[发明专利]一种易切削高硬度奥氏体无磁模具钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料及其制造方法，尤其是涉及一种易切削高硬度奥氏体无磁模具钢及其制造方法。

背景技术

易切削钢是在钢中加入一种或几种元素，利用其本身或其他元素形成对切削加工有利的夹杂物来改善钢材的切削性。易切削钢有较好的切削加工性能和较好的表面光洁度，能降低产品的制造成本。如加工Y40Mn易切削钢比加工45#钢零件的切削效率提高50％，刀具寿命延长4倍；20易切削钢不但比20#钢切削性能好，而加工后的产品表面光洁度更高。

随着机械制造工业和汽车工业的发展，易切削钢的使用量不断增加。在日本、美国等工业国家已形成易切削钢的标准化系列产品。日本JIS标准中，有23种(结构钢14种、不锈钢9种)；美国AISI标准中有31种(低碳钢18种，不锈钢9种，其他4种)。除易切削碳钢、易切削渗碳钢、易切削调质钢、易切削不锈钢外，各国正不断将易切削钢扩展到其他钢种，如模具钢、高锰钢、耐热钢和高工钢等。

国内易切削钢主要采用电弧炉+二次精炼+连铸工艺进行生产，该工艺成熟，产品质量可靠，已经逐渐取代了电弧炉+模铸的生产方式。这种工艺适应于批量生产，如汽车用钢等。

钢的易切削性能的改善主要靠加入一种或几种特征元素，如S、Pb、Ca、Se、Sn、Bi、Cu等，这些元素在钢中形成对切削加工有利的夹杂物或金属间化合物弥散分布在钢的基体中，破坏基体的连续性，降低其抗切强度，使切屑断成小而卷曲的碎片，从而减少切屑与刀具接触摩擦的面积。当然夹杂物过多，S、P、Pb等元素的过多加入，会在钢中形成严重的偏析，影响材料的质量和机械性能。

为适应环保的要求，国外一些钢铁企业正不断努力，开发新型的易切削钢。如日本神户公司对以Bi代Pb的易切削钢进行了系统的研究，发现加入原Pb含量的一半的Bi，含Bi的易切削钢在切屑去除性及材料可锻造性方面均优于含Pb的易切削钢。

常用的无磁模具钢，由于Mn含量较高，具有明显的冷作硬化现象，造成机加工性能下降，使用厂家普遍感到较难加工，加工周期长，成本高，影响模具交货期。虽然有资料介绍各国正不断向易切削钢扩展到其他钢类，如模具钢、高锰钢、耐热钢等，但未见有资料介绍。

钢的易切削性能是一种综合性能，一般是用刀具寿命、切削抗力大小、加工表面光洁度和排屑难易程度四个既独立又互相联系的因素综合加以衡量。要在所有切削条件下同时改善上述性能是困难的，因为它们之间有时总是互相影响的。在实际生产中，常在相同切削条件下进行对比试验，对产品的加工量、切屑进行比较来判断。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能达到原有材料的机械和显微组织，同时改善其机加工性能的易切削高硬度奥氏体无磁模具钢及其制造方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

高锰无磁钢是一种单相奥氏体组织，其强度和硬度较低而韧塑性较高。切削时与刀具接触处先被挤压变形，然后切屑被撕裂脱落。这样既多费切削能力也增加了表面的粗糙度；同时切屑也易于粘着刀具表面，形成刀瘤。一般采用固溶处理或冷变形方法来增加其强度降低韧塑性，但效果不明显。

在无磁模具钢中加入Se、Sn和Cu的最佳配比。这些工作在国内外的报道中还未见到，尤其是在高锰无磁模具钢中，既要保证原有材料的性能，又要改善其切削加工性能。

一种易切削高硬度奥氏体无磁模具钢，该模具钢由以下重量百分含量的化学元素组成：C0.45～0.60％、Si0.30～0.60％、Mn12.50～16.00％、Cr4.00～6.00％、V1.50～2.50％、易切削元素0.30～0.55％，余量为Fe。

所述的易切削元素为Se、Sn、Cu的组合。

所述的易切削高硬度奥氏体无磁模具钢具有以下力学性能：使用硬度≥HRC40，机加工时的刀具磨损量小于未加易切削元素的同类钢的30％以上，相对磁导率≤1.050。

一种易切削高硬度奥氏体无磁模具钢的制造方法，该方法包括以下步骤：

(1)按模具钢的配比，将炉料在非真空感应炉中按工艺要求进行熔炼，熔炼的温度范围为1400℃～1450℃；

(2)经步骤(1)处理后进行电渣重熔精炼，并在850℃～1180℃的温度下热加工成型，得到成型钢；

(3)成型钢再经热处理加工工序处理，得到易切削高硬度奥氏体无磁模具钢。

步骤(1)所述的炉料包括纯铁、锰铁、铬铁、钒铁和含易切削元素的金属。

步骤(2)所述的热加工包括锻造和轧制加工。