哈氏合金G-30锻件板材 成分标准(碳素工具钢T7A、T10A、T11，)
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本文导读目录：
哈氏合金G-30锻件板材 成分标准
(1)建筑及工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢筋钢。
(2)结构钢a.机械制造用钢：(a)调质结构钢；(b)表面硬化结构钢：包括渗碳钢、氨钢、表面淬火用钢；(c)易切结构钢；(d)冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。
(3)工具钢：a.碳素工具钢；b.合金工具钢；c.高速工具钢。
(5)专业用钢如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等。
a.碳素结构钢：(a)Q195；(b)Q215(A、B)；(c)Q235(A、B、C)；(d)Q255(A、B)；(e)Q275。
a.结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c)弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢；(f)特定用途优质结构钢。
b.工具钢：(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。
c.特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢；(b)耐热钢；(c)电热合金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢。
a.平炉钢：(a)酸性平炉钢；(b)碱性平炉钢。
碳素工具钢T7A、T10A、T11，
热工具钢的制作方法
以往，曾经公开过通过提高非金属夹杂物的纯净度改善热工具钢的韧性的技术(日本第号专利、第61331/1999号发明专利申请公开公报)。
另外，还有人提出了通过增加夹杂物的个数、使夹杂物的形状成为球状来改善切削性的技术(电气制钢64卷3号第191～201页的图2和图4、日本第61331/1999号、第60585/1998号发明专利申请公开公报)。
但是，上述的现有技术是根据JISGO555或ASTME45-76等标准来评价夹杂物，因而呈规定了夹杂物的种类和数量，还不能定量评价夹杂物的大小。
还有人曾提出了通过调整组成来改善切削性的技术(日本第60585/1998号、第/1997号、第/1992号和第/1999号发明专利申请公开公报)。
此外，有人还提出了通过改善组织，提高切削性的技术方案(热处理39卷5号第225～226页、日本第号发明专利)。
但是，这些公知技术没有考虑碳化物和非金属夹杂物的大小，因而它们都是牺牲了其它性能而只改善了切削性。
本发明的目的是，通过适当限定碳化物和非金属夹杂物的大小，提供在改善耐热裂性和耐熔损性的同时显著提高切削性的热工具钢。
本发明的热工具钢，其特征在于，含有C0.10～0.70质量％、Si0.10～0.80质量％、Mn0.30～1.00质量％、P0.007～0.020质量％、Cr3.00～7.00质量％、W和Mo单独或复合(1/2W+Mo)0.20～12.00质量％、V0.10～3.00质量％、Ni0.05～0.80质量％、S0.150质量％以下，余量基本上由Fe和不可避免的杂质构成，非金属夹杂物的纯净度(JISG055)是，dA60×400在0.020％以下、dB60×400在0.020％以下、dC60×400在0.020％以下、d(A+B+C)在0.045％以下，同时，在退火时，粒径超过1.0μm的碳化物和非金属夹杂物的面积率是0.004％以下。
在该热工具钢中，优选的是，退火时粒径1.0μm以下的碳化物和非金属夹杂物的面积率是10.5％以上。
另外，在该热工具钢中，优选的是，淬火回火时，粒径超过1.0μm的碳化物和非金属夹杂物的面积率是0.004％以下。
此外，在该热工具钢中，优选的是，淬火回火时，粒径1.0μm以下的碳化物和非金属夹杂物的面积率是0.038％以上。
本发明的热工具钢通过以下所述构成，可以进一步发挥本发明的效果，即，C0.35～0.40质量％、Si0.55～0.65质量％、Mn0.35～0.45质量％、P0.007～0.010质量％、Cr4.60～5.00质量％、W和Mo单独或复合(1/2W+Mo)1.60～1.80质量％、V0.40～0.60质量％、Ni0.08～0.15质量％、S0.005质量％以下，余量基本上由Fe和不可避免的杂质构成，非金属夹杂物的纯净度(JISG055)是，以dA60×400计在0.0％以下、以dB60×400计为0.0％以下、以dC60×400计在0.0％以下、以d(A+B+C)计在0.0％以下，同时，在退火时，粒径超过1.0μm的碳化物和非金属夹杂物的面积率是0.004％以下。
本发明通过适当限定碳化物和非金属夹杂物的大小，改善了耐热裂性和耐熔损性，提高了切削性。
但是，由于钢材组成的原因，切削性明显恶化，为了改善耐热裂性和耐熔损性以及切削性这两方面的性能，本发明在减轻夹杂物的钢中，对于同时改善切削性以及耐热裂性和耐熔损性的碳化物和夹杂物的大小进行了限定。
即，不改变热工具钢的主要成份，通过限定杂质的纯净度，控制夹杂物的形态，通过前热处理控制碳化物的形状和数量，从而可以同时提高切削性及耐热裂性和耐熔损性。
但是，取决于钢材的成份，改善的效果并不一样，而且切削性显著恶化。
本发明人发现，如果控制碳化物和非金属夹杂物的粒径，就可以兼顾耐热裂性和切削性。
作为延长工具寿命的方法，以往人们都知道，夹杂物数量越多，切削性越好。
但本发明人发现，在硬度超过45HRC的调质钢中，不管夹杂物量如何，有的场合切削性好，有的场合切削性差。
因此，本发明人认为，在纯净度良好的状态下，通过适当控制碳化物和非金属夹杂物的粒径和量，可以在不损害其它性能的情况下改善切削性。
碳化物和非金属夹杂物粒径较大的钢，切削性恶化，1.0μm以下的微小碳化物和非金属夹杂物越多，改善效果越大。
另外，与纸共熔晶碳化物相比，析出到基体中的碳化物的改善效果较大。
作为非金属夹杂物，与Al2O3相比，B系氮化物和B系氧化物、MnS、AlN等微小且长宽比在1.3以下的粒子具有延长切削刀具寿命的效果、改善切削刀具寿命波动的效果以及改善耐熔损性和耐热裂性的效果。
而且，粗大的非金属夹杂物和碳化物使得耐熔损性和耐热裂性显著恶化。
为了得到改善切削性、减轻其波动以及耐熔损性、耐热裂性和耐疲劳性都得到满足的热工具钢，重要的是，使碳化物和非金属夹杂物的尺寸变得微小，碳化物和非金属夹杂物的分布十分均匀，除了公知的文献中所记载的夹杂物的量以外，通过控制夹杂物的大小，可以减轻切削性的波动，改善耐熔损性和耐热裂性。
对于耐熔损性和耐热裂性来说，存在对初期热裂不产生影响的碳化物和非金属夹杂物的粒径范围，对耐熔损性和耐热裂性产生影响的是粒径超过1.0μm的碳化物和非金属夹杂物。
因此，在本发明中，减少粒径超过1.0μm的碳化物和非金属夹杂物的量，增加改善切削性效果较大的粒径1.0μm以下的碳化物和非金属夹杂物。
碳化物和非金属夹杂物的形态和量的控制，可以通过在退火处理之前在1050～1190℃下加热1分钟～20小时进行固溶处理，然后控制炉冷、空冷、油冷等冷却条件来实现。
下面说明本发明的热工具钢的组成限定依据和夹杂物的限定依据。
热工具钢的组成C0.10～0.70质量％、优选的是0.35～0.40质量％C在淬火加热时固溶到基体中，提供所需要的淬火硬度，另外，在回火时与特殊碳化物形成元素形成特殊碳化物，通过这种特殊碳化物析出，赋给回火时的软化抗力和高温强度。
此外，C形成残留碳化物，提供高温下的耐磨性，具有防止淬火加热时晶粒粗大化的作用。
C过多时，碳化物量增加过度，不能保持热工具所需要的韧性，而且引起高温强度降低，因此将其限定在0.70质量％以下，其含量过低时，不能得到上述添加效果，因而将其限定为0.10质量％以上。
优选的是，C含量为0.35～0.40质量％。
Si0.10～0.80质量％、优选的是0.55～0.65质量％Si不足0.10质量％时，不发生显微偏析，而切削性恶化；另外，Si超过0.80质量％时，带状偏析严重，切削刀具的刀刃卷刃，韧性降低，因而将Si含量限定为0.10～0.80质量％，优选的是0.55～0.65质量％。
Mn0.30～1.00质量％、优选的是0.35～0.45质量％Mn固溶在基体中，提高淬透性的效果很大。
为了获得其添加效果，Mn的添加量必需在0.30质量％以上。
Mn的添加量超过1.00质量％时，退火硬度过高，切削性降低，而且A1相变点过度降低。
因此，Mn的添加量为0.30～1.00质量％，优选的是0.35～0.45质量％。
P0.007～0.020质量％、优选的是0.007～0.010质量％P在凝固时偏析于晶界，对于提高热加工后的带状部的偏析度是必不可少的。
作为维持本发明特征的良好切削性能的基本元素，P含量必需在0.007质量％以上。
但P添加过多时，韧性降低，为了抑制韧性的降低，P的上限值规定为0.020质量％，优选的是0.007～0.010质量％。
Cr3.00～7.00质量％、优选的是4.60～5.00质量％Cr是提供作为工具所必需的淬透性的最重要的元素。
另外，Cr提高耐氧化性并使A1相变点上升，而且形成残留碳化物，抑制淬火加热时晶粒粗大化，还可以提高耐磨性，回火时析出特殊碳化物，改善升温时的软化抗力，具有提高高温强度的效果，其添加量应在3.00质量％以上。
Cr过多时，过度形成Cr碳化物，反而引起高温强度降低，因而Cr量应在7.00质量％以下，优选的是4.60～5.00质量％。
W和Mo0.20质量％≤(1/2W+Mo)≤12.00质量％、优选的是1.60质量％≤(1/2W+Mo)≤1.80质量％W和Mo形成特殊碳化物，通过形成残留碳化物，可以防止淬火加热时组织粗大化，另外，回火时析出微小的特殊碳化物，提高回火软化抗力和高温强度，因而是最重要的添加元素。
W提高高温强度和耐磨性的作用特别大，而Mo在韧性方面比W更为有利。
Mo和W过多时，形成粗大的碳化物，导致韧性过度降低，因而，W和Mo单独或复合添加时，(1/2W+Mo)应在0.20质量％以上、12.00质量％以下。
V0.10～3.00质量％、优选的是0.40～0.60质量％V是强碳化物形成元素，形成残留碳化物，使晶粒微小化的效果较大，而且可以提高高温下的耐磨性。
此外，回火时在基体中析出微小的碳化物，通过与W和Mo共同添加，提高600～650℃以上高温区的强度的效果很大，而且具有提高A1相变点的作用。
V添加过多时，形成粗大的碳化物，导致韧性降低，因而其上限值定为3.00％以下。
为了获得V的添加效果，V的含量必需在0.10质量％以上。
优选的含量范围是0.40～0.60质量％。
Ni0.05～0.80质量％、优选的是0.08～0.15质量％Ni固溶于基体中，提高韧性而且提高淬透性，因而应添加0.05质量％以上。
Ni过多时，退火硬度过高，切削性降低，而且引起A1相变点过度降低，偏析显著恶化，因而将Ni的上限值定为0.80质量％。
优选的含量范围是0.08～0.15质量％。
Co6.50质量％以下Co固溶于基体中，具有提高高温强度的作用，因而可以根据需要含有。
另外，Co提高淬火加热时奥氏体中的碳化物的固溶极限，增加回火时的特殊碳化物的析出量，而且，提高升温时析出碳化物的凝集抗力，因此还具有改善高温强度性能的作用。
此外，由于工具使用时的升温，Co在表面上形成致密的附着力良好的氧化膜，具有提高高温下的耐磨性和耐烧焊性的作用。
Co过多时，韧性降低，因而在含有Co的场合，其含量应在6.50质量％以下。
S0.150质量％以下、优选的是0.005质量％以下S形成MnS等硫化物，在热加工方向上延伸分布，引起T方向的韧性降低。
因此，为了维持T方向的韧性，S的上限值应在0.150质量％以下，优选的是0.005质量％以下。
As、Sn、Sb、Cu、B和Bi在凝固时富集于晶界处，提高热加工后的带状偏析度，致使T方向的韧性降低，另外，在热处理时偏析于奥氏体晶界处或者存在于基体中，使得韧性降低。
而且，Pb在热加工方向上延伸分布，使得T方向的韧性降低。
由于上述原因，As、Sn、Sb、Cu、B、Pb和Bi的含量应限制在特别低的水平，本发明人经过研究发现，这些元素合计量在0.13％以下时，即使含有这些杂质元素，也可以达到本发明的目的。
对于各个成份来说，希望其含量限度分别为As0.005％以下、Sn0.003％以下、Sb0.0015％以下、Cu0.08％以下、B0.0005％以下、Pb0.0002％以下、Bi0.0001％以下。
其中，Nb和Ti是强碳化物形成元素，通过晶粒的微小化以及回火时析出凝集抗力大的微小碳化物，具有提高在65℃以上高温区域的软化抗力和高温强度的作用。
但是，Nb和Ti过多时，形成粗大的难以固溶的碳化物，导致韧性降低，因而它们各自的含量必需在0.5％以下。
另外，N固溶于基体和碳化物中，用于使晶粒微小化，提高韧性。
而且，N是奥氏体形成元素，即使在低C的情况下，也能防止淬火加热时残留铁素体，是具有良好韧性的合金组成成份。
但是N在Cr等热工具钢的合金成份范围内具有含量极限，因而N必需在0.20质量％以下。
在本发明中，dA60×400＝0.020％以下、dB60×400＝0.020％以下、dC60×400＝0.020％以下、d(A+B+C)＝0.045％以下。
碳化物和非金属夹杂物在非金属夹杂物较少的情况下，粒径超过1.0μm的碳化物和非金属夹杂物的面积率在退火状态下为0.004％以下时，可以改善退火状态下的切削性。
此外，粒径1.0μm以下的碳化物和非金属夹杂物的面积率在退火状态下为10.5％以上时，可以进一步提高其切削性。
同样，在非金属夹杂物较少的情况下，粒径超过1.0μm的碳化物和非金属夹杂物的面积率在淬火回火状态下为0.004％以下时，可以同时提高耐熔损性、耐热裂性和切削性。
此外，粒径1.0μm以下的碳化物和非金属夹杂物的面积率在淬火回火状态下为0.038％以上时，可以进一步提高其耐熔损性、耐热裂性和切削性。
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