经济高速钢制造技术

本发明专利技术属于合金钢领域。主要适用于制造切削工具、高性能冷热模具和耐磨机械零部件等。本发明专利技术在钢中使用了较多的碳化物形成元素Ｃｒ，节约使用Ｗ和Ｍｏ等昂贵而稀缺的元素。本发明专利技术的化学成分（重量％）为：Ｃ０．７０－１．２０，Ｗ０．６０－４．５０，Ｍｏ０．６０－４．００，Ｃｒ５．００－１０．００，Ｖ０．６０－１．５０，Ｓｉ０．３０－１．５０，Ｍｎ０．１０－０．４０，Ｓ≤０．０３，Ｐ≤０．０３，Ａ１０．０１０－１．２０，其余为Ｆｅ还可以加入Ｔｉ≤０．３，Ｎｂ≤０．３，ＲＥ≤０．０５％，或这后三种元素中的两种或一种。本发明专利技术不仅具有较高的硬度、红硬性和抗弯强度，并且淬火奥氏体晶粒度较细，韧性和塑性较好。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于合金钢领域。主要适用于制造切削工具、高性能冷热模具和耐磨机械冷部件等。高速钢的主要合金元素有W、Mo、V和Cr等，它们都是碳化物形成元素，在一定的条件下，在钢中都能生成莱氏体。在W系和W含量高的钢中，共晶碳化物主要是M6C；在Mo系和Mo含量高的钢中，共晶碳化物主要是M2C；在V含量高的钢中，会生成MC共晶碳化物；在Cr含量高的钢中，可能有M7C3共晶碳化物生成。经过热加工之后，共晶碳化物被破碎成颗粒状分布在钢材中，这些碳化物通常称为一次碳化物。大量碳化物的存在是高速钢组织的重要特征，使钢具有较高的硬度和耐磨性，并保证了钢的淬火奥氏体晶粒度较细，因此使钢的韧性较好。在现有的各类高速钢中，尽管W、Mo和V等元素的成分都在较大的范围内变动，但只有Cr的成分变动很小，在各高速钢中Cr的含量都是4％左右，因此在现有的高速钢中未发现有以Cr为主的共晶碳化物M7C3的存在，仅在退火状态的钢中，才有以Cr为主的二次碳化物M23C6或M23C6及M7C3从奥氏体基体中析出。W、Mo和V都是昂贵而稀缺的元素，在高速钢中W和Mo的含量都较高(在有些钢中V的含量也高)，因此高速钢的成本高，价格高。为了节约使用W和Mo，降低钢的成本，曾先后专利技术了一些低合金高速钢种，它们的共同特点是把钢中的W和Mo的含量降低，并加入了较高的C和Si，以保证钢仍然有较高的硬度。但是由于W、Mo含量降低，使碳化物形成元素的含量减少，从而使钢中的碳化物数量减少，因此钢的淬火奥氏体晶粒度变粗，使钢的韧性下降，对钢的使用性能产生了不利的影响。这是低合金高速钢普遍存在的问题。Cr是碳化物形成元素，并且Cr的价格比W、Mo和V低很多。因此设想，当钢中的W和Mo的含量减少时，如果能适当地增加Cr含量，则仍能保持钢中有较多的碳化物形成元素，因而使钢中仍然有较多的合金碳化物。这样既降低了钢的成本，又能使钢的奥氏体晶粒度较细，韧性较好，并保证钢仍有较高的硬度和耐磨性。在钢中加入较高Cr的可能性是存在的，分析其原因主要有以下两点①Cr含量增加之后，在钢的一次碳化物中将会有M7C3生成，而M7C3碳化物的硬度高于M6C，前者为HV2300，后者为2060，因此当部分M7C3碳化物替代了部分M6C之后，仍能保持钢的性能。②新近的研究结果表明，在高速钢淬火之后的回火过程中，从淬火马氏体基体中弥散析出的、能使钢产生二次硬化的碳化物MC和M2C之中，都含有较多的Cr，因此说明，Cr对高速钢的二次硬化也有重要的贡献。根据以上两点原因，在高速钢中加入较多的Cr以替代部分的W和Mo是可行的。然而，必须注意以下两个问题①Cr的含量及Cr与W、Mo和V等元素的配比应适当，做到既能降低钢的成本，又能使钢的组织和性能较好，满足要求。②选择恰当的生产工艺，特别是热处理工艺，才能使钢获得所需要的性能。专利号为ZL93108767.8的中国专利提供了一种无W的低合金高速钢，V含量较高，经过热处理之后，该钢有较高的硬度和红硬性。但该钢是Mo系钢，氧化和脱碳倾向严重；该钢Si含量低，M2C碳化物不易分解转变，致使钢中存在有粗大的M2C角状颗粒，对钢的性能不利；由于RE元素含量过高，致使钢中的夹杂物较多；因为该钢的V含量较高，所以增加了钢的成本。本专利技术的目的是提供经济高速钢，使钢的成本显著降低，综合性能良好，特别是奥氏体晶粒度较细，韧性较好。根据本专利技术的目的，所采用的主要技术方案是适当增加钢中的Cr含量，降低W、Mo和V等元素的含量，采用恰当的生产工艺，使钢具有较高的硬度、红硬性和抗弯强度，淬火奥氏体晶粒度不低于10级，钢的韧性较好，成本明显降低。本专利技术经济高速钢的化学成分范围如下(重量％)C0.70-1.20,W0.60-4.50,Mo0.60-4.00,Cr5.00-10.00,V0.60-1.50,Si0.30-1.50,Mn0.10-0.40,S≤0.03,P≤0.03,Al0.01-1.20，其余为Fe，还可以加入Ti≤0.3,Nb≤0.3,RE≤0.05,或这后三种元素中的两种或一种。C是高速钢的基本元素，含量较高。C与钢中的W、Mo、Cr和V等元素结合生成合金碳化物，使钢具有较高的硬度、红硬性和耐磨性等良好的使用性能。C含量的高低对钢的性能影响很大，通常是参照平衡碳值来配比钢的碳含量。通用高速钢的碳含量比平衡碳值低，一些特种高速钢的碳含量与平衡碳值相当，而低合金高速的碳含量一般都比平衡碳值高。W和Mo都是强碳化物形成元素，是高速钢的主要合金元素，对钢的二次硬化起重要的作用，对钢的硬度、红硬性和耐磨性以及晶粒度等影响很大。通常认为1％Mo(重量)的作用约相当于1.4-2％W(重量)。在W系和W含量高的高速钢中，铸态共晶碳化物主要是M6C，在钢材中的一次碳化物颗粒也主要是M6C。在WMo系钢中，铸态共晶碳化物主要是M2C，它是亚稳碳化物，在热加工和热处理过程中，M2C发生分解，转变成M6C及少量MC两种碳化物，因此钢材中的一次碳化物颗粒也主要是M6C。在Mo系和Mo含量高的高速钢中，铸态共晶碳化物主要是M2C，在热加工和热处理过程中，M2C也发生分解转变，但转变很难进行彻底，所以在钢材中仍残留有一部分M2C颗粒。在淬火之后的回火过程中，弥散细小的M2C碳化物从淬火马氏体基体中析出，与基体保持共格关系，对钢的二次硬化贡献很大，无论W系、WMo系或Mo系钢都是这样。V是强碳化物形成元素，对钢的二次硬化能起重要的作用，对钢的硬度、耐磨性、耐热性和晶粒度等的影响很大。V的一次碳化物是MC，其硬度很高，约为2840Hv。在淬火之后的回火过程中，弥散细小的MC碳化物与M2C一起从淬火马氏体基体中析出，与基体保持共格关系，对钢的二次硬化贡献很大。Cr是碳化物形成元素，能提高钢的淬透性、耐蚀性和抗氧化性能等。在现有的各类高速钢中，Cr的含量都是4％左右，一般不形成以Cr为主的一次碳化物，但在M6C、M2C和MC等一次碳化物中都含有一定量的Cr。在退火过程中有以Cr为主的二次碳化物M23C6或M23C6和M7C3从奥氏体基体中析出。在淬火之后的回火过程中，从淬火马氏体基体中弥散析出的、与基体保持共格关系的碳化物M2C和MC之中，都溶解有一定数量的Cr，由此可见Cr对高速钢的二次硬化也有间接的重要的作用。当Cr含量更高时，在钢的一次碳化物中会有以Cr为主的碳化物M7C3生成，该碳化物硬度高于M6C，对钢的硬度、耐磨性和细化晶粒等都能起良好的作用。Nb和Ti都是强碳化物形成元素，在钢中能生成MC型碳化物，能够细化晶粒，增加耐磨性，但无二次硬化作用。在钢中含量高时，会使MC碳化物变粗，Ti还易生成夹杂物，因此不宜多用。RE能改善钢的热塑性，因而能提高成材率。但加入量应适当，过高加入会使夹杂物增多，对钢的性能不利。本专利技术中的Cr含量为5-10％，比现有高速钢中的Cr含量高，因此在钢的一次碳化物中有一定数量的M7C3，对钢的硬度、耐磨性和细化晶粒、改善韧性等能起良好的作用。适当地降低了钢中的W、Mo和V等昂贵而稀缺元素的含量，使钢的成本显著下降。本专利技术除了C、W、Mo、Cr和V之外，还适量加入了Al,Al能提高钢的耐热性和韧性。本专利技术还加入了一定量的Si，以提高钢的硬度和促进M2C碳化本文档来自技高网...

【技术保护点】
经济高速钢，其特征在于它的化学成分（重量％）为：Ｃ０．７０－１．２０，Ｗ０．６０－４．５０，Ｍｏ０．６０－４．００，Ｃｒ５．００－１０．００， Ｖ０．６０－１．５０，Ｓｉ０．３０－１．５０，Ｍｎ０．１０－０．４０，Ｓ≤０．０３，Ｐ≤０．０３，Ａｌ０．０１－１．２０，其余为Ｆｅ，还可以加入Ｔｉ≤０．３，Ｎｂ≤０．３，ＲＥ≤０．０５，或这后三种元素中的两种或一种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹道乐，罗迪，
申请(专利权)人：尹道乐，罗迪，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]