[发明专利]一种高韧性高红硬性高速工具钢

说明书

技术领域

本发明涉及一种工具钢，尤其是一种高韧性高红硬性高速工具钢。 

背景技术

高速工具钢是高碳高合金钢，具有很高的性能，在热处理之后其硬度可高达63～70HRc，是特殊钢中硬度最高的钢种。该钢种不仅硬度很高，并有良好的耐热性、耐磨性和韧性等性能，因此成为重要的刀具材料。高速钢刀具的销售额约占全部刀具销售总额的45％左右，对制造业的发展起着重要的作用。除了用做刀具之外，高速钢还被用于制造高档模具、高温轴承、轧辊等，一些对于硬度要求很高、特别耐磨的机械零件也非高速钢莫属，例如柴油机油泵油嘴偶件中的针阀、空调机中的模块等。在特殊钢领域中，高速钢占有独特的地位。高速钢的主要合金元素有钨、钼、铬、钴和钒等，其中的钨、钼、钴和钒在地球上的储量有限，都属于贵重稀缺元素，因此高速钢的成本比较高。 

高速钢属于高碳高合金莱氏体钢，高的碳化物含量是构成高速工具钢特性的基础。钢中碳化物类型、数量、形态、尺寸大小及分布状况等，决定高速工具钢的使用性能和工艺性能。钢中大量碳化物，给钢的冶、锻扎、热处理等加工带来较多的困难。必须采取多种工艺来改善其工艺性能。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种生产成本低、成材率的高韧性高红硬性高速工具钢。 

本发明的高韧性高红硬性高速工具钢，其化学成份按重量百分比计为：C 1.2-1.4%，Si 0.2-0.6%，Cr 4.5-5.5%，Mo 3.5-4.0%，V 0.8-1.5%，W 1.5-4.5%，Mn 0.2-0.8%，Zr 0.08-1.0%，Al 0.1-0.7%，N 0.02-0.1，Re 0.15-1.5%，S＜0.015，P＜0.03，余量为Fe和微量杂质元素。 

所述Re的组份按重量百分比计为: Y 50-99.9% 、La 0-50% 、Ce 0-50% 、Gd 0-50% ，通过稀土加入可以改善高速工具钢莱氏体组织的结构和形态，改善热加工性能和成材率。 

本发明的高韧性高红硬性高速工具钢，采用通常高速工具钢常规生产工艺生产，即通过：中频+炉外精炼+电渣重熔→电渣锭→快锻、精锻→方坯或棒坯→轧机成材→退火→精整→生产各种规格的锻扎材。 

本发明的高韧性高红硬性高速工具钢具有以下优点： 

1、从成本上看，相对于M2高速钢减少了贵合金元素Mo、W、V的加入量，相对于M42没有添加贵金属元素Co，能大幅度降低生产成本。

2、把钇基稀土作为主要微合金化元素进行添加，其主要目的在于改变莱氏体组织结构和形态，改善热加工性能和成材率，本发明中C含量设定在1.2-1.4%高于M2和M42，能保证有足够多的碳化物数量，通过稀土的作用，不会影响其加工性能和降低成材率，此外添加钇基稀土还有增强抗氧化能力，减缓高速工具钢刀具在工作过程中的氧化和脱碳造成的失效，提高高速工具钢的红硬性；本技术方案中稀土的用途区别于CN1557985A中“通过添加Y、Ce细化晶粒、减少了钢液中的O、S有害元素与改善夹杂物形态及凝固组织”，以及CN102242316A中所述“H13钢中加入稀土元素钇的主要目的是起脱氧、脱硫和改善凝固组织的作用”。 

3、添加Al和N主要目的为，Al在钢中以ALN形式存在时，由于其熔点高、质点细小弥散，能细化晶粒；其次ALN的存在还可以抑制高温下晶粒长大，改善钢的热塑性，提高钢的锻轧性能；最后，Al的加入有利于后续氮化处理工艺。 

4、添加Zr能抑制As、Pb、Sn等低熔点金属元素的有害作用，这些元素在现有精炼手段下很难得到有效的清除；加入Zr后能和杂质元素形成熔点大于2000℃高熔点化合物Zr_xPb_y、Zr₅Sn₃等，可以提高高速工具钢的红硬性。 

具体实施方式

本发明实施例高速工具钢成分表1（余量为Fe和微量杂质元素未特别标明），其制造工艺为：中频+炉外精炼+电渣重熔→电渣锭→快锻、精锻→方坯或棒坯→轧机成材→退火→精整→生产各种规格的锻扎材。 

表1高速工具钢成分表 

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对上述实施例取样进行热处理后（淬火+回火），检测其室温下硬度和冲击韧性， 

以及600℃时硬度，结果如表2。

表2高速工具钢性能