耐磨高速钢
阅读：633发布：2020-05-12
专利汇可以提供耐磨高速钢专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种特殊性能高速 钢 ，一种 钻头 丝锥等刀具专用的特殊性能 高速钢 ，主要组成成分为C、W、Mo、Cr、V、Mn、Si、Nb、Co、P、S和Fe，各成分的 质量 百分比如下，C：0.88-0.98％；W：4.30-4.80％；Mo：2.70-3.10％；Cr：3.80-4.30％；V：1.80-2.20％；Mn：0.20-0.40％；Si：1.10-1.50％；Nb：0.08-0.16％、Co：1.20-1.80％.P：≤0.03％；S：≤0.03％；其余为Fe。本发明具有以下优点：降低贵重金属钨和钼的用量，添加了少量的铌和钴，以达到提高刀具切削性能的目的。，下面是耐磨高速钢专利的具体信息内容。
技术领域
本发明涉及一种金属合金，是一种耐磨高速工具钢，属于冶金技术领域。
背景技术
高速钢的主要合金元素钨和钼等在地球上储量有限，贵重而且稀缺，属国家战略物资。高速钢的主要用途是制造机床切削工具，怎样少用合金元素，又能使高速钢的性能达到甚至超过原来的质量指标，是我们的任务。刀具(钻头丝锥等)用量很大，每年需使用大量的高速钢。根据刀具的工作特点，对高速钢的性能有特殊要求：
①要求高速钢韧性良好。
②要求钢的耐磨性良好。
③有较高高的硬度和红硬性。
国内外制造钻头、丝锥等切削刀具的使用的钢种主要是M2(W6Mo5Cr4V2)等普通高速钢。而M2合金消耗大、热加工温区窄成材率低，成本高。大家都希望有性价比高的材料问世。
①要求高速钢韧性良好。
②要求钢的耐磨性良好。
③有较高高的硬度和红硬性。
国内外制造钻头、丝锥等切削刀具的使用的钢种主要是M2(W6Mo5Cr4V2)等普通高速钢。而M2合金消耗大、热加工温区窄成材率低，成本高。大家都希望有性价比高的材料问世。
发明内容
本发明的目的是：针对以上存在缺陷，提供一种耐磨能高速钢，通过改变配方，降低贵重金属钨和钼的用量，并在钢中加入了少量Nb、Co，达到提高刀具切削性能节约生产成本之目的。
本发明是采取以下的技术方案来实现的：特殊性能高速钢，主要组成成分为C、W、Mo、Cr、V、Mn、Si、Nb、Co、P、S和Fe，各成分的质量百分(％)比如下，C：0.88-0.98％；W：4.30-4.80％；Mo：2.70-3.10％；Cr：3.80-4.30％；V：1.80-2.20％；Mn：0.20-0.40％；Si：1.10-1.50％；Nb：0.08-0.16％、Co：1.20-1.80％.P：≤0.03％；S：≤0.03％；其余为Fe。
本发明采用了以上技术方案，具有以下优点：降低贵重金属钨和钼的用量，只加入了少量铌、钴金属，提高了钻头打孔、丝锥攻丝的综合性能。生产成本大幅度下降。
附图说明
图1为本发明实施例的退火组织图。
图2为本发明实施例的淬火晶粒度图。
图3为本发明实施例的回火组织图。
本发明是采取以下的技术方案来实现的：特殊性能高速钢，主要组成成分为C、W、Mo、Cr、V、Mn、Si、Nb、Co、P、S和Fe，各成分的质量百分(％)比如下，C：0.88-0.98％；W：4.30-4.80％；Mo：2.70-3.10％；Cr：3.80-4.30％；V：1.80-2.20％；Mn：0.20-0.40％；Si：1.10-1.50％；Nb：0.08-0.16％、Co：1.20-1.80％.P：≤0.03％；S：≤0.03％；其余为Fe。
本发明采用了以上技术方案，具有以下优点：降低贵重金属钨和钼的用量，只加入了少量铌、钴金属，提高了钻头打孔、丝锥攻丝的综合性能。生产成本大幅度下降。
附图说明
图1为本发明实施例的退火组织图。
图2为本发明实施例的淬火晶粒度图。
图3为本发明实施例的回火组织图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
一种特殊性能高速钢，主要组成成分为C、W、Mo、Cr、V、Mn、Si、Nb、Co、P、S、Co和Fe，各组分的质量百分比含量见表1：
表1 本发明钢种配比成分表(wt％)
C W Mo Cr V Mn Si Nb Co S P Fe 1 0.88 4.30 2.70 3.80 1.80 0.20 1.10 0.08 1.20 0.007 0.02 余量 2 0.89 4.40 2.80 3.85 1.90 0.25 1.11 0.08 1.30 0.007 0.03 余量 3 0.90 4.40 2.90 3.95 1.85 0.30 1.17 0.09 1.50 0.02 0.03 余量 4 0.91 4.80 3.00 3.85 1.90 0.30 1.40 0.10 1.40 0.02 0.03 余量 5 0.92 4.80 3.05 4.00 1.90 0.35 1.39 0.16 1.55 0.007 0.02 余量 6 0.93 4.60 3.95 4.00 1.95 0.30 1.40 0.11 1.65 0.005 0.02 余量 7 0.94 4.70 3.10 4.10 2.00 0.31 0.46 0.12 1.70 0.007 0.02 余量 8 0.96 4.50 2.85 4.30 2.50 0.29 0.49 0.14 1.60 0.009 0.03 余量 9 0.98 4.50 2.75 4.20 2.20 0.37 0.50 0.15 1.80 0.008 0.02 余量
本发明与M2(W6Mo5Cr4V2)相比，其特点如下：
①该钢是W、Mo系钢，其铸态共晶碳化物主要是易于分解转变的M2C，保证钢中的碳化物颗粒形状较好，避免角状及粗大颗粒碳化物产生。
②钢中W含量从通常的5.50-6.75％降到4.30-4.80％，Mo从4.50％-5.50％降到2.70-3.10％。减少了W、Mo的用量。
③钢中的V含量控制在1.80-2.20％的范围内，这样既能保证钢的耐磨性又能保证钢在制造工具时的可磨削性能良好。
④在钢中加入少量的(0.08～0.16％)Nb，细化淬火晶粒度，提高韧性。
⑤加入适量的钴，能细化晶粒，增加二次硬度和高温硬度从而提高切削性能。
⑥加入了铌和钴虽然增加了成本，但用量很少，实际成本增加不多，M15钢的成本比M2钢低。
⑦M15钢(本发明的钢号)在1190℃-1230℃较宽温度范围淬火，晶粒度8.5-9.5级，在550℃三次回火之后的硬度64-66HRC，该钢热塑性较好，这对提高钢的成材率非常有利。M15钢生产的钻头打孔数是M2的1.25倍，M15做成丝锥后硬度、韧性均比M2好，在同一材料上攻丝是M2丝锥的1.5倍。
测试结果如下：
1、退火组织和退火硬度
M15钢的退火组织为碳化物加球状珠光体组织(见图1)。其退火硬度为：207-255HB。
2、淬火组织：晶粒度、淬火硬度
该钢淬火温度范围较宽，在1190℃-1230℃淬火，晶粒度8.5-10级，在550℃三次回火之后的硬度64-66HRC，该钢淬火晶粒度、硬度及红硬性见表(2).晶粒度见图2。
3、回火组织和回火硬度
回火组织见图3，淬火试样在550℃回火三次，回火程度充分，组织为回火马氏体，回火硬度见表2
4、红硬性
试样的600℃红硬性见表2，在1190～1230℃温度淬火，540℃～560℃回火三次后，600℃红硬性在61.0HRC～63.0HRC之间
表2 试样的淬火晶粒度、淬火硬度、回火硬度、红硬性
淬火温度 (℃) 晶粒度 (#) 回火温度 (℃) 淬火硬度 (HRC) 回火硬度 (HRC) 600℃红硬性 (HRC) 1190～ 1230 10.0～ 8.5 550×3 61.5～63.0 64.0～66.0 61.0～63.0
5、碳化物相分析试验结果(见表3)
表3 M15钢碳化物的相分析试验结果表。
编号 淬火 温度℃ 回火 温度℃ 碳化物总量WT％ 1(回火组织) 1210 550 6.68％ 2(回火组织) 1230 550 6.70％
M2钢在回火状态下的相分析碳化物总量分别为8.45％、M15钢回火状态碳化物总量近6.69％，与M2钢相近。
7、刀具切削试验结果
本发明的M15钢制成的钻头切削试验结果见表5
表5 M15钢与6542钢直柄-锥柄麻花钻切削试验数据
注明：国家标准规定直柄麻花钻一等品的平均切削寿命为2.5米；优等品的平均切削寿为4米。
锥柄麻花钻一等品的平均切削寿命为2.5米；优等品的平均切削寿命为4米。
M15高速钢主要合金元素成份与M2对比如下：
都按配料中限计算M15与M2相比节约及增加合金元素如下：
根据目前铁合金价格：
70％的钨铁14.0万元/吨：2000元/点×1.575＝3150元
55％钼铁18万元/吨：3273元/点×2.10＝6873元
50％铬铁1.2万元/吨：240元/点×0.05＝12元
50％钒铁11万元/吨：2200元/点×0.025＝55元
66％铌铁21万元/吨：3182元/点×0.11＝350元
99％钴铁30万元/吨：3030元/点×1.50＝4545元
吨钢M15比M2节约纯钼21Kg，少用纯钨16.75Kg，
吨钢综合成本降低5085元。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
实施例一
一种特殊性能高速钢，主要组成成分为C、W、Mo、Cr、V、Mn、Si、Nb、Co、P、S、Co和Fe，各组分的质量百分比含量见表1：
表1 本发明钢种配比成分表(wt％)
C W Mo Cr V Mn Si Nb Co S P Fe 1 0.88 4.30 2.70 3.80 1.80 0.20 1.10 0.08 1.20 0.007 0.02 余量 2 0.89 4.40 2.80 3.85 1.90 0.25 1.11 0.08 1.30 0.007 0.03 余量 3 0.90 4.40 2.90 3.95 1.85 0.30 1.17 0.09 1.50 0.02 0.03 余量 4 0.91 4.80 3.00 3.85 1.90 0.30 1.40 0.10 1.40 0.02 0.03 余量 5 0.92 4.80 3.05 4.00 1.90 0.35 1.39 0.16 1.55 0.007 0.02 余量 6 0.93 4.60 3.95 4.00 1.95 0.30 1.40 0.11 1.65 0.005 0.02 余量 7 0.94 4.70 3.10 4.10 2.00 0.31 0.46 0.12 1.70 0.007 0.02 余量 8 0.96 4.50 2.85 4.30 2.50 0.29 0.49 0.14 1.60 0.009 0.03 余量 9 0.98 4.50 2.75 4.20 2.20 0.37 0.50 0.15 1.80 0.008 0.02 余量
本发明与M2(W6Mo5Cr4V2)相比，其特点如下：
①该钢是W、Mo系钢，其铸态共晶碳化物主要是易于分解转变的M2C，保证钢中的碳化物颗粒形状较好，避免角状及粗大颗粒碳化物产生。
②钢中W含量从通常的5.50-6.75％降到4.30-4.80％，Mo从4.50％-5.50％降到2.70-3.10％。减少了W、Mo的用量。
③钢中的V含量控制在1.80-2.20％的范围内，这样既能保证钢的耐磨性又能保证钢在制造工具时的可磨削性能良好。
④在钢中加入少量的(0.08～0.16％)Nb，细化淬火晶粒度，提高韧性。
⑤加入适量的钴，能细化晶粒，增加二次硬度和高温硬度从而提高切削性能。
⑥加入了铌和钴虽然增加了成本，但用量很少，实际成本增加不多，M15钢的成本比M2钢低。
⑦M15钢(本发明的钢号)在1190℃-1230℃较宽温度范围淬火，晶粒度8.5-9.5级，在550℃三次回火之后的硬度64-66HRC，该钢热塑性较好，这对提高钢的成材率非常有利。M15钢生产的钻头打孔数是M2的1.25倍，M15做成丝锥后硬度、韧性均比M2好，在同一材料上攻丝是M2丝锥的1.5倍。
测试结果如下：
1、退火组织和退火硬度
M15钢的退火组织为碳化物加球状珠光体组织(见图1)。其退火硬度为：207-255HB。
2、淬火组织：晶粒度、淬火硬度
该钢淬火温度范围较宽，在1190℃-1230℃淬火，晶粒度8.5-10级，在550℃三次回火之后的硬度64-66HRC，该钢淬火晶粒度、硬度及红硬性见表(2).晶粒度见图2。
3、回火组织和回火硬度
回火组织见图3，淬火试样在550℃回火三次，回火程度充分，组织为回火马氏体，回火硬度见表2
4、红硬性
试样的600℃红硬性见表2，在1190～1230℃温度淬火，540℃～560℃回火三次后，600℃红硬性在61.0HRC～63.0HRC之间
表2 试样的淬火晶粒度、淬火硬度、回火硬度、红硬性
淬火温度 (℃) 晶粒度 (#) 回火温度 (℃) 淬火硬度 (HRC) 回火硬度 (HRC) 600℃红硬性 (HRC) 1190～ 1230 10.0～ 8.5 550×3 61.5～63.0 64.0～66.0 61.0～63.0
5、碳化物相分析试验结果(见表3)
表3 M15钢碳化物的相分析试验结果表。
编号 淬火 温度℃ 回火 温度℃ 碳化物总量WT％ 1(回火组织) 1210 550 6.68％ 2(回火组织) 1230 550 6.70％
M2钢在回火状态下的相分析碳化物总量分别为8.45％、M15钢回火状态碳化物总量近6.69％，与M2钢相近。
7、刀具切削试验结果
本发明的M15钢制成的钻头切削试验结果见表5
表5 M15钢与6542钢直柄-锥柄麻花钻切削试验数据
注明：国家标准规定直柄麻花钻一等品的平均切削寿命为2.5米；优等品的平均切削寿为4米。
锥柄麻花钻一等品的平均切削寿命为2.5米；优等品的平均切削寿命为4米。
M15高速钢主要合金元素成份与M2对比如下：
都按配料中限计算M15与M2相比节约及增加合金元素如下：
根据目前铁合金价格：
70％的钨铁14.0万元/吨：2000元/点×1.575＝3150元
55％钼铁18万元/吨：3273元/点×2.10＝6873元
50％铬铁1.2万元/吨：240元/点×0.05＝12元
50％钒铁11万元/吨：2200元/点×0.025＝55元
66％铌铁21万元/吨：3182元/点×0.11＝350元
99％钴铁30万元/吨：3030元/点×1.50＝4545元
吨钢M15比M2节约纯钼21Kg，少用纯钨16.75Kg，
吨钢综合成本降低5085元。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
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