[发明专利]一种新型5Cr3MnSiMo1VBN耐冲击工具钢

说明书

【技术领域】

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】

在碳素工具钢基础上加入合金元素形成的合金钢简称合工钢。与碳素工具钢相比，合金工具钢淬透性好，热处理开裂倾向小、耐磨性与耐热性高，可以适应不同用途需要。广泛用于碳工钢性能所不能满足要求的各种工具。合工钢按用途及性能不同分为量具、刃具用钢、耐冲击工具钢、冷作模具钢、热作模具钢、无磁模具钢和塑料模具钢等。耐冲击工具钢对这类钢的性能要求是：（1）冲击韧性高。（2）疲劳性能好。（3）耐磨。中国的耐冲击工具钢有：4CrW2Si、5CrW2Si和6CrW2Si。广泛用于高冲击载荷下操作的工具，用于手动和风动凿子、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；也用于热作工具，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。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、变形的开裂的敏感性不大，且钨、钼、钒为贵重金属，冶炼过程中消耗能量较多，而加入钨、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Mg、B、Al、N和氮化物(BN、AlN和/或TiN)的耐冲击工具钢可有效提高钢的耐磨性和强度，使传统5Cr3MnSiMo1V的强度等性能提高了，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，提供一种在耐冲击工具钢5Cr3MnSiMo1V中加入低熔点的Mg、B、Al、N和氮化物BN、AlN和/或TiN的5Cr3MnSiMo1VBN合金钢，这种合金钢大幅度提高耐磨性和强度的合金工具钢。 

本发明的技术方案中：加入低熔点Mg、B、Al、N和氮化物(BN、AlN或/和TiN)的合金钢，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≤0.005％。 

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。本发明Mg适合的含量为0～0.007％。 

铝：能细化钢铸态组织、减少晶臂间距。这样通过改变碳化物的尺寸和分布能更有效地阻止奥氏体晶粒长大，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。在对韧性损失小的情况下，却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。本发明提供的技术方案中，Al适合的含量为0（～1.00％。 

硼：该组份有利于抑制钢的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。本发明的技术方案中B适合的含量为0～0.01％在奥氏体钢中添加氮化物主要是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。本发明氮化物的总量(BN、AlN和/或TiN)以N质量百分数计为0.02～0.08％。 

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。本发明N适合的含量为0～0.12％。 

C(碳)：C与Fe、Cr、Mo、V、Nb等碳化物形成元素结合而形成碳化物。由于淬火时C向基体固溶，与固溶的Cr、Mo、V、Nb等元素结合，作为碳化物析出而赋予二次硬化，所以可以确保回火时的回火硬度。 

经本发明人的大量实验、观察、分析、检测，发现并且确定了本发明的技术方案中的各种成分的含量范围。