专利名称：一种新型含铝低合金高速钢的利记博彩app
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本发明涉及一种低合金高速钢，尤其是一种钨当量控制在9≤(W+2Mo)≤11范围内，并同时含有铝、稀土、钛及氮的低合金高速钢。该钢的主要用途是用于制作切削普通金属材料的常规切削刃具。
在我国现行的钢铁标准中，高速钢品种较少，尤其缺乏一种低成本、高性能，适用于切削普通金属材料的低合金高速钢，导致在许多机械加工生产中往往不分被加工金属材料的对象一律使用少数几种钨当量较高的通用高速钢。例如GB9941-88标准中提供的W6Mo5Cr4V2(M2)高速钢，W18Cr4V(W18)高速钢，W9Mo3Cr4V(W9)高速钢。这些高速钢中钨当量均为(W+2Mo)≥15。钨、钼均是昂贵的金属，钨当量越高，高速钢成本越高，若将这类通用高速钢用于制作切削普通金属材料的切削刃具实属大材小用，造成钨、钼资源的浪费和机加工成本的增加。
为降低普通金属材料的机加工成本，金属材料界提供了一些低合金高速钢，希望通过降低高速钢中合金元素的含量来降低高速钢的成本进而降低切削刃具成本，其典型代表牌号为D106，301，GM等。这些低合金高速钢中钨、钼的含量都有不同程度的降低，高速钢成本亦随之下降，可部份取代昂贵的通用高速钢用于加工某些普通金属材料。但这些低合金高速钢存在的不足之处是用这些低合金高速钢制作的切削刃具的性能与上述通用高速钢差距太大，对硬度较大的金属材料在加工时显得无能为力，对被加工金属材料的适用范围非常窄。
例如301是一种含铝的低合金高速钢，由于铝的加入，使得用这种低合金高速钢制作的切削刃具的单件性能有所提高，对被加工金属材料的适用范围也更广。但由于铝的加入又恶化了高速钢的金相组织，易于出现混晶，碳化物颗粒粗大，夹杂物偏多以及存在相当数量的游离铁素体等金相组织缺陷，导致用这种含铝低合金高速钢制作的切削刃具的使用寿命不稳定，使用寿命值分散度大，限制了含铝低合金高速钢的实用价值。
因此，研制一种性能较上述各种低合金高速钢更稳定、更接近于通用高速钢，适用范围更广，而成本却比通用高速钢更低的低合金高速钢是非常必要的。
本发明的目的就是要避免上述各种低合金高速钢的不足之处，提供一种新型含铝低合金高速钢，这种新型含铝低合金高速钢的成本与现有各种低合金高速钢相当，大大低于通用高速钢。同时这种新型含铝低合金高速钢克服或改善了现有各类低合金高速钢存在的综合机械性能偏低，适用范围窄，不能很好满足常规金属材料切削要求等缺陷。
本发明的设计思想是1、在由碳、钨、钼、铬、钒等基本元素组成的高速钢中，降低钨、钼含量，控制钨当量至9≤(W+2Mo)≤11，使该钢的钨当量仅为通用高速钢的1/3，达到节约钨、钼资源，降低成本的目的。
2、适当提高碳含量，弥补由于钨当量降低而造成的高速钢综合机械性能的下降。
3、同时加入铝、钛、稀土和氮。铝的加入可克服由于碳含量的提高而导致的钢种易过热倾向。钛、稀土和氮的加入又克服了由于加铝对高速钢金相组织造成的不利作用。
4、通过各合金元素的微合金化作用，改善或克服现有各种低合金高速钢存在的机械性能不佳，刃具使用寿命值低，使用寿命值分散度大等不足，使本发明新型含铝低合金高速钢的使用性能得以稳定提高，其生产工艺及热处理工艺性能亦有明显改善，反映在用这种新型含铝低合金高速钢制作的切削刃具上，就是这种刃具的成本大大低于通用高速钢，各项性能优于现有各类低合金高速钢，与通用高速钢的性能接近，对被加工金属材料的适用范围更广、更具实用性。
本发明新型含铝低合金高速钢的化学成份为(重量％)C0.95-1.20W1.00-9.00Mo1.00-5.00Cr3.50-4.50V1.65-2.05Al0.80-1.50 Re0.005-0.20 Ti0.05-0.40N≤0.10，余为铁及杂质。
各化学元素的作用及运用原则如下碳碳是本发明新型含铝低合金高速钢的基本元素之一，它和高速钢中的钨、钼、铬、钒等碳化物形成元素相结合，形成各种合金碳化物，这些合金碳化物在热加工及热处理过程中通过改变形态、类型及分布对高速钢的各项性能产生最基本的影响。碳含量过低将降低高速钢的硬度、红硬性及耐磨性，碳含量过高又将恶化高速钢的热加工性能，热处理工艺性能及常温韧性。本发明规定碳含量为0.95-1.20(重量％)。
钨、钼、钒、铬它们在本发明新型含铝低合金高速钢中均为易形成碳化物元素，它们与钢中的碳形成MC、M6C、M2C等一次碳化物和M23C6、MC等二次碳化物。一次碳化物是钢液凝固时形成的共晶碳化物它们在锻造加工过程中被破碎之后，分散在基体中，具有抑制奥氏体晶粒长大和提高耐磨性的作用。二次碳化物则是在钢材冷却时从过饱和的奥氏体中析出来的，这些二次碳化物在淬火时部份固溶于基体，回火时，在马氏体分解过程中主要以非常弥散、均匀、细小的碳化物颗粒析出、产生二次硬化作用，析出的碳化物数量越多、越细、越稳定，钢的二次硬化效果越好，钢的硬度、耐磨性、红硬性也越高。本发明新型含铝低合金高速钢为节约钨、钼，降低成本，同时从合金强化角度考虑允许降低钨、钼含量的限度，将钨、钼的总量按钨当量规定在9≤(W+2Mo)≤11范围内。其中规定钨含量为1.00-9.00(重量％)，钼含量为1.00-5.00(重量％)，铬含量为3.50-4.50(重量％)，钒含量为1.65-2.05(重量％)。
铝铝在高速钢中是非碳化物形成元素，在本发明新型含铝低合金高速钢研制中发现，铝在高速钢中具有晶界、相界及表面偏聚现象，并对碳元素产生界面控制作用，本发明新型含铝低合金高速钢中铝的作用是1、促进弥散碳化物的析出，延缓其长大，起到提高钢的耐磨性及红硬性的作用。
2、增大碳化物开裂的临界尺寸，降低因钢中共晶碳化物粗大而使刃具在使用过程中提前崩刃及热加工性能下降的倾向。
3、降低刃具表面与工件接触面的摩擦系数，延缓因被切削工件与刃具粘连导致的刃具破坏。
4、阻止碳化物淬火时在晶界析出的倾向，提高钢的抗过热能力，提高钢中碳含量允许上限。
但铝的加入会导致混晶，碳化物颗粒粗大，夹杂物偏多及游离铁素体增多等组织缺陷，恶化钢的金相组织，降低刃具使用寿命的稳定性。因此在钢中应合理控制铝的加入量，同时采取相应的微合金化措施来克服因加铝而产生的组织缺陷。本发明新型含铝低合金高速钢规定铝的含量为0.80-1.50(重量％)。
稀土元素稀土元素的加入其作用在于1、阻止弥散碳化物的聚集长大，进一步提高钢的红硬性。
2、细化因铝的加入而粗大的一次碳化物颗粒，减少因碳化物颗粒粗大超过临界开裂尺寸而造成刃具提前崩刃的现象。
3、在钢的冶炼过程中起到脱硫及使夹杂物改性的作用，提高钢的高温塑性及常温韧性，降低由于夹杂物存在而造成刃具提前崩刃的有害作用。
4、提高钢的抗氧化能力本发明规定稀土元素的含量为0.005-0.20(重量％)钛钛与钢中的碳、氮形成稳定的碳氮化物，其主要作用是作为一种奥氏体优先形核的非自发核心，细化因铝的加入而出现的混晶组织中的粗晶，达到细化晶粒的目的。经钛细化后的晶粒非常稳定，能在1200-1240℃的较宽的淬火温度范围内不发生粗化，也不会因重新加热而再次出现混晶或粗晶组织，这样既可使钢厂取消为细化晶粒而进行的高温退火，又放宽了对刃具生产厂热处理工艺和热加工工艺的限制，热处理变形也相对减少，因此，无论对冶金厂还是对刃具生产厂，都减少了生产工艺难度，降低了生产成本。
过多的钛又会对高速钢的冶金质量造成不利影响，尤其是易于导致浇注时渣铁不分，形成皮下夹杂。因此，本发明规定钛的含量为0.05-0.40(重量％)。
氮氮在本发明新型含铝低合金高速钢中与碳一起和钨、钼、铬、钒、钛等元素形成碳氮化物，也能和铝、稀土元素等非碳化物形成元素形成氮化物，起到细化高速钢的铸态组织，降低锻后一次碳化物颗粒尺寸，增加弥散碳化物数量的作用，本发明规定氮的含量≤0.10(重量％)。
本发明新型含铝低合金高速钢同时加入上述合金元素的综合作用是在降低钢中的钨、钼含量，使钢的成本与现有各类低合金高速钢相当的同时，适当提高钢的碳含量，并同时加入铝、钛、稀土、氮，通过这些元素的微合金化作用，弥补因降低钨、钼含量所损失的部份性能，使本发明新型含铝低合金高速钢的各项综合性能稳定地达到一般通用高速钢的水平，优于现有各类低合金高速钢，而其成本则与现有各类低合金高速钢相当。既克服了现有各类低合金高速钢普遍存在的使用性能差，使用寿命不稳定，对被加工金属材料适用范围窄的不足，又避免了为满足加工要求不得不选用高成本的通用高速钢的大材小用现象。为常规金属材料的切削加工提供了一种既经济，又能满足使用的新钢种。
本发明新型含铝低合金高速钢的制造方法为原材料选用高速钢返回料、生铁、铝块、稀土、钨铁、钼铁、钒铁、钛铁及含氮铬铁，采用电弧炉或感应炉冶炼，钢锭经锻造开坯轧制获得成品材。
本发明新型含铝低合金高速钢生产工艺与现有含铝低合金高速钢生产工艺基本相同，但由于本发明新型含铝低合金高速钢同时加入铝、稀土、钛、氮等元素，使得该钢在1200-1240℃之间淬火时，不会出现现有含铝低合金高速钢中普遍存在的因混晶而引起晶粒粗化的现象，故无需为细化晶粒而进行高温退火，仅需进行常规相变球化退火即可。同时由于上述合金元素的微合金化作用，使本发明新型含铝低合金高速钢的一次碳化物较细，故其锻造性能优于现有含铝低合金高速钢，因此与现有各类低合金高速钢相比，本发明新型含铝低合金高速钢的工艺难度更低，更适合于工业化规模生产。
虽然本发明新型含铝低合金高速钢与现有各类低合金高速钢相比添加了钛、稀土、氮等合金元素，但所增加合金元素的总量不足0.4％，(重量％)原材料成本增加极少。然而由于取消了高温退火使生产工艺成本降低，同时钢的综合机械性能与现有各类低合金高速钢相比又有突破性改进，因而使得本发明新型含铝低合金高速钢的价格质量比更加优异。
本发明新型含铝低合金高速钢的回火硬度可达HRC66-67，但韧性仍然较好。
与现有技术相比，本发明有如下优点1、本发明新型含铝低合金高速钢与现有一般通用高速钢相比虽然大幅度减少了钨、钼的含量，但由于合理调整碳含量，同时加入铝、钛、稀土、氮等元素，使钢的成本下降，而机械性能和使用寿命却达到和接近一般通用高速钢的水平，优于现有各类低合金高速钢，既节约了资源，降低了成本，又保证了本发明新型含铝低合金高速钢的综合性能。
2、本发明新型含铝低合金高速钢在加入铝的同时，又加入了钛、稀土、氮等元素。较园满地解决了现有含铝低合金高速钢存在的粗晶、碳化物粗大，夹杂物偏多等多种金相组织缺陷，使用该钢制作的切削刃具的使用寿命值，使用寿命值稳定性较现有各类低合金高速钢有明显提高，对被加工金属材料的适应范围更广，提高了该钢的实用价值。
3、虽然本发明新型含铝低合金高速钢较现有各类低合金高速钢添加了更多的合金元素，但所添加的合金总量不足0.4(重量％)，原材料成本的增加极少，而性能却比现有各类低合金高速钢有明显改善，同时由于这些合金元素的加入降低了钢的热处理工艺和热加工工艺难度，其总的成本与现有各类低合金高速钢相当。
4、本发明新型含铝低合金高速钢对被加工金属材料的适用范围比现有各类低合金高速钢更广，不仅能用于制作加工常规金属材料的切削刃具，而且能用于制作切削诸如GCr15之类调质合金钢的切削刃具，其切削性能达到甚至超过一般通用高速钢，这是现有各类低合金高速钢所不能达到的。
本发明附图的说明
图1为本发明新型含铝低合金高速钢钢锭半径1/2处铸态组织图片图2为现有含铝低合金高速钢钢锭半径1/2处铸态组织图片下面结合实施例对本发明作进一步描述实施例钢的化学成份如表1中编号为3#所列，表1中同时还给出了用作对比的现有通用高速钢M2(1#)，现有含铝低合金高速钢(2#)的化学成份表1
实施例钢和对比钢均用感应炉冶炼。原材料为高速钢返回料、生铁、铝块、稀土、钨铁、钼铁、钒铁、钛铁及含氮铬铁，钢锭经950℃退火，1150℃开锻，锻成64mm方坯，轧制成φ16轧材，再加工成试样进行热处理性能测试。
为验证本发明新型含铝低合金高速钢中所添加的微量元素对钢锭铸态组织的改善作用，分别对实施例钢(3#)和用作对比的现有含铝低合金高速钢(2#)取铸态组织样块，铸态组织见图1，图2。图1，图2表明在实施例钢(3#)的铸态组织中，原共晶碳化物已被众多非自发核心形核所干扰分散，而现有含铝低合金高速钢的铸态组织中则明显保持完整的骨骼状共晶碳化物。
表2给出本发明实施例钢与通用高速钢M2的热处理性能对比。
表3给出本发明实施例钢与通用高速钢M2，现有含铝低合金高速钢的淬火晶粒度对比。
表2本发明实施例钢与通用高速钢M2的热处理性能对比。
表3 本发明实施例钢与对比试验钢淬火晶粒度对比
表2、表3所列结果表明，本发明新型含铝低合金高速钢的回火硬度，二次硬化效果，红硬性，晶粒度级别等都明显优于用于对比的现有含铝低合金高速钢，与通用高速钢相当甚至更好。特别值得指出的是2#对比试验钢，即现有含铝低合金高速钢在1220℃淬火时就发生晶粒粗化，而本发明实施例钢(3#)则在1240℃尚保持较细的淬火晶粒，说明本发明新型含铝低合金高速钢中所加微量元素抑制了铝对高速钢金相组织的不利影响。
用上述1#、2#、3#试验钢的钢坯制成机用锯条进行锯切试验，试验条件规定为，每钢号随机抽取锯条6只，按部标JB2583-79<机用锯条>的技术标准进行锯切试验，锯切试样为φ100、45#钢棒材，锯切试验结果见表4用上述1#、2#、3#试验钢制作的机用锯条，根据重庆锯条厂企业标准进行锯切试验，锯切试样为φ55、GCr15棒材，试样调质硬度为HRC44-46.5，锯切试验结果见表5。
表4 本发明实施例钢与对比试验钢机用锯条锯切45#钢试验结果
表5 本发明实施例钢与对比试验钢机用锯条锯切GCr15试验结果
表4及表5的锯切试验结果证实，用本发明新型含铝低合金高速钢制作的机用锯条锯切普通碳素钢的切削寿命与现有通用高速钢(M2)及含铝低合金高速钢的切削寿命相当，但用于切削硬度较高的GCr15试样时差距则十分明显，本发明新型含铝低合金高速钢(3#)可锯切3-5片，现有含铝低合金高速钢(2#)锯切片数的分散度则明显增大，从2片到4片都有，面通用高速钢(1#)的锯切片数最高仅达到3片。以上结果表明，用本发明新型含铝低合金高速钢制成的机用锯条明显优于通用高速钢和现有含铝低合金高速钢，对被加工金属材料的适用范围更广，是一种成本低，综合性能优异的新型含铝低合金高速钢。
权利要求
1.一种低合金高速钢，其特征在于化学成份(重量％)为C0.95-1.20W1.00-9.00Mo1.00-5.00Cr3.50-4.50V1.65-2.05Al0.80-1.50 Re0.005-0.20 Ti0.05-0.40N≤0.10，余为铁及杂质。
2.如权利要求1所述，其特征在于本发明钢中的钨钼元素的含量必须满足按钨当量9≤(W+2Mo)≤11式子的要求。
全文摘要
本发明涉及一种低合金高速钢，尤其是一种将钨当量控制在9≤(W+2Mo)≤11，且同时含有铝、稀土、钛、氮元素的新型含铝低合金高速钢。它克服或改善了现有各类低合金高速钢存在的综合机械性能较差，使用寿命不稳定，对被加工金属材料的适应面窄等缺陷，其红硬性、耐磨性、高温塑性、常温韧性、使用寿命、使用寿命值分散度等均比现有各类低合金高速钢更加优异，与一般通用高速钢接近。同时，其生产成本比一般通用高速钢低，与现有各类低合金高速钢相当，是一种性能优异、成本低，实用性好的低合金高速钢。
文档编号C22C38/28GK1227879SQ98111868
公开日1999年9月8日 申请日期1998年3月4日 优先权日1998年3月4日
发明者刘荣运, 赵拓山, 张景惠, 冯仲渝, 胡庆华, 刘学东, 沈怀远, 彭超 申请人:重庆特殊钢(集团)有限责任公司