[发明专利]一种合金工具钢及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工具钢，特别是一种合金工具钢及其生产方法。

背景技术

合金工具钢，是在碳素工具钢基础上加入铬、钼、钨、钒等合金元素以提高淬透性、韧性、耐磨性和耐热性的一类钢种。它主要用于制造量具、刃具、耐冲击工具和冷、热模具及一些特殊用途的工具。当合金工具钢中的碳含量为中等时，即碳的质量分数为0.35％-0.70％时，该合金工具钢的韧性良好，但硬度稍低，为HRC50-55，多用于制造热作模具，应用范围较窄，如若提高合金工具钢的硬度，则其韧性降低，综合性能不佳。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明的第一目的是提供一种合金工具钢，具有良好硬度的同时具有优良的韧性与延展性，且适用范围更广。

为了实现上述目的，本发明所设计的一种合金工具钢，该钢具有以下的化学成分及质量百分比：

C0.5％，Si0.2％，Mn0.5％，Cr5.0％，Mo2.3％，V0.5％，S≤0.003％，P≤0.02％，Fe余量。

其中，C是提高钢的硬度和强度最为有效的元素，固溶强化作用显著，是保证工具钢硬度必不可少的元素。C是形成铬碳化物等各种碳化物的不可缺少的基本元素，C含量过高会造成钢中碳化物数量的增多及偏聚，降低韧性及耐腐蚀性能，C含量过低不能满足工具钢的高硬度要求。本发明控制C含量在0.5％。

钢中含有少量的Si有较好的脱氧作用，但Si含量过高则降低钢的焊接和切削加工性能。本发明控制Si含量在0.2％。

钢中Mn含量过高，有导致晶粒粗化的现象，同时增加钢的回火脆性。本发明控制Mn含量在0.5％。

Cr是具有钝化倾向的元素，Cr可以提高淬透性，同时提高回火稳定性，其碳化物具有极高硬度，可使钢的硬度、耐磨性提高。本发明控制Cr含量在5％。

Mo可以增强钢的淬透性与回火稳定性，还可以细化晶粒，减少回火脆性并提高热硬性。本发明控制Mo含量在2.3％。

V可以增强钢的抗磨损能力和延展性。本发明控制V含量在0.5％。

P元素在钢中易在晶界处偏聚，导致钢的脆性增加，故钢中的P含量应尽可能低，本发明控制P≤0.02％。

S元素在钢中以硫化物的形式存在，降低钢的横向延展及韧性性能，故钢中的S含量应尽可能低，本发明控制S≤0.003％。

本发明的另一目的是提供一种上述合金工具钢的生产方法，包括以下步骤：(1)、按照上述工具钢的化学成分及质量百分比进行配料，然后在真空感应炉熔炼浇注成电极棒；

(2)、将上述熔炼浇注所制电极棒作为电渣重熔过程中的自耗电极，控制凝固最终形成高品质的均匀钢锭；

(3)、重熔后的钢锭被轧制或锻压成块料或棒料；

(4)、对块料或棒料进行热处理得到工具钢；

其中热处理过程包括依次进行的软化退火、去应力退火、淬火以及至少二次回火。

所述软化退火的工艺流程为：在保护状态下，加热至850℃均温后，于炉中每小时10℃的速度冷却至600℃，再置于空气中冷却。

所述去应力退火的工艺流程为：在炉中加热到650℃，保温2小时后，冷却至500℃，然后再置于空气中冷却。

所述淬火工艺中的预热温度为600-650℃和850-900℃，奥氏体化温度为1000-1025℃，采用油冷却或者空气冷却或者盐浴冷却，保温时间为30分钟。

所述回火过程中的回火温度为525-600℃，每次回火的时间为至少2小时。

本发明得到的一种合金工具钢及其生产方法，其技术效果是：该合金工具钢的硬度为HRC56-58，与现有的合金工具钢相比，有较高的硬度，优良的韧性、延展性、耐磨性、淬透性以及热处理尺寸稳定性，不但可以用于生产热作模具，也可以用于生产冷作模具与工程钢，应用范围更广。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

本发明提供的一种合金工具钢，该钢具有以下的化学成分及质量百分比：

C0.5％，Si0.2％，Mn0.5％，Cr5.0％，Mo2.3％，V0.5％，S≤0.003％，P≤0.02％，Fe余量。

该合金工具钢的生产方法如下：

(1)、按照上述工具钢的化学成分及质量百分比进行配料，然后在真空感应炉熔炼浇注成电极棒；

(2)、将上述熔炼浇注所制电极棒作为电渣重熔过程中的自耗电极，控制凝固最终形成高品质的均匀钢锭；

(3)、重熔后的钢锭被轧制或锻压成块料或棒料；