專利名稱：無(wú)Co超硬型高速鋼的制作方法

　　技術(shù)領(lǐng)域：

　　本發(fā)明涉及的是一種鋼材，具體地說(shuō)是一種超硬型高速鋼。

　　背景技術(shù)：

　　高速鋼分為通用型和超硬型，本發(fā)明專利屬無(wú)Co超硬型。通用型用于制造一般通用各種刀具，而超硬型用于制造高性能、長(zhǎng)壽命、高速度和精密、多刃、成型的切削工具。對(duì)于高溫合金、耐熱鋼、高碳軸承鋼及高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼等，許多具有較高硬度的材料，由于其加工難度大，要求刀具材料綜合性能優(yōu)良，尤其硬應(yīng)達(dá)到HRC67-70(通用型HRC62-66)，加工上述難加工材料必須用超硬型高速鋼刀具，歸納國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的有二大類1、含Co類，代表性鋼號(hào)美國(guó)ASTM600-99中M42(W2Mo9Cr4VCo8) M41(W7Mo4Cr4V2Co5)M36(W6Mo5Cr4V2Co8) M35(W6Mo5Cr4V2Co5)含Co類高速鋼具有優(yōu)良的超硬性、紅硬性、可磨削性，國(guó)內(nèi)也早已生產(chǎn)，但由于其熱加工塑性差、工藝性能不良、易氧化脫C等問(wèn)題，使鋼材成材率及刀具成品率很低，尤其含Co量在5％以上，Co是戰(zhàn)略短缺金屬，目前時(shí)價(jià)44萬(wàn)元/噸，價(jià)昂貴，造成鋼材成本高，售價(jià)貴，難于推廣應(yīng)用。

　　2、無(wú)Co類，代表性鋼號(hào)中國(guó)GB/T9943-88中M2Al(W6Mo5Cr4V2Al)是在美國(guó)ASTMA600-99中M2鋼的基礎(chǔ)上添加1％Al。

　　我國(guó)研制的無(wú)Co超硬型高速鋼，有良好的使用性能，很受用戶的歡迎，但冶金廠深吃苦頭，普便不愿生產(chǎn)，原因是冶金廠生產(chǎn)過(guò)程中工藝性能不良，Al熔點(diǎn)低(660℃±)，易氧化、燒損，煉鋼過(guò)程中加入Al后生成大量氧化物，使Al收得率不穩(wěn)，影響成品化學(xué)成分的穩(wěn)定性，鋼中溶于大量Al2O3夾雜物，鋼錠表面不良，不易修磨，鋼材易氧化脫C，修磨量大，成材率低，至使成本高于M2鋼。

　　發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種性能水平近于和達(dá)到含Co高速鋼，達(dá)到或超過(guò)無(wú)Co超硬高速鋼M2Al，并且生產(chǎn)工藝性能優(yōu)良，熱加工塑性、熱處理工藝優(yōu)于含Co高速鋼及M2Al，在超硬型高速鋼中成材率最高，成本最低的無(wú)Co超硬型高速鋼。

　　本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它的重量比組成為碳1.00-1.20、鎢6.50-7.50、鉬3.50-5.00、鉻3.50-4.50、釩1.60-2.20、硅0.60-1.20、錳0.20-0.60、氮0.04-0.10和余量的鐵。

　　本發(fā)明定位于無(wú)Co超硬型高速鋼，是因?yàn)楸景l(fā)明產(chǎn)品中不合Co，而性能水平近于和達(dá)到含Co高速鋼，達(dá)到或超過(guò)無(wú)Co超硬高速鋼M2Al，并且生產(chǎn)工藝性能優(yōu)良，熱加工塑性、熱處理工藝優(yōu)于含Co高速鋼及M2Al，在超硬型高速鋼中成材率最高，成本最低。

　　本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在1、本發(fā)明產(chǎn)品中不含Co為什么還能近于和達(dá)到含Co鋼水平？提高Si含量加N是本發(fā)明產(chǎn)品的新亮點(diǎn)，用Si、N代替Co可達(dá)到事半功倍的效果。Si在地球廣泛存在，資源豐富，F(xiàn)eSi是鐵合金中最便宜的，可顯著降低成本并節(jié)省大量昂貴的Co。

　　含Co高速鋼熱塑性差，Co含量越高，越難加工，成材率越低，本發(fā)明專利不含Co易于生產(chǎn)，熱加工塑性、工藝性能、鋼錠成材率及刀具成品率均優(yōu)于含Co類，在當(dāng)前世界性Co短缺情況下，節(jié)省資源，降低成本，推出新產(chǎn)品更具有經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略意義。

　　2、本發(fā)明專利達(dá)到和超過(guò)無(wú)Co超硬高速鋼M2Al質(zhì)量水平，并且克服掉了M2Al工藝性能不良，大量Al2O3夾雜物難于消除，鋼錠表面不良，成材率低，鋼材易氧化脫C，成本高等缺點(diǎn)。

　　本發(fā)明專利的主要技術(shù)特征體現(xiàn)在1、目前原材料持續(xù)漲價(jià)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，售價(jià)高用戶不接受，本發(fā)明高性能、價(jià)格低廉，成本是超硬型高速鋼中最低的鋼號(hào)。

　　2、冶煉時(shí)利于操作，化學(xué)成分易于控制，確保成品結(jié)果穩(wěn)定。

　　3、工藝性能良好易于鍛造、軋制、拔絲，且不易脫C，成材率高。

　　4、可磨削性、強(qiáng)度、韌性、紅硬性均不低于M2、M2Al。

　　5、淬回火硬度不低HRC67。

　　本發(fā)明產(chǎn)品成分設(shè)計(jì)，正體方案及理論依據(jù)1、本發(fā)明專利確定為W-Mo系，W、Mo是高速鋼的必要元素，能與C形成碳化物，是形成碳化物的主要元素。高速鋼特征就是含有大量碳化物，在淬火時(shí)因溶于基體中，在回火時(shí)析出細(xì)小彌散分布的碳化物，從而起到提高硬度、紅硬性、高溫硬度等作用。在鋼中1％W與2％Mo的作用相當(dāng)，因此可以在一定的范圍內(nèi)按此關(guān)系改變W、Mo配比，而基本不改變鋼的性能。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)W、Mo配比合適，W-Mo系比單一W系或Mo系綜合性能好，所以在保證綜合性能前提下，盡力節(jié)省資源，降低成本，確定鎢當(dāng)量(W+2Mo)＝15。

　　2、Cr是高速鋼中重要元素，作用機(jī)理是一部分Cr在淬火、回火狀態(tài)下，固溶于碳化物及基體中，起到固溶強(qiáng)化作用，大部分Cr與C形成碳化物，并且能保證高速鋼的淬透性，抗氧化、耐腐蝕性等。但Cr過(guò)高時(shí)，對(duì)熱塑性有不良影響，所以本發(fā)明專利按常規(guī)含量統(tǒng)一為4％。

　　3、V是高速鋼中重要的碳化物形成元素，V與C結(jié)合力很強(qiáng)，易生成VC型碳化物，顆粒細(xì)小，彌散在鋼中，可以控制鋼在淬火時(shí)的晶粒度，細(xì)化晶粒，并且可提高耐磨性，高溫性能。但V含量超過(guò)2％時(shí)，將會(huì)降低鋼的可磨削性，使刀具難于磨削，因此本發(fā)明專利加入量不超過(guò)2％。

　　4、Si不作為主要元素在鋼中有一定含量，能起到良好的脫氧作用，，減少鋼中氣體夾雜含量。Si作為主要元素已廣泛應(yīng)用于彈簧鋼、結(jié)構(gòu)鋼等，高速鋼已有部分鋼號(hào)應(yīng)用，本發(fā)明專利在高合金高速鋼中提高Si含量加N是該鋼號(hào)的新亮點(diǎn)。

　　提高Si含量能在高速鋼中減少大塊和棒狀碳化物促使鋼液凝固時(shí)形成的對(duì)性能有害的M2C再次加熱時(shí)分解為M6C、MC，即 細(xì)化碳化物，提高韌性。

　　Si在鋼中超飽和滲碳時(shí)，在滲碳層形成細(xì)小且分布均勻的碳化物和氮化物SiC、Si3N4，提高紅硬性及淬火時(shí)的硬度，細(xì)化回火時(shí)析出的二次碳化物，使回火硬度升高，顯著提高二次硬化效果，從而改善切削性能及可磨削性能，1％Si可相當(dāng)2％Co的作用。

　　5、N在高速鋼中的作用與C相似，可以代替一部分C，加N后的高速鋼再次加熱時(shí)，能促進(jìn)M2C型共晶碳化物分解轉(zhuǎn)變?yōu)镸6C、MC，有和Si相同的功能，提高硬度、紅硬性、韌性，并能提高淬火溫度，降低過(guò)熱敏感性，從而改善鋼的性能，提高切削性能。

　　在高速鋼中主要是Cr、V、Si吸收N，形成彌散細(xì)小的氮化物，存在于復(fù)合碳化物中，在復(fù)合碳化物中置換一部分C原子，而形成氰化物相，而另一部分溶于奧氏體中，由于N增多了氰化物相和氮化物，有效的阻止晶粒長(zhǎng)大，可細(xì)化晶粒，成品鋼中含有0.04％N就可以提高淬回火硬度HRC0.5-1.0。

　　6、Mn在鋼中有一定的含量起到脫氧作用，減少鋼中氣體、夾雜物。有足夠的Mn可以消除S的有害作用，即S的熱脆性，提高熱塑性，使低熔點(diǎn)的FeS(985℃)變成高熔點(diǎn)的MnS(1620℃)。Mn在高速鋼中有害的一面與Ni相似，可增多殘留奧氏體量，增加回火工藝過(guò)程的困難，過(guò)熱敏感性大，過(guò)量的Mn能促進(jìn)加熱時(shí)晶粒長(zhǎng)大，含量超過(guò)0.6％時(shí)有害影響明顯，主要降低了高溫硬度，因此在高速鋼中Mn不能過(guò)分提高，在我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中一般≤0.40％。提高熱塑性的最好辦法是降低鋼中S含量，S越低越好，稍提高M(jìn)n，使Mn/S≥40，顯著改善塑性，本發(fā)專利可達(dá)到。

　　7、C是高速鋼中必要，是最主要的元素，C與W、Mo、Cr、V等元素形成復(fù)合碳化物，靠這些復(fù)合碳化物提高硬度、紅硬性、耐磨性等。C低會(huì)使這些元素不能充分形成碳化物，浪費(fèi)資源又降低性能。增加C會(huì)提高硬度，若過(guò)高溶于基體，C過(guò)多會(huì)使韌性下降，增加脆性，刀具易崩刃，因此本發(fā)明專利采用先進(jìn)的C、N飽和度計(jì)算方法來(lái)確定合適的C含量，按steven公式計(jì)算(1)中限平衡C值CP＝0.033W+0.063Mo+0.06Cr+0.2V＝1.129(2)中限C、N飽和度值A(chǔ)c,N=Cs+NCp=1.054]]>從而確定本發(fā)明鋼號(hào)C含量范圍在1.00-1.20％，在此范圍內(nèi)可保證有足夠的一次、二次碳化物，確保鋼的硬度、紅硬性、高溫硬度、耐磨性、韌性等綜合性能良好。

　　(四)具體實(shí)施方案下面舉例對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的描述按照下表所列成分范圍配制原料

　　原料配制好之后，按照電弧爐冶煉的方法冶煉制成超硬型高速鋼。

　　權(quán)利要求

　　1.一種無(wú)Co超硬型高速鋼，其特征是它的重量比組成為碳1.00-1.20、鎢6.50-7.50、鉬3.50-5.00、鉻3.50-4.50、釩1.60-2.20、硅0.60-1.20、錳0.20-0.60、氮0.04-0.10和余量的鐵。

　　全文摘要

　　本發(fā)明提供的是一種無(wú)Co超硬型高速鋼。它的重量比組成為碳1.00－1.20、鎢6.50－7.50、鉬3.50－5.00、鉻3.50－4.50、釩1.60－2.20、硅0.60－1.20、錳0.20－0.60、氮0.04－0.10和余量的鐵。本發(fā)明產(chǎn)品中不含Co，而性能水平近于和達(dá)到含Co高速鋼，達(dá)到或超過(guò)無(wú)Co超硬高速鋼M

　　文檔編號(hào)C22C38/24GK1811003SQ20051000967

　　公開(kāi)日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2005年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月28日

　　發(fā)明者王漢光 申請(qǐng)人:王漢光