专利名称：低合金高速工具钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属，具体地说是一种钢，尤其是一种低合金高速工具钢。
背景技术：
开发低合金高速工具钢的目的是节约贵重合金元素，降低钢的成本，满足某些特定类别切削工具或其他制件的要求。经市场调研，中国出口到国外的工具大多使用在中等切削条件下的民用市场，若用标准成份的通用高速钢制造这种出口产品则实属资源浪费，并且成本和销售价格较高。现在国内外主要的低合金高速钢及其化学成分如下(《高速工具钢》冶金工业出版社出版，2002年3月第1版，299页)
所有钢号的钨、钼、钒的总量在5％以上，特别是昂贵的钼、钒含量都比较高，一些钢号的成分接近通用高速钢水平，生产成本较高。在满足用户需求的前提下，其性价比较低。
国内成熟的工具钢有Cr4W2MoV钢，成分如下C1.12-1.25；W1.90-2.00；Mo0.80-1.20；Cr3.50-4.00；V0.80-1.10；Si0.40-0.70；Mn(锰)≤0.40。(《简明热处理手册》机械工业出版社、新华书店北京发行所发行、1995年12月第1版第4次印刷、370页)此钢由于含碳量高，淬火温度较低，为1000～1040℃，若提高淬火温度来提高硬度和红硬性，则此钢的韧性明显下降，因此此钢适合做冷作模具钢，采用低温480～520℃回火，硬度58～62HRC。
另有一种成熟的含碳量较低的工具钢4Cr4WMo2VSi，成分如下C0.35-0.45；W0.80-1.20；Mo1.80-2.20；Cr3.60-4.40；V0.80-1.20；Si0.80-1.20；Mn≤0.40。(《简明热处理手册》机械工业出版社、新华书店北京发行所发行、1995年12月第1版第4次印刷、374页)此钢含碳量较低，W含量低，Mo含量高，无论淬火温度提高到多少，经510℃以上温度回火后硬度也达不到63HRC以上，红硬性也达不到60HRC以上。因此用作热作模具钢，淬火温度1060～1080℃，硬度55～60HRC。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上现有技术存在的不足，在满足高速钢性能要求和国际民用市场使用要求的前提下，提出一种超低合金高速钢。降低钨、钼、钒含量以降低成本，并在此基础上，调碳、硅，加氮，使其硬度、红硬性及其晶粒度等性能指标又能达到低合金高速钢的要求。
基于以上目的，本发明是采取以下的技术方案来实现的低合金高速钢W2Mo1Cr4VSi，其主要化学成份(重量％)如下C0.90-1.05；W1.80-2.50；Mo0.80-1.50；Cr3.80-4.20；V0.50-1.20；Si0.9-1.50；Fe(铁)88-90；其他成份0-0.1。
(其他成份为氮、铝或稀土)本发明的特点是在已有低合金高速工具钢的化学成份中，降低钨、钼、钒含量，同时调碳、硅，加氮。以便在显著降低成本的同时(按现在铁合金市场价格，1吨钢每降低0.1％的钼可节约600元成本，每降低0.1％的钒可节约成本350元)，又保持或满足低合金高速钢的硬度、红硬性及其晶粒度等性能，满足用户使用要求。
具体实施例方式
实施例1本发明采用以下工艺13吨电弧炉炼钢----精锻开坯----連轧成棒或盘圆----拉拔成材----深加工成工具成品。
具体为1、电弧炉冶炼用废轴承钢、砂轮灰、高速钢返回料，以及钨砂、钼砂、氮化铬铁等作原料，在公称5吨，出钢量13吨的电弧炉中冶炼。在装料前加炉体石灰100公斤/炉，用吊车吊起料罐，将固体炉料倒入炉膛内，烘烤十分钟后送电。熔炼电功率3200KW(千瓦)，铁料熔化到60-80％再吹氧助熔。全熔后分析C、P，吹氧压力不低于0.4Mpa(兆帕)，要求深吹，脱碳量≥0.30％，吹氧脱C时间＞20分钟时，由于使用了大量廉价的砂轮灰作原料，氧化期重点去除钢中气体及夹杂物。
还原期用硅铁粉80-130公斤，分两批加入进行预还原，当碳不高于规格下限时，渣况变稀(渣稠时再加硅铁粉40公斤左右)，可除渣部分(50％)补加新渣料。新渣料形成后，加入电石块60-90公斤进行还原，待电石熔化后用碳粉12-15公斤，硅铁粉25-40公斤，加强脱氧，渣变白后充分搅拌(用4-5个耙子以上)，尤其炉底，以确保成份准确性。取样分析，根据两次分析结果，仔细计算进行成份调整，其它成份合格后加入氮化铬铁调铬和氮，至合格范围。出钢过程中，一定要做到先渣后钢，渣钢混出，力争S(硫)≤0.010％，以改善钢的塑性。钢水在包中镇静和吹氩气5-8分钟以上。浇铸前在钢锭模内加5G4低碳保护渣，采用下浇注法浇注。浇铸过程中，注温控制在1490-1510℃、注速锭身40～70秒，帽口30～60秒控制，补注2-3次，每次2-3秒。钢锭缓冷后退火，退火温度880±20℃，退火时间为12～24小时，根据装炉量而具体确定。退火硬度要求在300HB(硬度)以下。
2、精锻开坯开坯采用步进式煤气炉加热，GFMSX-32型精锻机开坯。钢锭在炉尾单排，单层装入缓慢加热至1100～1150℃，在高温区保温2小时左右，使钢锭透烧。开锻温度为1100-1150℃，开锻时每道最大压下量为25mm，夹头的进给速度不能超过每分钟4.8米，终锻温度不得低于800℃。把钢锭锻成φ100mm圆坯，切成1.6～2.5米长，放入保温箱中缓冷，收集满一箱后，吊入缓冷坑缓冷。检验圆坯质量，合格转入轧钢，否则退火修磨。
3、连轧、拉拔成材φ100mm，重约150公斤的圆坯通过连轧直接轧出中小棒材和盘圆。通过连轧，后序拉拔可减少拉拔料头，提高拉拔的成材率，另大变形量可提高此钢的脱碳质量。
4、深加工成工具产品用W2Mo1Cr4VSi钢做轧制麻花钻、刀板、丝锥等工具，为了防锈和提高产品使用性能，可经过表面热处理氧氮化或TiN表面涂层。
通过以上工艺措施的采取，使W2Mo1Cr4Si低合金高速工具钢产品具有低成本特点，并克服了自身合金含量不高、硬度、红硬性等低的缺陷，做成工具后通过表面处理如氮化、TiN涂层后，工具性能达到高速钢一般使用要求。适合国际民用市场对工具的使用要求。
本实施例中各主要成分的百分比约是，C0.90；W2.24；Mo1.23；Cr4.01；V1.20；Si1.32；其余为铁。
(1)、试样的热处理性能表
(2)、产品热处理性能表(Φ9.0mm和Φ6.35mm的轧制麻花钻)
实施例2本实施例中各主要成分的百分比约是C0.93；W1.80；Mo1.32；Cr3.91；V1.01；Si0.90，其余为铁。
(1)、试样的热处理性能表
(2)、产品热处理性能表(Φ9.0mm和Φ6.35mm的轧制麻花钻)
实施例3本实施例中各主要成分的百分比约是，C0.97；W2.20；Mo1.01；Cr3.80；V0.92；Si1.23，其余为铁。
(1)、试样的热处理性能表
(2)、产品热处理性能表(Φ9.0mm和Φ6.35mm的轧制麻花钻)
实施例4本实施例中各主要成分的百分比约是，C1.02；W2.50；Mo0.80；Cr4.10；V0.80；Si1.50，其余为铁。
(2)、产品热处理性能表(Φ9.0mm和Φ6.35mm的轧制麻花钻)
实施例5本实施例中各主要成分的百分比约是，C1.05；W1.90；Mo1.50；Cr4.20；V1.10；Si1.00，其余为铁。
(2)、产品热处理性能表(Φ9.0mm和Φ6.35mm的轧制麻花钻)
实施例6本实施例中各主要成分的百分比约是C0.90；W2.15；Mo1.24；Cr3.80；V0.60；Si1.06；N0.06其余为铁。
(1)、此种钢材试样的热处理性能如下表
(2)、产品热处理性能表(用φ9.9mm材料做成Φ9.4mm和φ6.5mm材料做成Φ6.0mm的直柄轧制麻花钻)
(3)、用上述两种规格的钻头和经氮化、镀TiN表面处理的钻头分别做切削性能和寿命试验，情况如下
实施例7本实施例中各主要成分的百分比约是，C0.92；W2.35；Mo0.80；Cr3.95；V0.50；Si1.25；N0.08，其余为铁。
(1)、试样的热处理性能表
(2)、产品热处理性能表(Φ8.2mm和Φ5.5mm的直柄轧制抛光麻花钻)
(3)、用上述两种规格的钻头和经氮化、镀TiN表面处理分别做切削性能和寿命试验，情况如下
实施例8本实施例中各主要成分的百分比约是，C0.96；W2.50；Mo0.90；Cr4.05；V0.55；Si1.35；N0.04，其余为铁。
(1)、试样的热处理性能表
(2)、产品热处理性能表(Φ8.0mm和Φ6.0mm的铣制直柄麻花钻)
(3)、用上述两种规格的钻头和经氮化、镀TiN表面处理分别做切削性能和寿命试验，情况如下
实施例9本实施例中各主要成分的百分比约是，C0.99；W1.80；Mo1.05；Cr4.20；V065；Si1.50；N0.02，其余为铁。
(1)、试样的热处理性能表
(2)、产品热处理性能表(Φ8.0mm和Φ5.0mm的磨制麻花钻)
(3)、用上述两种规格的钻头和经氮化、镀TiN表面处理分别做切削性能和寿命试验，情况如下
实施例10本实施例中各主要成分的百分比约是，C1.05；W2.24；Mo1.50；Cr3.93；V0.70；Si0.90；N0.10，其余为铁。
(1)、试样的热处理性能表
(2)、产品热处理性能表(Φ10.0mm和Φ6.0mm螺母丝锥)
(3)、用上述两种规格的钻头和经镀TiN表面处理分别做切削性能试验，情况如下
实施例11本实施例中各主要成分的百分比约是，C1.03；W1.96；Mo1.31；Cr4.02；V0.58；Si1.18；N0.07，其余为铁。
(1)、试样的热处理性能表
(2)、产品热处理性能表(Φ8.0mm和Φ3.0mm的普通机用丝锥)
(3)、用上述两种规格的钻头和经镀TiN表面处理分别做切削性能试验，情况如下
试验和生产结果表明此钢淬回火硬度能稳定在63HRC以上。比美国ASTMA600中低合金高速钢的要求高1～3HRC，并且回火温度比其要求510℃高30℃以上；红硬性能达到58.5HRC以上，符合在550～600℃仍能保持高硬度60HRC左右的普通高速钢的要求；在1160～1180℃奥氏体化后具有细晶粒组织，均能控制在8～9.5#之间。
另外，用此钢种制成的W2Mo1Cr4Si钢麻花钻通常可钻削退火或正火的45#钢达到4米以上；在硬度200～220HB调质40Cr钢试坯上进行试验，也能钻削少量的孔，因此用此钢生产的工具可在中等以下切削条件下使用，经过表面处理后，使用性能接近普通高速钢水平。
上述的实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1，一种低合金高速工具钢，其主要化学成份包括碳、钨钼、钒、铬、硅和铁，具体重量百分(％)比如下碳0.90-1.05；钨1.80-2.50；钼0.80-1.50；钒0.50-1.20；铬3.80-4.20、硅0.9-1.50；铁88-90；其他成份0-0.1。
2，根据权利要求1所述的一种低合金高速工具钢，其特征在于所述各主要化学成份重量百分(％)为碳0.90-1.05；钨1.80-2.50；钼0.80-1.50；钒0.80-1.20；铬3.80-4.20、硅0.9-1.50；铁88-90；其他成份0-0.1。
3，根据权利要求1所述的一种低合金高速工具钢，其特征在于所述各主要化学成份重量百分(％)为碳0.90-1.05；钨1.80-2.50；钼0.80-1.50；钒0.50-0.70；铬3.80-4.20；硅0.9-1.50；铁88-90；其他成份0-0.1。
4，根据权利要求3所述的一种低合金高速工具钢，其特征在于所述其他成份为氮，重量百分比为0.02-0.10。
全文摘要
本发明涉及一种低合金高速钢，其主要化学成份包括C、W、Mo、V、Cr、Si和铁，具体重量百分(％)比如下C0.90－1.05；W1.80－2.50；Mo0.80－1.50；Cr3.80－4.20；V0.50－1.20；Si0.9－1.50；Fe88－90；其他为0－0.1。本发明的特点是在低合金高速钢的化学成份中降低钨、钼、钒的含量，同时调碳、硅。通过加工工艺的改进，以便在降低成本的同时，又保持或提高低合金高速钢的硬度、红硬性及其晶粒度等性能。
文档编号C22C38/24GK1831178SQ200510038010
公开日2006年9月13日 申请日期2005年3月7日 优先权日2005年3月7日
发明者朱小坤 申请人:江苏天工工具股份有限公司