[发明专利]低钴超硬高速工具钢

说明书

本发明涉及到高速工具钢中的超硬高速工具钢。

高速工具钢主要用于制造各种切削刀具、模具和耐磨机械零部件，根据其制成刀具热处理后的硬度和使用条件的不同，又分为通用高速工具钢和超硬高速工具钢两大类。一般来讲，淬回火硬度在HRC66以下的用于一般机械加工的高速工具钢，称为通用高速工具钢，而淬回火硬度在HRC66以上的用于难切削材料加工或精密加工的高速工具称为超硬高速工具钢。所谓超硬高速工具钢，实际上就是硬度较高、红硬性较好、耐磨、耐腐蚀的高速工具钢。目前，常用超硬高速工具钢主要有二种，一种是采用熔炼法生产的含钴超硬高速工具钢，这类超硬高速工具钢钴含量较高，一般都在5％(重量％)上，高硬度主要来源于成份，因此称它为钴高速工具钢，在这类超硬高速工具钢中，目前最常用的牌号是W2Mo9Cr4VCo8(简称M42)；另一种采用特殊方法，如粉末冶金法、颗粒冶金法等生产制造的，这类超硬高速工具钢，根据牌号不同，可含钴或不含钴，其高硬度主要来源于生产制造工艺带来的好的金相组织结构。前一类超硬高速工具钢中由于含有较高的钴，而钴又是战略资源、价格较高，因此成本也就较高。而后一类超硬高速工具钢由于采用了特殊的生产制造工艺，使得生产成本增加。因此，钢材的成本也就较高。随着机械加工业的飞速发展，对超硬高速工具钢的要求日益增加。因此，材料工作者们都在寻求生产制造工艺较为简便，原材料价格又较为便宜的超硬高速工具钢。

本发明提出一种名义牌号为W10Mo4Co3的低钴超硬高速工具钢，其钴含量为3.0％(重量％)，不需要采用特殊的生产制造工艺，而采用普通的熔炼—电渣重熔—锻造—轧制或熔炼—锻造—轧制的工艺，当生产大规格材或者是在锻压比足够的情况下，也可以直接锻造成材，并可根据需要拉拔成丝材。本发明所述的W10Mo4Co3超硬高速工具钢的具体化学成份(重量％)为：

C 0.80-1.40，Si 0.20-0.60，Mn 0.10-0.60，P≤0.03，S≤0.03，Cr 3.60-4.60，V 1.00-1.60，W 8.00-12.00，Mo 4.00-6.00，Co2.50-3.50，余为Fe。

高速工具钢要达到超硬水平，必须增加奥氏体中的碳含量及合金度，使其在随后回火时，弥散析出二次碳化物，从而获得高硬度。碳化物类型、大小、形态及分布等直接影响到高速工具钢的硬度、韧性、红硬性等一系列性能。为获得高硬度，本发明所述超硬高速工具钢在通用高速工具钢的基础上，进一步提高W含量，并相应提高C含量至平衡，保证回火过程有充足的二次碳化物析出。在含钴超硬高速工具钢中最常用的是W2Mo9Cr4VCo8(简称M42)钢，通过研究发现，M42钢材中易产生微裂纹的原因主要是Mo含量较高，其铸态碳化物M₂C难于分解，而残留在钢中，这些碳化物尺寸大，形状不规则，易产生微裂纹，从而使钢的韧性和塑性降低。本发明采用W-Mo系钢代替Mo系钢，且W含量不低于Mo含量，这样的W、Mo配比，使铸态共晶碳化物(主要是M₂C)在热处理过程中容易分解，从而碳化物颗粒较细，钢的综合性能较好。另外为降低成本，在保证超硬高速工具钢性能的前提下，降低钴含量，由于钴含量的降低，而造成超硬高速工具钢性能下降部分，则由上述成份的调整予以补充，使其在总体上保证了目前常用含钴超硬高速工具钢W2Mo9Cr4VCo8(简称M42)的性能指标，使本发明所述低钴超硬高速工具钢的各项性能指标达到或超过了国家标准GB9943-88中对M42的要求，特别适用于取代M42用于难切削材料加工和精密加工。

本发明所述低钴超硬高速工具钢采用普通钢材生产方法，即采用电弧炉或感应炉熔炼，浇注成锭，然后锻造成材或锻造开坯，再轧制成材，也可在锻造前，增加一道电渣重熔工艺，使钢锭质量提高、材质得到净化，组织得到改善，电渣重熔后锻造成材或锻造开坯后，再轧制成材。还可根据需要，在锻造、轧制或后续的拉拔加工中，使其成形为所需的棒材、板材、异形直条材、块状材或丝材。钢的锻轧温度为1050℃-1200℃，终锻终轧温度大于900℃，成品钢材的退火温度为800℃-900℃，淬火温度为1150℃-1250℃，回火温度为500℃-600℃。