專利名稱：一種新型9SiCrAlBN合金工具鋼的制作方法
一種新型9S i CrAIBN合金工具鋼技術領域：
本發明涉及一種合金工具鋼，具體講涉及一種加Al、B、N和氮化物及Na、Mg的合金鋼。背景技術：
在碳素工具鋼的基礎上加入合金元素而形成的合金鋼，簡稱工具鋼。常用的中國牌號的量具鋼有9SiCr、8MnSi、Cr2和9Cr2等。與碳素工具鋼比，合金工具鋼淬透性好，熱處理開裂傾向性好、耐磨性與耐熱性高，可以適應不同用途需要。廣泛用于碳工具鋼性能不能滿足要求的各種工具。例如板牙、絲錐、鉆頭、鉸刀、齒輪銑刀、切削工具、冷軋輥、鋼印、 沖孔鑿等。這種鋼具有淬火溫度低，變形小等特點，但由于鋼加合金含量小，同冷作模具鋼 Crl2、Crl2MolVl比，其耐磨性、強度差距較大，且鉻、鎢、釩為貴重金屬，冶煉過程中消耗能量較多，且加入鉻、鑰、釩使鋼的淬火溫度提高，不適合環保，不是節能性產品，這些金屬又為稀缺性戰略資源。
本發明人經長期大量研究發現，加入低熔點的Al、Na、Mg和氮，合成金屬陶瓷類 (BN、AlN和TiN)可有效提高鋼的耐磨性和強度，使9SiCr的強度等性能提高了，達到甚至超過Crl2、Crl2MolVl，使用范圍更加廣泛，更經濟、環保、節約資源。
發明內容
本發明的目的是，提供一種在合金工具鋼9SiCr中加入Na、Mg、Al、N及氮化物類(BN、AIN、TiN等)大幅度提高耐磨性和強度的合金工具鋼，代替冷作模具鋼Crl2、 Crl2MolVl。本發明的技術方案中加入低熔點Na、Ma、B、Al，但不含這些化合物的氧化物雜質，不但S < O. 008%和PS O. 03%，而且氧化物總量OS O. 003%。
鈉本發明人經長期試驗、研究發現鈉細化晶粒的同時，可在低熔點下在鋼中形成 Na2S，使其單質S有效固溶成高熔點Na2S，從而改變S在鋼中的性能和形態尺寸。
鎂在提高鋼的抗氧化性的同時，低熔點金屬Mg使其在退火鍛打加熱過程中，析出的Mg金屬與基體共格的有害低熔點Sn、Pb、As、Sb、Bi等元素形成的二元合金成為較高熔點的金屬間化合物，同時改變低熔點元素的尺寸和形式。
鋁能細化鋼鑄態組織、減少小技晶臂間距。通過改變碳化物的尺寸和分布更有效地阻止奧氏體晶粒長大，可以促進殘余奧氏體向馬氏體轉變、提高回火硬度，降低回火溫度。在韌性損失小的情況下，提高了鋼材的抗彎強度和耐磨性。同時具有良好的抗氧化性倉泛。
硼有利于抑制鋼的r-a相變，顯著抑制珠光體的形成，提高貝氏體的含量，在細化貝氏體的亞結構的同時，提高了強度并保持良好的低溫韌性。鋼中加入適量的硼，可增加鋼在高溫下的持久壽命，及提高鋼的綜合性能和淬透性。
氮化物主要添加在奧氏體鋼中以提高其強度和耐蝕性，而在低合金高強度鋼中， 氮也被作為微合金化元素，通過形成微合金化碳，氮化物起到強化作用。
鋼中的氮化物比碳化物具有更高的穩定性，析出相中彌散的細小M(C. N)型氮化物強化效果明顯提高。回火后形成彌散的碳氮化物析出相促進二次硬化，到一定數量時甚至具有三次硬化的功能。
氮以間隙溶質原子的形式存在于基體中，具有細化晶粒、產生固溶強化和縮短二次枝晶臂間距、降低晶內偏析、改善夾雜物分布，提高鋼的機械強度、改善沖擊韌性和耐磨性的功能。固溶態氮，可降低奧氏體中的密排不完全位錯，限制含間隙雜質原子團的位錯運動，強化效應比碳強。固溶氮與碳、鎳的作用相似，能擴大r相互并使奧氏體穩定化。固溶氮可提高材料的淬透性，在同樣的淬火工藝下淬硬層更深，同時使芯部組織得到一定程度的改善。氮原子在殘余奧氏體中存在短程有序，不需要長距離擴散，易于首先析出(FeCr)2N; 可降低回火溫度。
9SiCr合金工具鋼材存在著合金元素少,耐磨性強度差的缺點,且使用壽命大大低于冷作模具鋼Crl2、Crl2MolVl。對I 3噸中頻冶煉后，經二次冶煉加入Na、Mg、Al、B、N 和金屬陶瓷類(BN、AlN、TiN等)后，經鍛造、退火、淬火和回火處理，使用壽命比傳統9SiCr 合金提高5倍以上，硬度超過Crl2、Crl2MolVl。
本發明的目的是提供一種改進的9SiCrAlBN合金工具鋼，另有說明除外，本申請中所述量為重量份計。
本發明提供的改進的9SiCrAlBN合金工具鋼，既保持了冷作模具鋼的機械性能， 又大大降低了淬火溫度，節省了大量能源。
本發明提供的9SiCrAlBN合金工具鋼，所述工具鋼含C、Si、Mn、Cr、Al、B、Na、Mg、N 和氮化物，其改進之處在于，按質量份計，C :0. 8 I. O ；Si 0. 3 I. 8 ；Mn 0. 3 I. 8 ;Cr :0.6 I. 4 ；A1 0. 8 I. 8 ；Na 0 0· 006 ；Mg 0 0· 003 ；B 0 0· 10 ；N 0. 01 0. 10 ; 氮化物0. I 0. 08 ;余量為Fe以及不可避免的雜質。
本發明提供的優選的9SiCrAlBN合金工具鋼中，含C 0. 9 ；Si 1. 4 ；Mn 0. 4 ；Cr 1.I ；Na 0. 005 ；Mg 0. 002 ；A1 1. 0 ；B 0. 06 ；N 0. 05 及氮化物 0. 03。
本申請提供的第二優選的9SiCrAlBN合金工具鋼中，其中，含C:0. 85 0. 95 ;Si I. 2 I. 6 ；Mn 0. 3 O. 6 ；Cr 0. 6 I. 4 ；Na 0. 003 0· 006 ；Mg 0. 001 O. 003 ；A1 0· 8 I. 2 ;B 0. 03 0· 08 ；Ν 0. 02 O. 10 及氮化物 O. 02 O. 07。
本申請提供的第三優選的9SiCrAlBN合金工具鋼中，其中，含C:0. 85 O. 95 ;Si I. O I. 8 ；Mn 0. 3 I. 2 ；Cr 0. 6 I. 4 ；Na 0. 003 0· 006 ；Mg 0. 001 O. 003 ；A1 0· 8 I. 2 ;B 0. 03 0· 08 ；Ν 0. 01 O. 10 及氮化物 O. 06 O. 08。
本申請提供的第四優選的9SiCrAlBN合金工具鋼中，其中，含C:0. 85 O. 95 ;Si I. 2 I. 6 ；Mn 0. 3 O. 6 ；Cr 0. 6 I. 4 ;A1 :1. 2 I. 6 ;B 0. 03 0. 08 ；N 0. 01 0. 08 及氮化物O. 01 O. 06。
本申請提供的第五優選的9SiCrAlBN合金工具鋼中，其中，含C:0. 85 O. 95 ;Si I. 2 I. 6 ；Mn 0. 3 O. 6 ；Cr 0. 6 I. 4 ；Mg 0. 001 0· 003 ；A1 0. 8 I. 2 ;Β 0. 03 0.08 ；Ν 0. 01 O. 08 及氮化物 O. 02 O. 06。
本申請提供的第六優選的9SiCrAlBN合金工具鋼中，其中，含C:0. 85 O. 95 ;Si 1.2 I. 6 ；Mn 0. 3 O. 6 ；Cr 0. 6 I. 4 ；Na 0. 003 0· 006 ；A1 0. 8 I. 2 ;Β 0. 03 O.08 ；Ν 0. 01 O. 08 及氮化物 O. 02 O. 05。
本申請提供的第七優選的9SiCrAlBN合金工具鋼中，其中，含C:0. 85 O. 95 ;Si I. 2 I. 6 ；Mn 0. 8 I. 4 ；Ct 0. 6 I. 4 ；Na 0. 003 0· 006 ；Mg 0. 001 O. 003 ；A1 0· 8 I. 2 ;B 0. 03 0· 08 ；Ν 0. 01 O. 08 及氮化物 O. 01 O. 05。
本申請提供的第八優選的9SiCrAlBN合金工具鋼中，其中，含C:0. 85 O. 95 ;Si I. 2 I. 6 ；Μη :0· 8 I. 4 ；Cr :0· 6 I. 4 ;Α1 :1· 2 I. 8 ；Ν 0. 01 O. 08 及氮化物 O. 02 0.06。
本申請提供的第九優選的9SiCrAlBN合金工具鋼中，其中，含C:0. 85 O. 95 ;Si 1.2 I. 6 ；Μη :0· 8 I. 4 ；Ct :0· 6 I. 4 ；Α1 :1· 2 I. 8 ；Ν 0. 01 O. 10 及氮化物 O. 02 O. 08。
本申請提供的第十優選的9SiCrAlBN合金工具鋼中，其中，含C:0. 85 O. 95 ;Si O. 4 I. 2 ；Μη :0· 8 I. 4 ；Cr :0· 6 I. 4 ;Α1 :1· 2 I. 8 ；Ν 0. 01 O. 06 及氮化物 O. 02 O. 04。

圖I為熱處理工藝圖。具體實施方式

實施例I
本發明提供的9SiCrAlBN合金工具鋼中，按重量百分比計包括
碳C_0.80， 硅 Si_0.40， 錳 Μη_0·50， 鉻 Cr_0.70，
鋁Α1_0· 90， 硼 Β_0· 01， 鈉 Na_0. 01， 鎂 Mg_0. 001，
氮N_0. 03， 氮化物_0. 02，余量為Fe以及不可避免的雜質。
上述新型9SiCrAlBN合金工具鋼熱處理工藝的步驟如下
(I)、預加熱將全部原料預加熱溫度為560°C 600°C，預加熱時間為60分鐘；
(2)、淬火加熱淬火加熱溫度為920°C 980°C，采用油冷卻或者空氣冷卻或者鹽浴冷卻，淬火時間為20 30分鐘；
⑶、回火回火溫度為180°C 220°C，然后空氣冷卻至室溫。
實施例2
本發明提供的9SiCrAlBN合金工具鋼中，按重量百分比計包括
碳C_0. 80， 硅 Si_0. 30， 錳 Μη_0· 90， 鉻 Cr_l. 30，
鋁Α1_1·80，鈉 Na_0.04， 氮 Ν_0·09， 氮化物 _0.06，
余量為Fe以及不可避免的雜質。
上述新型9SiCrAlBN合金工具鋼熱處理工藝的步驟如下
(I)、第一次預加熱將全部原料預加熱溫度為560°C 600°C，預加熱時間為60分鐘；
(2)、第二次預加熱第一次預加熱后，進行第二次預加熱，然后進行淬火，第二次預加熱溫度750V 800°C，第二次預加熱時間為40 50分鐘。
(3)、淬火加熱淬火加熱溫度為920°C 980°C，采用油冷卻或者空氣冷卻或者鹽浴冷卻，淬火時間為20 30分鐘；
(4)、第一次回火回火溫度為180°C 220°C，然后空氣冷卻至室溫。
(5)、第二次回火第一次回火空氣冷卻后再進行第二次回火，第二次回火溫度 180°C 220°C，然后空氣冷卻至室溫。
實施例3
本發明提供的9SiCrAlBN合金工具鋼中，按重量百分比計包括
碳C_0. 90， 硅 Si_0. 50， 錳 Μη_1· 20， 鉻 Cr_l. 00，
鋁Α1_1· 10，硼 Β_0· 09， 鈉 Na_0. 02， 鎂 Mg_0. 003，
氮N_0.03， 氮化物_0. 01，余量為Fe以及不可避免的雜質。
上述新型9SiCrAlBN合金工具鋼熱處理工藝的步驟如下
(I)、第一次預加熱將全部原料預加熱溫度為560°C 600°C，預加熱時間為60分鐘；
(2)、第二次預加熱第一次預加熱后，進行第二次預加熱，然后進行淬火，第二次預加熱溫度750V 800°C，第二次預加熱時間為40 50分鐘。
(3)、淬火加熱淬火加熱溫度為920°C 980°C，采用油冷卻或者空氣冷卻或者鹽浴冷卻，淬火時間為20 30分鐘；
(4)、第一次回火回火溫度為180°C 220°C，然后空氣冷卻至室溫。
(5)、第二次回火第一次回火空氣冷卻后再進行第二次回火，第二次回火溫度 180°C 220°C，然后空氣冷卻至室溫。
(6)第三次回火在第二次回火空氣冷卻至室溫后，再進行第三次回火，第三次回火溫度180°C 220°C，然后空氣冷卻至室溫。
實施例4 10熱處理工藝的步驟同于實施例3。
除本發明的實施例I 10的9SiCrAlBN合金工具鋼中的余量為Fe以及不可避免的雜質外的各成分及性能列于表I。
表I
權利要求
1.一種新型9SiCrAlBN合金工具鋼，所述工具鋼含C、Si、Mn、Cr、Al、B、Na、Mg、N和氮化物，其特征在于，按質量份計，C :0· 8 I. O ;S :0· 3 I. 8 ；Mn 0. 3 I. 8 ；Cr :0· 6 I. 4 ; Na 0 O. 006 ；Mg 0 O. 003 ；A1 0. 8 I. 8 ;B :0 O. 10 ；N 0. 01 O. 10 ;氮化物 O. I O. 08 ;余量為Fe以及不可避免的雜質。
2.根據權利要求I新型9SiCrAlBN合金工具鋼，其特征在于C 0. 9 ；Si 1. 4 ；Mn 0. 4 ；Cr 1. I ；Na 0. 005 ；Mg 0. 002 ；A1 1. 0 ；B 0. 06 ；N 0. 05 及氮化物0. 03。
3.根據權利要求I新型9SiCrAlBN合金工具鋼，其特征在于C 0. 85 O. 95 ;S :1· 2 I. 6 ；Mn 0. 3 O. 6 ；Cr 0. 6 I. 4 ；Na 0. 003 0· 006 ；Mg O. 001 O. 003 ；A1 0. 8 I. 2 ;B 0. 03 0· 08 ；N 0. 02 0· 10 及氮化物 O. 02 O. 07。
4.根據權利要求I新型9SiCrAlBN合金工具鋼，其特征在于C 0. 85 O. 95 ；Si :1· O I. 8 ；Μη :0· 3 I. 2 ；Cr :0· 6 I. 4 ；Na 0. 003 0. 006 ；Mg 0. 001 0. 003 ；A1 0. 8 I. 2 ;B 0. 03 0. 08 ；N 0. 01 0. 10 及氮化物 0. 06 O. 08。
5.根據權利要求I新型9SiCrAlBN合金工具鋼，其特征在于C 0. 85 O. 95 ；Si 1. 2 I. 6 ；Mn 0. 3 O. 6 ；Cr 0. 6 I. 4 ；A1 1. 2 0. 03 0· 08 ；N 0. 01 0· 08 及氮化物 O. 01 O. 06。
6.根據權利要求I新型9SiCrAlBN合金工具鋼，其特征在于C 0. 85 O. 95 ；Si 1. 2 I. 6 ；Mn 0. 3 O. 6 ；Cr 0. 6 I. 4 ；Mg 0. 001Al 0. 8 I. 2 ;B 0. 03 0. 08 ；N 0. 01 0. 08 及氮化物 0· 02 O. 06。
7.根據權利要求I新型9SiCrAlBN合金工具鋼，其特征在于C 0. 85 O. 95 ；Si 1. 2 I. 6 ；Mn 0. 3 O. 6 ；Cr 0. 6 I. 4 ；Na 0. 003 0. 006 Al 0. 8 I. 2 ;B 0. 03 0. 08 ；N 0. 01 0. 08 及氮化物 0· 02 O. 05。
8.根據權利要求I新型9SiCrAlBN合金工具鋼，其特征在于C 0. 85 O. 95 ；Si :1. 2 I. 6 ；Mn :0. 8 I. 4 ；Cr :0. 6 I. 4 ；Na 0. 003 0. 006 ；Mg 0. 001 0· 003 ；A1 0. 8 I. 2 ;B 0. 03 0. 08 ；N 0. 01 0. 08 及氮化物 0· 01 O. 05。
9.根據權利要求I新型9SiCrAlBN合金工具鋼，其特征在于C 0. 85 O. 95 ；Si 1. 2 I. 6 ；Mn 0. 8 I. 4 ；Cr 0. 6 I. 4 ；A1 1. 2 I. 8 ;N 02 0. 06。新型9SiCrAlBN合金工具鋼，其特征在于；1. 2 I. 6 ；Mn 0. 8 I. 4 ；Cr 0. 6 I. 4 ；A1 1. 2 I. 8 ;N 02 0· 08。新型9SiCrAlBN合金工具鋼，其特征在于C 0. 85 O. 95 ；Si 0. 4 I. 2 ；Mn 0. 8 I. 4 ；Cr 0. 6 I. 4 ；A1 1. 2 0. 01 0. 06及氮化物O. 02 O. 04。I. 6 ；BO. 003O. 01 O. 08及氮化物O.
10.根據權利要求I C 0. 85 O. 95 ；SiO. 01 O. 10及氮化物O.
11.根據權利要求II. 8 ；N
全文摘要
本發明提供的新型9SiCrAlBN合金工具鋼，所述工具鋼含C、Si、Mn、Cr、Al、B、Na、Mg、N和氮化物，其改進之處在于，按質量份計，C0.8～1.0；Si0.3～1.8；Mn0.3～1.8；Cr0.6～1.4；Na0～0.006；Mg0～0.003；Al0.8～1.8；B0～0.10；N0.01～0.10；氮化物0.01～0.08；余量為Fe以及不可避免的雜質，和現有技術比，本發明提供的新型9SiCrAlBN的優異效果是保持了冷作模具鋼Cr12、Cr12Mo1V1的機械性能，又大大降低了淬火溫度，節省了大量能源。
文檔編號C22C38/34GK102936690SQ20121036781
公開日2013年2月20日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者周暢超, 趙春芳, 周章龍, 應振強, 舒泫淏, 周向儒 申請人:周暢超