高速工具鋼

粉末高速工具鋼是用粉末冶金方法產(chǎn)生的。首先用霧化法制取低氧高速工具鋼預(yù)合金粉末,然后用冷、熱靜壓機(jī)將粉末壓實(shí)成全致密的鋼坯,再經(jīng)鍛、軋成材。粉末高速工具鋼的碳化物細(xì)小、分布均勻,韌性、可磨削性和尺寸穩(wěn)定性等均很好,可生產(chǎn)用鑄錠法個(gè)可能產(chǎn)生更高合金元素含量的超硬高速工具鋼。粉末高速工具鋼可分為3類,第一類是含鈷高速工具鋼,其特點(diǎn)是具有接近硬質(zhì)合金的硬度,而且還具有良好的可鍛性、可加工性、可磨性和強(qiáng)韌性。第二類是無鈷高鎢、鉬、釩超硬高速工具鋼。第三類是超級(jí)耐磨高速工具鋼。其硬度不太高,但耐磨性極好,主要用于要求高耐磨并承受沖擊負(fù)荷的工作條件。
高速鋼按所含合金元素可分為:①鎢系高速鋼(W 9~18%)、②鎢鉬系高速鋼(W5~12%,Mo 2~6%)、③高鉬系高速鋼(W 0~2%,Mo 5~10%)。各系又可按含釩量的多少分為一般含釩量(V 1~2%)和高含釩量(V 2.5~5%)。任何高速鋼如含鈷 (Co 5~10%)時(shí),又歸入鈷高速鋼。
高速鋼按用途可分為綜合性通用型高速鋼和特種用途高速鋼兩類。通用高速鋼廣泛用于制作各種金屬切削普通刀具(如鉆頭、絲錐、鋸條)和精密刀具(如滾刀、插齒刀、拉刀)。被切削材料一般硬度 HB≤300。特種用途高速鋼又可分為高釩高速鋼,一般含鈷高速鋼和超硬型(HRC 68~70)高速鋼(表2)。 高速鋼主要用途是制造高速切削工具,除具有高硬度(一般大于HRC 63,高的可達(dá)HRC 68~70),高耐磨性和足夠韌性外,還要有在高速切削下刀刃不因發(fā)熱而軟化的耐熱性。耐熱性通常用紅硬性衡量,也就是在580~650℃把鋼先后加熱4次,每次保溫 1小時(shí)后空冷,然后在室溫下測(cè)定其硬度值。高速鋼的韌性通常用彎曲強(qiáng)度和沖擊值來衡量。高速鋼應(yīng)用于制造冷作模具,在使用性能上主要要求有高的抗壓屈服強(qiáng)度,高的耐磨性和高韌性,而對(duì)耐熱性則要求不高,因此可采用較低的溫度淬火。
保證碳化物充分破碎、細(xì)化并均勻分布(見圖),歷來是高速鋼生產(chǎn)工藝和提高質(zhì)量的關(guān)鍵問題。為此,高速鋼應(yīng)采用低溫澆鑄工藝,選擇良好錠型,并根據(jù)鋼材規(guī)格選用足夠大的壓縮比。中國自1965年以來采用扁錠生產(chǎn)高速鋼,其優(yōu)點(diǎn)為顯著加快鋼錠凝固速度,從而改善了鋼材的碳化物不均勻度和低倍組織。大尺寸鋼材多采用電渣重熔鋼錠。鍛造開坯、軋制成材的工藝有利于提高質(zhì)量。高速鋼的熱加工溫度、變形量和退火制度,對(duì)鋼材的熱處理性能,尤其是對(duì)淬火后的晶粒度有明顯的影響,須嚴(yán)加控制。熱加工中如終鍛(軋)溫度過高,變形量不足或已經(jīng)過一次淬火,但未經(jīng)充分退火又進(jìn)行第二次淬火,會(huì)出現(xiàn)特殊閃光的萘狀斷口(見金屬宏觀檢驗(yàn)),從而顯著降低鋼的韌性,使刀具脆崩。還采用快鍛液壓機(jī)開坯、精鍛機(jī)成材的新工藝。
高速鋼需通過特殊的熱處理才能獲得所需的性能。一般淬火溫度均接近這種鋼的熔化溫度,例如高鎢鋼為1270~1290℃,鎢鉬鋼為1210~1240℃,高鉬鋼為1180~1210℃,一般采用540~560℃回火三次,以得到二次硬化的最佳效果。對(duì)韌性和紅硬性有不同要求時(shí),可適當(dāng)調(diào)整淬火溫度。
粉末冶金高速鋼可保證碳化物細(xì)小和均勻分布,對(duì)改善高碳高釩高速鋼的磨削性、改進(jìn)熱加工性,減少淬火變形以及提供碳化物質(zhì)量優(yōu)異的大尺寸鋼材確有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn);可以生產(chǎn)出合金含量更高和切削能力較大的高速鋼。高速鋼刀具的真空熱處理獲得廣泛應(yīng)用;刀具的氧氮化、碳氮氧共滲等表面化學(xué)熱處理,也正在普遍采用,尤其是化學(xué)氣相沉積法和物理氣相沉積法的發(fā)展,可進(jìn)一步提高刀具的使用壽命。
高速工具鋼的淬火溫度很高,接近熔點(diǎn),其目的是使合金碳化物更多的溶入基體中,使鋼具有更好的二次硬化能力。高速工具鋼淬火后硬度升高,此為第一次硬化,但淬火溫度越高,則回火后的強(qiáng)度和韌性越低。淬火后在350℃以下低溫回火硬度下降在350℃以上溫度回火硬度逐漸提高,至520~580℃范圍內(nèi)回火(化學(xué)成分不同,回火溫度不同)出現(xiàn)第二次硬度高峰,并超過淬火硬度,此為二次硬化。這是高速工具鋼的重要特性。
高速工具鋼除了具有高的硬度、耐磨性、紅硬性等使用性能外,還具有一定的熱塑性、可磨削性等工藝性能。
鎢系高速工具鋼主要合金元素是鎢,不含鉬或含少量鉬。其主要特性是過熱敏感性小,脫碳敏感性小、熱處理和熱加工溫度范圍較寬,但碳化物顆粒粗大,分布均勻性差,影響鋼的韌性和塑性。
鎢鉬系高速工具鋼的主要合金元素是鎢和鉬。其主要特性是碳化物的顆粒度和分布均優(yōu)于鎢系高速工具鋼,脫碳敏感性和過熱敏感性低于鉬系高速工具鋼,使用性能和工藝性能均較好。
鉬系高速工具鋼的主要合金元素是鉬,不含鎢或含少量鎢。其主要特性是碳化物顆粒細(xì),分布均勻、韌性好,但脫碳敏感性和過熱敏感性大、熱加工和熱處理范圍窄。
物理性能
硬度
工具鋼制成工具經(jīng)熱處理后具有足夠高的硬度,如用于金屬切削加工的工具一般在HRC60以上。工具在高的切削速度和加工硬材料所產(chǎn)生高溫的受熱條件下,仍能保持高的硬度和良好的紅硬性。碳素工具鋼和合金工具鋼一般在180℃~250℃、高速工具鋼在600℃左右的工作溫度下,仍能保持較高的硬度。紅硬性對(duì)熱變形模具和高速切削刀具用鋼是非常重要的性能。
耐磨性
工具鋼具有良好的耐磨性,即抵抗磨損的能力。工具在承受相當(dāng)大的壓力和摩擦力的條件下,仍能保持其形狀和尺寸不變。
強(qiáng)度和韌性
工具鋼具有一定的強(qiáng)度和韌性,使工具在工作中能夠承受負(fù)荷、沖擊、震動(dòng)和彎曲等復(fù)雜的應(yīng)力,以保證工具的正常使用。
其他性能
由于各種工具的工作條件不同,工具用鋼還具有一些其他性能,如模具用鋼還應(yīng)具有一定的高溫力學(xué)性能、熱疲勞性、導(dǎo)熱性和耐磨腐蝕性能等。
工藝性能
工具鋼除了具有上述使用性能外,還應(yīng)具有良好的工藝性能。
1、加工性
工具鋼應(yīng)具有良好的熱壓力加工性能和機(jī)械加工性能,才能保證工具的制造和使用。鋼的加工性取決于化學(xué)成分、組織的質(zhì)量。
2、淬火溫度寬泛性
工具鋼的淬火溫度應(yīng)足夠?qū)?以減少過熱的可能性。
3、淬硬性和淬透性
淬硬性是鋼在淬火后所能達(dá)到最高硬度的性能。淬硬性主要與鋼的化學(xué)成分特別是碳含量有關(guān),碳含量越高,則鋼的淬硬性越高。
淬透性表示鋼在淬火后從表面到內(nèi)部的硬度分布狀況。淬透性的高低與鋼的化學(xué)成分、純潔度、晶粒度有關(guān)。
根據(jù)用于制造不同的工具,對(duì)這兩種性能各有一定的要求。
4、脫碳敏感性
工具表面發(fā)生脫碳,將使表面層硬度降低,因此要求工鋼的脫碳敏感性低。在相同的加條件下,鋼的脫碳敏感性取決于其化學(xué)成分。
5、熱處理變形性
工具在熱處理時(shí),要求其尺寸和外形穩(wěn)定。
6、 耐削性
對(duì)于制造刀具和量具用鋼,要求具有良好的磨削性。鋼的磨削性與其化學(xué)成分有關(guān),特別是釩含量,如果釩質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于0.50%則磨削性變壞。
主要有碳、鎢、鉬、鉻、釩、鈷等,其作用分述如下:
碳一般含碳量為0.70~1.65%,以保證足夠的碳與各種碳化物形成元素相配合。通常采用平衡碳(Cs)近似計(jì)算公式求得最佳的二次硬化效果的含碳量:
Cs%=0.033W%+0.063Mo%+0.060Cr%+0.200V%
式中Cs是假設(shè)W、Mo、Cr、V與C形成W2C(或Fe4W2C)、Mo2C(或Fe4Mo2C)、Cr26C6、V4C3時(shí)碳與各元素的定比關(guān)系而定出的。隨著鋼中含碳量逐漸接近Cs,二次硬化效果(硬度和紅硬性)也逐步上升到最高值,而韌性則隨之下降。因此只在超硬高速鋼中含碳量采用接近Cs的成分,為了保持通用型高速鋼的高韌性,含碳量一般比Cs低0.15~0.30%。至于用于載荷較低的低合金高速鋼,實(shí)際含碳量可能還超過Cs。
鎢和鉬高速鋼回火時(shí)產(chǎn)生二次硬化最基本的合金元素。鎢和鉬作用相似,Mo的原子量約為W的一半,一般可用 1%Mo取代2%W。高速鋼中最主要的碳化物M6C(M代表金屬)是以Fe、Mo、W為主的復(fù)合碳化物,它在淬火時(shí)部分固溶,回火時(shí)又以M2C碳化物彌散析出,使鋼強(qiáng)化,提高硬度和耐磨性,剩下未溶的M6C碳化物(主要來自共晶碳化物)可阻止淬火加熱時(shí)的晶粒長大和增加耐磨性。含鉬的高速鋼鑄態(tài)共晶碳化物網(wǎng)較細(xì)薄,易于加工破碎,分布較均勻,顆粒較小,熱塑性和韌性也較高;但含鉬的鋼易脫碳,淬火過熱敏感性也較大,而鎢鋼在此方面正與之相反。因此鎢和鉬適當(dāng)配合,能獲得綜合性能更好的鋼種。
鉻為保證鋼的高淬透性,各種高速鋼都含鉻4%左右。鋼中形成以鐵鉻為主的M26C6碳化物,鉻也可溶于M6C與MC中形成合金碳化物,促使這些難溶碳化物淬火時(shí)較多地固溶。使淬火馬氏體具有足夠的碳和合金元素,有利于回火時(shí)大量析出 M2C與MC。所以鉻對(duì)二次硬化也有間接作用。此外,含 4%鉻對(duì)高速鋼的抗氧化性起重要作用。
釩所有高速鋼都含釩 1%以上。碳化釩淬火加熱時(shí)可部分固溶,回火時(shí)析出彌散的MC型碳化釩,有力地增強(qiáng)二次硬化作用;未溶的碳化釩有助于阻止淬火加熱時(shí)晶粒長大,而且由于硬度極高,能顯著提高鋼的耐磨性;但降低了可磨削性。高釩鋼中如能采取措施細(xì)化一次碳化物MC的顆粒,可改善磨削性。最有效的辦法是用霧化法快速冷卻鋼液得到合金粉末,制成粉末冶金高速鋼,使一次碳化物得到細(xì)化。
鈷鈷本身不形成碳化物,其作用主要是增加回火時(shí)析出 MC、M2C的形核率,減緩其聚集長大速度。此外,鈷可提高高速鋼晶界熔化溫度,因而提高鋼的淬火溫度,使奧氏體內(nèi)的合金度增大。這些作用都有效地提高了高速鋼的耐熱性,但鈷含量過高時(shí)也會(huì)降低鋼的韌性。
高速鋼屬于萊氏體鋼,鑄態(tài)組織中有粗大魚骨狀的合金碳化物,這種碳化物硬而脆,若不消除這種碳化物的不均勻性,制成刀具后將出現(xiàn)早期損壞,使刀具易出現(xiàn)"崩刃",故必須用反復(fù)鍛打的方法將其擊碎,使碳化物細(xì)化并均勻分布在基體上。W18Cr4V鋼鍛造后進(jìn)行退火,以消除內(nèi)應(yīng)力,降低硬度改善切削加工性能,并為淬火做好組織準(zhǔn)備。
二、鋼材價(jià)格低位運(yùn)行。2013年1-6月,國內(nèi)鋼材市場(chǎng)整體表現(xiàn)低迷。隨著粗鋼產(chǎn)能大幅釋放,市場(chǎng)供需陷入失衡狀態(tài),鋼材價(jià)格步入下降通道,已弱勢(shì)下跌4個(gè)多月。截止2013年7月26日,鋼材價(jià)格指數(shù)降到100.48點(diǎn),低于年初6.6點(diǎn)。鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)的八個(gè)鋼材品種價(jià)格比年初均有不同程度的下降,平均跌幅5.7%。分品種來看,占我國鋼材產(chǎn)量比重較大的建筑用線材、螺紋鋼價(jià)格跌幅分別達(dá)4.9%和6.7%,中厚板和熱軋卷板價(jià)格跌幅分別達(dá)5.7%和9.7%。
三、鋼材出口增長較快。國內(nèi)鋼材市場(chǎng)供需失衡刺激企業(yè)出口。1-6月,我國累計(jì)出口鋼材3069萬噸,同比增長12.6%;進(jìn)口鋼材683萬噸,下降1.8%,進(jìn)口鋼坯和鋼錠32萬噸,增長50%。將坯材折合粗鋼,累計(jì)凈出口2506萬噸,同比增長17.3%,占我國粗鋼產(chǎn)量的6.4%。從出口價(jià)格看,1-6月出口棒線材均價(jià)624.3美元/噸,同比下降18%;板材835.2美元/噸,同比下降2.8%。
四、鋼廠及社會(huì)庫存高位運(yùn)行。市場(chǎng)供需矛盾向流通領(lǐng)域蔓延,國內(nèi)鋼材庫存延續(xù)上年末增長態(tài)勢(shì)。3月15日達(dá)到歷史最高的2252萬噸,比上年最高點(diǎn)增加351萬噸,其中建筑鋼材庫存1432萬噸,占庫存總量的63.6%。之后,隨著季節(jié)性消費(fèi)增加,庫存逐漸回落,7月26日降至1540萬噸。市場(chǎng)供大于求也推高鋼廠庫存,3月中旬重點(diǎn)企業(yè)鋼材庫存創(chuàng)歷史記錄,達(dá)到1451萬噸,同比增長29.7%,6月下旬降至1268萬噸,仍比年初增長29.9%,比2012年同期增長11.4%。
五、鋼廠盈利水平逐月下滑。2013年上半年,冶金行業(yè)實(shí)現(xiàn)利潤736.9億元,同比增長13.7%,其中黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè)實(shí)現(xiàn)利潤454.4億元,同比增長22.7%。1-5月份重點(diǎn)大中型鋼鐵企業(yè)的盈利狀況遠(yuǎn)不如行業(yè)總體水平,并呈逐月下降態(tài)勢(shì),盡管實(shí)現(xiàn)利潤增長34%,但也僅有28億元,銷售利潤率為0.19%。5月當(dāng)月,86家重點(diǎn)大中型鋼鐵企業(yè)僅實(shí)現(xiàn)利潤1.5億元,連續(xù)5個(gè)月環(huán)比下滑,其中34家虧損,虧損面高達(dá)40%。
六、鋼鐵行業(yè)固定資產(chǎn)投資增幅明顯回落。2013年1-6月,鋼鐵行業(yè)固定資產(chǎn)投資3035億元,同比增長4.3%,其中黑色金屬冶煉及壓延投資2356億元,同比增長3.3%,比2012年同期回落6.1個(gè)百分點(diǎn);黑色金屬礦采選投資679億元,同比增長7.8%,增速大幅回落15個(gè)百分點(diǎn)。
標(biāo)準(zhǔn)號(hào)StandardNo:GB/T 9943-2008
中文標(biāo)準(zhǔn)名稱StandardTitlein Chinese:高速工具鋼
英文標(biāo)準(zhǔn)名稱:High-speedtool steels
發(fā)布日期IssuanceDate: 2008-05-13
實(shí)施日期ExecuteDate:2008-11-01
首次發(fā)布日期FirstIssuanceDate :1984-06-05
標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)StandardState:現(xiàn)行
復(fù)審確認(rèn)日期ReviewAffirmanceDate :
計(jì)劃編號(hào)Plan No:20060825-T-605
代替國標(biāo)號(hào)ReplacedStandard:GB/T4462-1984,GB/T 9942-1988,GB/T 9943-1988
被代替國標(biāo)號(hào)ReplacedStandard:
廢止時(shí)間RevocatoryDate:
采用國際標(biāo)準(zhǔn)號(hào)AdoptedInternationalStandard No:ISO 4957:1999
采標(biāo)名稱AdoptedInternationalStandard Name:工具鋼
采用程度ApplicationDegree:NEQ
采用國際標(biāo)準(zhǔn)AdoptedInternationalStandard :
國際標(biāo)準(zhǔn)分類號(hào)(ICS) :77.140.35
中國標(biāo)準(zhǔn)分類號(hào)(CCS) :H40
標(biāo)準(zhǔn)類別StandardSort:產(chǎn)品
標(biāo)準(zhǔn)頁碼NumberofPages:
標(biāo)準(zhǔn)價(jià)格(元)Price(¥) :
主管部門Governor :中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)
歸口單位TechnicalCommittees:全國鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)
起草單位DraftingCommittee:東北特殊鋼集團(tuán)有限責(zé)任公司、河冶科技股份有限公司、重慶東華特殊鋼有限公司等
范圍
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了高速工具鋼的訂貨內(nèi)容、分類、尺寸、外形及其允許偏差、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、包裝、標(biāo)志及質(zhì)量證明書等。
本標(biāo)準(zhǔn)適用于截面尺寸(直徑、邊長、厚度或?qū)吘嚯x)的不大于250mm的熱軋、鍛制、冷拉等高速工具鋼棒(圓鋼、方鋼、扁鋼、六角鋼等的總稱,以下簡稱鋼棒),盤條及銀亮鋼棒,其化學(xué)成分同樣適用于錠、坯。
規(guī)范性引用文件
下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件,其隨后所有的修改單(不包括勘誤的內(nèi)容)或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn),然而,鼓勵(lì)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可適用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。
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