[发明专利]一种新型9SiCrAlBN合金工具钢

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种合金工具钢，具体讲涉及一种加Al、B、N和氮化物及Na、Mg的合金钢。

【背景技术】

在碳素工具钢的基础上加入合金元素而形成的合金钢，简称工具钢。常用的中国牌号的量具钢有9SiCr、8MnSi、Cr2和9Cr2等。与碳素工具钢比，合金工具钢淬透性好，热处理开裂倾向性好、耐磨性与耐热性高，可以适应不同用途需要。广泛用于碳工具钢性能不能满足要求的各种工具。例如板牙、丝锥、钻头、铰刀、齿轮铣刀、切削工具、冷轧辊、钢印、冲孔凿等。这种钢具有淬火温度低，变形小等特点，但由于钢加合金含量小，同冷作模具钢Cr12、Cr12Mo1V1比，其耐磨性、强度差距较大，且铬、钨、钒为贵重金属，冶炼过程中消耗能量较多，且加入铬、钼、钒使钢的淬火温度提高，不适合环保，不是节能性产品，这些金属又为稀缺性战略资源。

本发明人经长期大量研究发现，加入低熔点的Al、Na、Mg和氮，合成金属陶瓷类(BN、AlN和TiN)可有效提高钢的耐磨性和强度，使9SiCr的强度等性能提高了，达到甚至超过Cr12、Cr12Mo1V1，使用范围更加广泛，更经济、环保、节约资源。

【发明内容】

本发明的目的是，提供一种在合金工具钢9SiCr中加入Na、Mg、Al、N及氮化物类(BN、AlN、TiN等)大幅度提高耐磨性和强度的合金工具钢，代替冷作模具钢Cr12、Cr12Mo1V1。本发明的技术方案中：加入低熔点Na、Ma、B、Al，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O≤0.003％。

钠：本发明人经长期试验、研究发现钠细化晶粒的同时，可在低熔点下在钢中形成Na2S，使其单质S有效固溶成高熔点Na2S，从而改变S在钢中的性能和形态尺寸。

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。

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。

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。

氮化物主要添加在奥氏体钢中以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。

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。

9SiCr合金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冷作模具钢Cr12、Cr12Mo1V1。对1～3吨中频冶炼后，经二次冶炼加入Na、Mg、Al、B、N和金属陶瓷类(BN、AlN、TiN等)后，经锻造、退火、淬火和回火处理，使用寿命比传统9SiCr合金提高5倍以上，硬度超过Cr12、Cr12Mo1V1。

本发明的目的是提供一种改进的9SiCrAlBN合金工具钢，另有说明除外，本申请中所述量为重量份计。

本发明提供的改进的9SiCrAlBN合金工具钢，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。