一种新型5CrW2SiBAlN耐冲击工具钢的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种耐冲击工具钢，具体讲涉及一种加Mg、B、Al、N和氮化物的耐冲击 工具钢。
【背景技术】
[0002]在碳素工具钢基础上加入合金元素而形成的耐冲击钢中，常用的中国牌号的量具 钢有4CrW2Si、5CrW2Si、6CrMnSi2MolV等。广泛用于高冲击载荷下操作的工具，例如：手动 和风动凿子、空气锤工具、铆钉工具、重振动的切割器、冷冲裁和切边用凹模；热作工具，如 热冲孔和穿孔工具、热剪切模、热锻模、易熔合金的压铸模等。这种钢在高温时有较好的强 度和硬度，回火后有较高的韧度，有一定的淬透性和高温力学强度，热处理时对脱碳、变形 开裂敏感性不大，但钨、钥、钒为贵重金属，冶炼过程中消耗能量较多，而加入钨、钥、钒使钢 的淬火温度提高，不是低碳节能产品，况且这些金属又为稀缺性战略资源。
[0003]本发明人经长期大量研究、试验、观察发现，加入低熔点的Mg、B、Al、N和氮化物 (BN、A1N和/或TiN)的耐冲击工具钢可有效提高钢的耐磨性和强度，不仅使5CrW2Si的强 度等性能提高了，优异的机械性能也达达到了中铬高合金冷作模具钢(代号LD)，不仅拓宽 了使用范围，也更经济、环保、节约资源。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是，提供一种在耐冲击工具钢5CrW2Si中加入低熔点的Mg、B、Al、N 和氮化物，大幅度提高耐磨性和强度的合金工具钢，
[0005]本发明的技术方案中：在耐冲击工具钢5CrW2Si中加入低熔点Mg、B、Al、N和氮 化物，但不含这些化合物的氧化物杂质，不但S < 0. 008%和P < 0. 03%，而且氧化物总量 0^ 0. 005%〇
[0006]镁：在提高钢的抗氧化性的同时，低熔点金属Mg使其在退火锻打加热过程中，析 出的Mg金属与基体共格的有害低熔点Sn、Pb、As、Sb、Bi等元素形成的二元合金成为较高 熔点的金属间化合物，同时改变低熔点元素的尺寸和形式。
[0007] 铝：能细化钢铸态组织、减少小技晶臂间距。通过改变碳化物的尺寸和分布更有 效地阻止奥氏体晶粒长大，可以促进残余奥氏体向马氏体转变、提高回火硬度，降低回火温 度。在韧性损失小的情况下，提高了钢材的抗弯强度和耐磨性。同时具有良好的抗氧化性 能。
[0008]硼：有利于抑制钢的r_a相变，显著抑制珠光体的形成，提高贝氏体的含量，在细 化贝氏体的亚结构的同时，提高了强度并保持良好的低温韧性。钢中加入适量的硼，可增加 钢在高温下的持久寿命，及提高钢的综合性能和淬透性。
[0009]氮化物：添加在奥氏体钢中主要提高其强度和耐蚀性，而在低合金高强度钢中，氮 也被作为微合金化元素，通过形成微合金化碳，氮化物起到强化作用。钢中的氮化物比碳化 物具有更高的稳定性，析出相中弥散的细小M (C.N)型氮化物强化效果明显提高。回火后 形成弥散的碳氮化物析出相促进二次硬化，到一定数量时甚至具有三次硬化的功能。
[0010] 氮：以间隙溶质原子的形式存在于基体中，具有细化晶粒、产生固溶强化和缩短 二次枝晶臂间距、降低晶内偏析、改善夹杂物分布，提高钢的机械强度、改善冲击韧性和耐 磨性的功能。固溶态氮，可降低奥氏体中的密排不完全位错，限制含间隙杂质原子团的位 错运动，强化效应比碳强。固溶氮与碳、镍的作用相似，能扩大r相互并使奥氏体稳定化。固 溶氮可提高材料的淬透性，在同样的淬火工艺下淬硬层更深，同时使芯部组织得到一定程 度的改善。氮原子在残余奥氏体中存在短程有序，不需要长距离扩散，易于首先析出（FeCr) 2N ;可降低回火温度。
[0011] 钨：主要作用是能提高钢的红硬性抗高温氧化性能，并能提高钢的耐磨性能，本发 明钨适合2.0~3.0。
[0012] 5CrW2Si耐冲击工具钢材存在着合金元素少，耐磨性强度差的缺点，且使用寿命大 大低于中铬高合金冷作模具钢(代号LD)。对1~3吨中频冶炼后，经二次冶炼加入低熔点的 Mg、B、Al、N和氮化物的合金钢后，经锻造、退火、淬火和回火处理，使用寿命比传统5CrW2Si 耐冲击工具钢提高5倍以上。
[0013] 本发明的目的是提供一种改进的5CrW2SiBAlN耐冲击工具钢，另有说明除外，本 申请中所述量为质量份计。
[0014] 本发明提供的5CrW2SiBAlN耐冲击工具钢，既保持了冷作模具钢的机械性能，又 大大降低了淬火温度，节省了大量能源。
[0015] 本发明提供的5CrW2SiBAlN耐冲击工具钢，所述工具钢含C、Si、Cr、W、Mg、B、Al、N、 和氮化物总量，其改进之处在于，按质量份计C 40~0. 60 ;Si 30~1. 20 ;Mn :〈0. 40 ; Cr :1. 00 ~1. 60 ;W :2. 00 ~3. 00 ;B :0 ~0? 008 ;A1 :0 ~0? 80 ;Mg :0 ~0? 005 ;N :0 ~0? 10 ; 氮化物总量为〇~〇. 80 ;余量为Fe以及不可避免的杂质。
[0016] 本发明提供的优选的的5CrW2SiBAlN耐冲击工具钢中，C:0. 50 ;Si :0. 65;Mn: 0? 30 ;Cr :1. 15 ;W :2. 20 ;B :0? 005 ;A1 :0? 50;Mg:0? 003 ;N :0? 03;氮化物总量为 0? 02;
[0017] 本发明提供的再一优选的5CrW2SiBAlN耐冲击工具钢中，C:0. 45~0. 55 ;Si : 0? 50 ~0? 80;Mn:〈0? 40 ;Cr :1. 00 ~1. 30 ;W :2. 00 ~2.50 ;B :0? 001 ~0? 005 ;A1 :0? 60 ~ 0? 80;Mg:0? 001 ~0? 005 ;N :0? 03 ~0? 10;氮化物总量为 0? 01 ~0? 80;
[0018] 本发明提供的第三优选的5CrW2SiBAlN耐冲击工具钢中，C:0. 40~0. 50 ;Si : 0? 80 ~1. 20 ;Mn :〈0? 40 ;Cr :1. 20 ~1. 60 ;W :2. 20 ~2. 60 ;B :0? 001 ~0? 008 ;A1 :0? 40 ~ 0? 60 ;N :0? 03 ~0? 10 ;氮化物总量为 0? 01 ~0? 80 ;
[0019] 本发明提供的第四优选的5CrW2SiBAlN耐冲击工具钢中，C:0. 50~0.60 ;Si : 0? 40 ~0? 70 ;Mn :〈0? 40 ;Cr :1. 20 ~1. 60 ;W :2. 20 ~2. 60 ;B :0? 001 ~0? 008 ;Mg :0? 001 ~ 0? 005 ;N :0? 03 ~0? 10 ;氮化物总量为 0? 01 ~0? 80 ;
[0020] 本发明提供的第五优选的5CrW2SiBAlN耐冲击工具钢中，C:0. 45~0. 55 ;Si : 0? 50 ~0? 80 ;Mn :〈0? 40 ;Cr :1. 00 ~1. 30 ;W :2. 00 ~2. 50 ;A1 :0? 10 ~0? 80 ;Mg :0? 001 ~ 0? 005 ;N :0? 03 ~0? 10 ;氮化物总量为 0? 01 ~0? 80 ;
[0021] 本发明提供的第六优选的5CrW2SiBAlN耐冲击工具钢中，C:0. 40~0.60 ;Si : 0? 50 ~0? 80 ;Mn :〈0? 40 ;Cr :1. 00 ~1. 30 ;W :2. 00 ~2. 50 ;N :0? 03 ~0? 10 ;氮化物总量为 0. 01 ~0. 80 ;
[0022] 本发明提供的第七优选的5CrW2SiBAlN耐冲击工具钢中，C:0. 45~0. 55 ;Si : 0? 30 ~0? 60;Mn:〈0? 40 ;Cr :1. 20 ~1. 60 ;W :2. 20 ~2. 60 ;B :0? 001 ~0? 008 ;A1 :0? 10 ~ 0? 80;Mg:0? 001 ~0? 005
[0023] 本发明提供的新型5CrW2SiBAlN的优异效果达到中铬高合金冷作模具钢(代号 LD)的机械性能，又大大降低了淬火温度，节省了大量能源。
【附图说明】
[0024] 图1为热处理工艺图。
【具体实施方式】
[0025] 实施例1
[0026] 本发明提供的5CrW2SiBAlN合金工具钢中，按质量份计包括：
[0027] C_0. 50, Si_0.