噴射成形高速鋼的制作方法

　　【技術(shù)領(lǐng)域】

　　[0001] 本發(fā)明涉及一種高速鋼，尤其涉及一種噴射成形高速鋼。

　　【背景技術(shù)】

　　[0002] 采用傳統(tǒng)方式制備高速鋼由于澆鑄過程冷卻速度緩慢，合金元素偏析嚴(yán)重，形成 粗大的晶粒及碳化物，即使經(jīng)過后續(xù)熱變形工藝，組織的不均勻情況也難以完全消除，由此 導(dǎo)致高速鋼的性能處于較低水平。

　　[0003] 為了抑制合金元素在工藝過程中的偏析以得到具有均勻組織形態(tài)的合金，最初 于上世紀(jì)70年代由美國(guó)Crucible開發(fā)了采用粉末冶金工藝制備高速鋼及工模具鋼的技 術(shù)，目前采用粉末冶金工藝制備高速鋼的生產(chǎn)廠家有奧地利B5hler，瑞典Uddeholm，法國(guó) Erasteel，日本日立金屬等。盡管粉末冶金工藝發(fā)展較為成熟，具備能力生產(chǎn)高品質(zhì)高速 鋼，但粉末冶金工藝實(shí)施工藝流程長(zhǎng)，生產(chǎn)成本和能源消耗高，導(dǎo)致產(chǎn)品價(jià)格昂貴。

　　[0004] 如何以較低的工藝成本提升產(chǎn)品品質(zhì)是當(dāng)前高速鋼制備需要解決的技術(shù)問題。噴 射成形工藝為解決這一問題提供了途徑。噴射成形是具備將鋼液快速冷卻成形的一種短流 程工藝，能夠解決傳統(tǒng)鑄鍛工藝制備過程中出現(xiàn)的合金元素偏析問題以及粉末冶金工藝流 程長(zhǎng)帶來成本增加問題。目前采用噴射成形工藝在低熔點(diǎn)合金制備方面已得到成功應(yīng)用， 在制備高熔點(diǎn)合金如高速鋼領(lǐng)域也已開展了研宄，取得了一些進(jìn)展。采用噴射成形工藝制 備高速鋼面臨的問題主要體現(xiàn)在隨著噴射成形錠材橫截面尺寸加大，噴射沉積過程中錠材 端部鋼液凝固速度相對(duì)降低，對(duì)于具有熔點(diǎn)溫度高、凝固溫度區(qū)間寬、相組成多等特點(diǎn)的高 速鋼，錠材局部容易出現(xiàn)合金元素偏析，形成粗大組織，從而影響產(chǎn)品品質(zhì)。

　　【發(fā)明內(nèi)容】

　　[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種組織均勻的噴射成形高速鋼。

　　[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明噴射成形高速鋼，其化學(xué)組分按質(zhì)量百分比計(jì)包括：c: 0· 85-1. 65%，Si :0· 1-1. 2%，Cr :3. 5-8. 0%，W :4. 0-6. 5%，Mo :4. 5-7. 0%，V :1. 0-4. 0%，Co : L 0-8. 0%，Mn :0· 2-0. 8%，Nb :0· 2-3. 5%，余量為鐵和雜質(zhì)。

　　[0007] 本發(fā)明基于噴射成形工藝特點(diǎn)設(shè)計(jì)合適的化學(xué)組分配比，通過調(diào)節(jié)C、Cr、W、Mo、V、 Nb、Co等主要合金元素含量，適當(dāng)增加高溫穩(wěn)定相的生成，減緩易粗化相生長(zhǎng)速度，抑制噴 射成形過程中合金元素偏析及組織粗化，實(shí)現(xiàn)噴射成形錠材組織的均一化，提高力學(xué)性能。

　　[0008] C元素不僅是碳化物的組成元素，而且固溶于基體，對(duì)基體起到強(qiáng)烈強(qiáng)化作用；碳 的含量至少大于0. 85%，以保證合金元素能夠充分析出，碳的最大含量不超過1. 65%，避免 導(dǎo)致基體韌性下降至過低，在上述范圍內(nèi)，能夠獲得最大硬度及韌性的配合。

　　[0009] Si元素不參與碳化物的形成，主要是作為一種脫氧劑和基體強(qiáng)化元素來使用，Si 過多會(huì)使基體韌性下降，本發(fā)明Si含量范圍是0. 1% < Si < 2. 0%。

　　[0010] Cr能夠促進(jìn)碳化物的析出，同時(shí)在基體的固溶具有提高淬透性的作用，本發(fā)明的 Cr 含量為 3. 5%-8· 0%。

　　[0011] W、Mo合金元素以碳化物M6C或M2C形式析出是高速鋼具有高硬度的關(guān)鍵，本發(fā)明 中 W 含量為 4. 0%-6. 5%，Mo 含量為 4. 5%-7. 0%。

　　[0012] V主要參與MC碳化物形成，對(duì)耐磨性能提高具有顯著作用，由于MC碳化物硬度高， 應(yīng)避免粗大MC碳化物形成，本發(fā)明V含量為I. 0%-4. 0%。

　　[0013] Nb的作用與V類似，主要參與MC碳化物形成，形成（V、Nb)C碳化物，Nb的添加能 夠改變C元素在不同碳化物中的分配，影響不同碳化物從鋼液中的析出過程，使碳化物粒 度細(xì)化，本發(fā)明Nb含量為0. 2%-3. 5%。

　　[0014] Co元素能夠促進(jìn)碳化物析出，提高高速鋼的紅硬性。本發(fā)明Co含量為I. 0%-8. 0%。

　　[0015] Mn的添加可以減少S有害作用，減少熱脆性，另外Mn可增加高速鋼的淬透性，在本 發(fā)明中的Mn含量范圍是0. 2%-0. 8%。

　　[0016] -方面添加適量Nb合金元素進(jìn)行合金化，提高液相區(qū)MC碳化物的穩(wěn)定性，更多C 參與MC碳化物形成，從而抑制W、Mo等合金元素在液相區(qū)與C反應(yīng)形成M6C碳化物，這一反 應(yīng)部分轉(zhuǎn)移至完全凝固的固相區(qū)發(fā)生；另一方面為了使M 6C碳化物有充分的析出量，保證高 速鋼有足夠的硬度，通過添加適量Co合金元素，促使M6C碳化物在固相區(qū)析出充分，同時(shí)析 出碳化物的生長(zhǎng)被抑制，碳化物粒度分布總體處于細(xì)小范圍，從而使本發(fā)明鋼具有足夠韌 性以滿足應(yīng)用需求。

　　[0017] 作為對(duì)上述方式的限定，所述化學(xué)組分中（MO+1/2W)按質(zhì)量百分比計(jì)為 6. 0%-10, 5%〇

　　[0018] 作為對(duì)上述方式的限定，所述化學(xué)組分中（V+l/2Nb)按質(zhì)量百分比計(jì)為 I. 0%-6. 0%。

　　[0019] 在上述化學(xué)組成中，W、Mo合金在形成碳化物類型方面具有相似作用，可以在所給 范圍內(nèi)相互部分替換，替換比率為l%Mo=2%W，（MO+1/2W)總量應(yīng)保持在6. 0%-10. 5%范圍內(nèi)； 同樣V和Nb在形成MC碳化物方面具有相似作用，在所給范圍內(nèi)可相互部分替換，替換比率 為l%V=2%Nb，（V+l/2Nb)總量應(yīng)保持在I. 0%-6. 0%范圍內(nèi)。

　　[0020] 作為對(duì)上述方式的限定，所述噴射成形高速鋼，其化學(xué)組分按質(zhì)量百分比計(jì)包括： C :0· 95-1. 50%，Si :0· 3-0. 6%，Cr :4· 0-6. 5%，W :4· 6-6. 0%，Mo :4· 8-6. 0%，V :1· 5-4. 0%，Co : L 0-6. 0%，Mn :0· 2-0. 6%，Nb :0· 5-2. 0%，余量為鐵和雜質(zhì)。

　　[0021] 作為對(duì)上述方式的限定，所述雜質(zhì)包括S，S < 0. 1%。

　　[0022] 作為對(duì)上述方式的限定，所述雜質(zhì)包括P，P < 0. 03%。

　　[0023] S為鋼中有害元素，過高的S導(dǎo)致高溫韌性降低，本發(fā)明S < 0. 1%。

　　[0024] P為鋼中有害元素，過高P導(dǎo)致低溫韌性降低，本發(fā)明P < 0. 03%。

　　[0025] 作為對(duì)上述方式的限定，所述噴射成形高速鋼的碳化物組成為M6C碳化物和MC碳 化物。

　　[0026] 作為對(duì)上述方式的限定，所述噴射成形高速鋼的碳化物至少80V〇1%碳化物尺寸 < 15 μ m〇

　　[0027] 本發(fā)明高速鋼合金元素的偏析被抑制在很小范圍之內(nèi)，表現(xiàn)為具有均一的顯微組 織結(jié)構(gòu)，碳化物形態(tài)主要為球狀顆粒，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，80%以上碳化物尺寸不大于15 μ m。

　　[0028] 綜上所述，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，獲得的噴射成形高速鋼具有均一的顯微組織 結(jié)構(gòu)，碳化物細(xì)小，分布均勻，具備優(yōu)異的硬度、沖擊韌性、抗彎強(qiáng)度等綜合力學(xué)性能，同時(shí) 易于進(jìn)行機(jī)械加工及磨削。本發(fā)明高速鋼通過噴射成形工藝制備，合金元素的偏析被抑制 在很小范圍之內(nèi)，制備工藝流程短，成本較低，適用于制造各種切削刀具，如車刀、滾銑刀、 拉刀及鉆頭等，可用來替代采用粉末冶金工藝制備的高速鋼。

　　【附圖說明】

　　[0029] 下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步詳細(xì)說明： 圖1為合金A鋼組織分析圖； 圖2為合金B(yǎng)鋼組織分析圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1. 1鋼組織分析圖。

　　【具體實(shí)施方式】

　　[0030] 實(shí)施例一 本實(shí)施例涉及一組噴射成形高速鋼，其化學(xué)組分如表1. 1所示： 表1. 1實(shí)施例一噴射成形高速鋼的化學(xué)組分表

　　【主權(quán)項(xiàng)】

　　1. 一種噴射成形高速鋼，其特征在于，其化學(xué)組分按質(zhì)量百分比計(jì)包括：c: 0? 85-1. 65%，Si :0? 1-1. 2%，Cr :3. 5-8. 0%，W :4. 0-6. 5%，Mo :4. 5-7. 0%，V :1. 0-4. 0%，Co : L 0-8. 0%，Mn :0? 2-0. 8%，Nb :0? 2-3. 5%，余量為鐵和雜質(zhì)。

　　2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射成形高速鋼，其特征在于：所述化學(xué)組分中（M0+1/2W)按 質(zhì)量百分比計(jì)為6. 0%-10. 5%。

　　3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射成形高速鋼，其特征在于：所述化學(xué)組分中（V+l/2Nb)按 質(zhì)量百分比計(jì)為I. 〇%_6. 0%。

　　4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射成形高速鋼，其特征在于，其化學(xué)組分按質(zhì)量百分 比計(jì)包括：C :0? 95-1. 50%，Si :0? 3-0. 6%，Cr :4. 0-6. 5%，W :4. 6-6. 0%，Mo :4. 8-6. 0%，V : L 5-4. 0%，Co :1. 0-6. 0%，Mn :0? 2-0. 6%，Nb :0? 5-2. 0%，余量為鐵和雜質(zhì)。

　　5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射成形高速鋼，其特征在于：所述雜質(zhì)包括S，S < 0. 1%。

　　6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射成形高速鋼，其特征在于：所述雜質(zhì)包括P，P < 0. 03%。

　　7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射成形高速鋼，其特征在于：所述噴射成形高速鋼的碳化 物組成為M6C碳化物和MC碳化物。

　　8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射成形高速鋼，其特征在于：所述噴射成形高速鋼的碳化 物至少80V〇1%碳化物尺寸< 15 y m。

　　【專利摘要】本發(fā)明涉及一種噴射成形高速鋼，其化學(xué)組分按質(zhì)量百分比計(jì)包括：C：0.85-1.65%，Si：0.1-1.2%，Cr：3.5-8.0%，W：4.0-6.5%，Mo：4.5-7.0%，V：1.0-4.0%，Co：1.0-8.0%，Mn：0.2-0.8%，Nb：0.2-3.5%，余量為鐵和雜質(zhì)。制得的噴射成形高速鋼具有均一的顯微組織結(jié)構(gòu)，合金元素的偏析被抑制在很小范圍之內(nèi)，碳化物細(xì)小且分布均勻，本發(fā)明噴射成形高速鋼具備優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，易于進(jìn)行機(jī)械加工及磨削。本發(fā)明高速鋼通過噴射成形工藝制備，制備工藝流程短，成本較低，適用范圍廣，可用來替代采用粉末冶金工藝制備的高速鋼。

　　【IPC分類】C22C38-30

　　【公開號(hào)】CN104878301

　　【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510249129

　　【發(fā)明人】吳立志, 李小明, 楊云峰, 況春江, 辛棟梅, 邵立青, 方玉誠(chéng)

　　【申請(qǐng)人】河冶科技股份有限公司

　　【公開日】2015年9月2日