材料，以质量百分比计，具有如下组分：C为0.88％，Ni为0.47％，Si为0.64％，P为0.02％，Zr：0.85％，Ta为0.12％，Mn为0.30％，Se为0.27％，Co为0.84％，V为1.15％，余量为Fe，各组分质量百分比之和为100％。
本实施例中，木工用高速工具钢材料制备方法，具体步骤如下：按所含组分的质量百分比进行配料，材料制备过程中，依次采用电弧炉、LF精炼炉、VD真空除气炉、电渣重熔对原料进行冶炼和处理，得到一级钢液；将一级钢液浇铸成钢锭或连铸坯，然后对钢坯进行加热后热轧成板材，再对热轧板材经退火后，然后通过冷轧，制备成品木工用高速工具钢材料，通过冷轧制成冷轧板材，然后将冷轧板材在850℃下进行淬火处理，淬火保温至少60min；再在255℃下进行低温回火处理，回火处理保温至少1.5h，最终得到高硬度高韧性木工用高速工具钢材料；淬火冷却方式优选采用油淬冷却工艺或空冷工艺。
实施例四：
一种木工用高速工具钢材料，以质量百分比计，具有如下组分：C：0.90％，Ni：0.49％，Si：0.65％，P为0.03％、Zr：1.00％、Ta：0.11％、Mn 0.39％，Se 0.28％，Co:0.96％，V：1.05％，余量为Fe，各组分质量百分比之和为100％。
本实施例中，木工用高速工具钢材料制备方法，具体步骤如下：按所含组分的质量百分比进行配料，材料制备过程中，依次采用电弧炉、LF精炼炉、VD真空除气炉、电渣重熔对原料进行冶炼和处理，得到一级钢液；将一级钢液浇铸成钢锭或连铸坯，然后对钢坯进行加热后热轧成板材，再对热轧板材经退火后，然后通过冷轧，制备成品木工用高速工具钢材料，通过冷轧制成冷轧板材，然后将冷轧板材在950℃下进行淬火处理，淬火保温至少55min；再在300℃下进行低温回火处理，回火处理保温至少1.5h，最终得到高硬度高韧性木工用高速工具钢材料；淬火冷却方式优选采用油淬冷却工艺或空冷工艺。
实施例五：
一种木工用高速工具钢材料，以质量百分比计，具有如下组分：
C：0.86-0.92％，Ni：0.47-0.50％，Si：0.55-0.69％，P≤0.03％、Zr：0.85-1.20％、Ta：0.05-0.12％、Mn 0.20-0.40％，Se:0.22-0.30％，Co:0.700-1.00％，V：0.94-1.15％，余量为Fe，各组分质量百分比之和为100％。
本实施例中，木工用高速工具钢材料制备方法，具体步骤如下：按所含组分的质量百分比进行配料，材料制备过程中，依次采用电弧炉、LF精炼炉、VD真空除气炉、电渣重熔对原料进行冶炼和处理，得到一级钢液；将一级钢液浇铸成钢锭或连铸坯，然后对钢坯进行加热后热轧成板材，再对热轧板材经退火后，然后通过冷轧，制备成品木工用高速工具钢材料，通过冷轧制成冷轧板材，然后将冷轧板材在1050℃下进行淬火处理，淬火保温至少60min；再在350℃下进行低温回火处理，回火处理保温至少1.5h，最终得到高硬度高韧性木工用高速工具钢材料；淬火冷却方式优选采用油淬冷却工艺或空冷工艺。
实施例六：
将实施例一至五的木工用高速工具钢材料铸成板材，测定其力学性能，结果参见表1。
表1：实施例一至五的木工用高速工具钢材料板材的力学性能
| 序号 | 抗拉强度Mpa | 淬火后硬度HRC | 耐磨能力 |
| 实施例一 | 715 | 50 | 差 |
| 实施例二 | 1200 | 60 | 中等 |
| 实施例三 | 2300 | 85 | 优 |
| 实施例四 | 1580 | 75 | 中等 |
| 实施例五 | 1600 | 79 | 优 |
| 市售5Cr8MoVSi型钢 | 2000 | 65 | 中等 |
由表1可知，与市售5Cr8MoVSi型钢相比，本发明实施例一至实施例五制备的木工用高速工具钢材料板材的力学性能优良，其中，实施例三的提供的木工用高速工具钢材料效果最好，其淬火后硬度最高达到85HRC以上，抗拉强度为2300Mpa，刃口锋利耐磨，具有良好的韧性和耐蚀性。
Claims (5)
1.一种木工用高速工具钢材料，其特征在于：以质量百分比计，具有如下组分，C：0.86-0.92％，Ni：0.47-0.50％，Si：0.55-0.69％，P≤0.03％、Zr：0.85-1.20％、Ta：0.05-0.12％、Mn：0.20-0.40％，Se:0.22-0.30％，Co:0.700-1.00％，V：0.94-1.15％，余量为Fe，各组分质量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的一种木工用高速工具钢材料，其特征在于：所述C为0.88％，Ni为0.47％，Si为0.64％，P为0.02％，Zr为0.85％，Ta为0.12％，Mn为0.30％，Se为0.27％，Co为0.84％，V为1.15％，余量为Fe，各组分质量百分比之和为100％。
3.一种如权利要求1所述的一种木工用高速工具钢材料，其特征在于：所述木工用高速工具钢材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)按木工用高速工具钢材料所含组分的质量百分比进行配料，材料制备过程中，依次采用电弧炉、LF精炼炉、VD真空除气炉、电渣重熔对原料进行冶炼和处理，得到一级钢液；
(2)将一级钢液浇铸成钢锭或连铸坯，然后对钢坯进行加热后热轧成板材，再对热轧板材经退火后，然后通过冷轧，制备成品木工用高速工具钢材料板材；
(3)通过冷轧制成冷轧板材，然后将冷轧板材在700-1050℃下进行淬火处理，淬火保温至少45-60min；
(4)再在200-350℃下进行低温回火处理，最终得到高硬度高韧性木工用高速工具钢材料。
4.根据权利要求3所述的一种木工用高速工具钢材料，其特征在于：所述木工用高速工具钢材料的制备方法中，冷轧板材在850℃下进行淬火处理，淬火保温至少60min；再在255℃下进行低温回火处理，回火处理保温至少1.5h。
5.根据权利要求3所述的一种木工用高速工具钢材料，其特征在于：所述木工用高速工具钢材料的制备方法中，淬火冷却方式优选采用油淬冷却工艺或空冷工艺。
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