[发明专利]高速冷剪刃用合金钢

说明书

本发明属于化学冶金中的铁基合金，即国际专利分类C₂₂C_38/00。是针对高速冷剪刃用钢要求而制造的一种新的Cr₁₂型冷作工具钢。

与本发明相关的现有技术主要是提高钢的韧性、耐磨性和耐疲劳性的方法。

稀土是目前所知的提高钢的韧性和耐疲劳性的有效合金元素之一。稀土与钢中的S、P、O、H等有害杂质生成稳定的极微细的稀土化合物，因而起到了消除或减弱钢中这些有害杂质的作用。由于稀土的强烈的内吸附性，这种净化作用将优先在晶界上进行，因而效果更为明显;稀土还起变质剂的作用，显著地缩小枝晶间距，使共晶碳化物细化，并有利于析出碳化物球化和弥散均匀分布。此外，稀土还能改善钢水的流动性。

稀土元素的这种作用，早已在低碳钢板中获得了应用，以消除其各向异性;其后又被用于W和Mo含量很高的高速钢中，但在Cr₁₂型冷作工具钢中，尚未具体应用。

本发明所涉及的合金中实际碳量与理论平衡碳量的关系及其对合金的韧性及耐磨性的影响过去只见于高速钢中。对于Cr₁₂型钢来说，过去通常都是通过降低碳含量来提高钢的韧性，同时牺牲了其耐磨性，例如，Cr₁₂MoV是对Cr₁₂的改进，其中就把降低碳含量作为提高其韧性的手段之一，与此同时降低了其耐磨性。

已知专利文献JP_57-198250（A）和JP_57-210954（A）分别公布了高韧性高速钢和活塞环用钢的成份与性能。其中前者分析了在W和Mo含量很高的高速钢中，稀土对共晶碳化物的细化作用和对析出碳化物的形态、分布的影响。

有关的参考资料还有：

冯晓曾等，模具用钢和热处理，机械工业出版社，1984年7，P_297-304。

陈佩芳：稀土金属在钢中的作用，金属学报1978，6。

高瑞珍：稀土元素对钢的凝固特性及结晶组织的影响，稀土，1985，3，P₇。

章守华：合金钢，冶金工业出版社，1981，P₁₇₂。

邱巨峰：稀土在晶界存在的形式及对晶界状态的影响，稀土，1983，4，P₅₈。

高速冷剪刃是我国钢管业近年从国外引进的纵剪机组所使用的剪刃，其特点是剪速高，可达100米/分左右，约为原国产机组剪速的3-4倍;剪刃薄，厚度在12-15mm之间，约为国产剪刃厚度的1/2。因此，此种剪刃用钢必须具有更高的抗冲击，磨损和疲劳性能。我国的目前的剪刃材质，包括低速剪切性能较优的₅CrW₂Si，₆CrW₂Si和Cr₁₂MoVo等，均不适合这种剪刃材质的要求。其主要原因是韧性不足而过早严重崩刃，同时本身的耐磨性也不能满足高速剪刃的长寿命要求。

本发明的目的是提供一种新的抗冲击，耐磨损和寿命长的高速剪刃用合金钢，该合金也可用作长寿命普通冷剪刃和其它冷剪工具。

本发明的具体内容包括两个方面，即制造高速冷剪刃的合金钢的配方和相应的热加工工艺。

本发明的合金成份如下（按Wt%计）：

1.4-2.2%C;8-13%Cr;0.8-4%V;0.6-3%Mo;0.3-3%Ni;0.2-0.6%Cu;0.005-0.4%混合稀土;冶炼脱氧后，Al，Mn，Si的残量≤0.8%;其余为Fe。

其中混合稀土的成份为：

7-10%Nd;16-25%Pr;30-35%Ce;其余为La。

此种成份的合金，主要是针对我国Cr₁₂MoV钢中实际碳量C_实与理论平衡碳量C_平之比，即C_实/C_平值过高;有害杂质控制不严;共晶碳化物呈粗大的尖角状以及高耐磨型碳化物数量不足等不利于高速剪切性能的因素而提出的。

与Cr₁₂MoV相比，此合金的成份设计具有如下的特点。

采用低的C_实/C_平值适当的降低了合金的淬火硬度;应用混合稀土消除钢中有害杂质，改善共晶碳化物和析出碳化物的形态与分布;以及利用Ni和Cu的固溶效果等手段提高合金的韧性和耐疲劳性。