一种超硬含铝高速钢制造技术

本发明专利技术涉及一种高碳高速钢，尤其是一种同时含有铝、稀土元素、钛、硼的超硬含铝高速钢。它克服或改善了现有含铝高速钢普遍存在的混晶，碳化物颗粒粗大，夹杂物偏多，存在相当数量的游离铁素体等金相组织缺陷，使得该钢的红硬性、耐磨性、高温塑性、常温韧性均比现有含铝高速钢更为优良。尤其是用该钢制作的切削刃具的使用寿命值，使用寿命值分散度等更能满足大规模机械加工的要求。特别适用于制作切削不锈钢、高温合金、调质合金钢等难切削金属材料的切削刃具。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高碳高速钢，尤其是一种同时含有铝、稀土元素、钛、硼的超硬含铝高速钢。该钢主要用途是制作机用切削刃具，用于切削不锈钢，高温合金及调质合金钢等难切削金属材料。在通常情况下，制作用于切削不锈钢、高温合金及调质合金钢等难切削金属材料的机用刃具大多采用以M42为代表的钴系高速钢，由于钴系高速钢必须加入高达5-12％(重量％)的钴，而钴的价格非常昂贵，使钴系高速钢的成本无法降低。世界各国都力图寻求一种在性能上能够替代钴系高速钢而成本却更低的新型高速钢，含铝高速钢就是其中之一。现行国家标准GB9943-88提供了一种含铝高速钢，其代表牌号为W6Mo5Cr4V2Al，简称M2Al。该钢用廉价的铝取代昂贵的钴，使这种含铝高速钢的成本比钴系高速钢大幅度降低，用这种含铝高速钢制作的机用刃具切削不锈钢、高温合金、调质合金钢等难切削金属材料，其单件刃具的切削性能与钴系高速钢相当。但这种含铝高速钢存在着致命的不足，主要表现在易于出现混晶、碳化物颗粒粗大、夹杂物偏多及存在相当数量的游离铁素体等金相组织缺陷，导致用该钢制作的切削刃具的使用寿命不稳定，使用寿命值的分散度大，不能很好地满足大工业生产对切削刃具使用寿命值，使用寿命值分散度的要求，因此限制了这种含铝高速钢的应用范围及使用价值，尤其是使得用这种含铝高速钢制作的刃具在使用中受到限制。本专利技术的目的是要避免上述现有技术的不足之处，提供一种超硬含铝高速钢。这种超硬含铝高速钢的成本与现有含铝高速钢相当，大大低于钴系高速钢，同时这种超硬含铝高速钢克服或改善了现有含铝高速钢存在的混晶、碳化物颗粒粗大、夹杂物偏多以及存在相当数量的游离铁素体等金相组织缺陷。用这种超硬含铝高速钢制作的切削刃具的使用寿命值、使用寿命值分散度等关键指标均大大优于现有含铝高速钢，能很好地满足制作用于切削不锈钢、高温合金及调质合金钢等难切削金属材料刃具的要求。本专利技术的设计思想是在以碳、钨、钼、铬、钒等基本元素组成的高碳高速钢中同时加入铝、稀土元素、钛和硼，通过这些合金元素的微合金化作用使之达到消除或改善现有含铝高速钢存在的混晶、碳化物颗粒粗大、夹杂物偏多、游离铁素体数量较多等金相组织缺陷，进而使钢的红硬性、耐磨性、高温塑性及常温韧性得到提高，表现在用该钢制作的切削刃具的使用上，就是使这种刃具的使用寿命值，使用寿命值分散度有明显的改进。本专利技术超硬含铝高速钢的化学成份为(重量％)碳0.90-1.35％ 钨5.50-6.50％ 钼4.50-5.50％ 铬3.50-4.50％钒1.65-2.20％ 铝0.80-2.00％ 稀土0.005-0.20％钛0.05-0.30％ 硼0.001-0.05％ 余为铁及杂质各化学元素的作用及运用原则如下碳碳是高速钢基本元素之一，它和钢中碳化物形成元素相结合形成各种合金碳化物并通过热加工和热处理使其合理分布，对高速钢的各项性能产生最基本的影响。含碳量过低将使钢的耐磨性和切削性能降低，含碳量过高又会降低钢的韧性和锻造性能，并在淬火加热时产生各种不良组织，造成各项性能下降。本专利技术超硬含铝高速钢规定碳的含量为0.90-1.35％。(重量％)钨钨在高速钢中是形成碳化物的主要合金元素之一，在原始退火状态下形成M6C，淬火时部份溶解，回火时以M2C状态析出，产生二次硬化作用。部份钨留在回火后的α相中提高钢的回火稳定性。余下的M6C碳化物达到细化晶粒的作用。本专利技术超硬含铝高速钢规定钨的含量为5.50-6.50％。(重量％)钼钼在高速钢中的作用与钨类似，也是形成合金碳化物的主要合金元素之一。能形成MeC和M23Ce等碳化物。同时，钼也是铁素体形成元素；能提高钢的ACl点、降低Ms点、强化基体、提高再结晶温度、降低回火脆的敏感性及增加回火稳定性，并能细化共晶莱氏体。本专利技术超硬含铝高速钢规定钼的含量为4.50-5.50％。(重量％)铬铬也是高速钢中形成碳化物的主要合金元素之一，它在钢中的作用是提高钢的淬透性、回火硬度、抗氧化性及抗腐蚀能力。但铬的加入会降低钢的冷、热塑性。本专利技术超硬含铝高速钢规定铬的含量为3.50-4.50％。(重量％)钒钒在高速钢中是最稳定的形成碳化物元素之一，大部份形成VC或V4C3，在高温淬火时少部份溶入奥氏体，在回火时产生硬化作用。保留下来的VC增加钢的耐磨性能。本专利技术超硬含铝高速钢规定钒的含量为1.65-2.20％。(重量％)铝铝是固溶于基体中的元素。其作用是1、促进弥散碳化物析出，延缓其长大，起到提高钢的红硬性的作用。2、增大碳化物开裂的临界尺寸，降低因碳化物颗粒粗大而使刃具提前崩刃的倾向。3、有效地降低钢材表面磨擦系数，减少因被切削工件与刃具的粘连作用而导致的刃具破坏。由于铝的加入会导致混晶、碳化物颗粒粗大、夹杂物偏多以及游离铁素体数量增多等金相组织缺陷，因此应当严格控制铝的加入量。本专利技术超硬含铝高速钢规定铝的含量为0.80-2.00％。(重量％)稀土元素稀土元素加入的作用在于1、阻止弥散碳化物的聚集长大，进一步提高钢的红硬性。2、使由于铝的加入而出现的碳化物粗大颗粒得到细化，进一步降低刃具提前崩刃的倾向。3、在钢的冶炼过程中起到脱硫及夹杂物改性作用，提高钢的高温塑性及常温韧性，降低由于夹杂物的存在而造成刃具提前崩刃的有害作用。4、提高钢的抗氧化性。本专利技术超硬含铝高速钢规定稀土的含量为0.005-0.20％。(重量％)钛钛与钢中的碳、氮形成稳定的碳、氮化合物，它作为一种非自发核心，起到细化因铝的加入而出现的粗晶组织的作用。达到消除混晶，细化晶粒的目的。同时钛的加入使这种超硬含铝高速钢在1200-1240℃较宽的淬火温度范围内均不会发生晶粒粗化，也不会因重新淬火或重新加热而出现粗晶，这样既减少了刃具制造过程中的热处理变形，也避免了因晶粒粗大而引起的刃具崩刃。因此，无论是冶金厂还是刃具制造厂，均无需再通过高温退火来细化晶粒，减少了生产工艺的难度，降低了生产工艺成本。另一方面，过多的钛将会导致浇注时渣铁不分，形成皮下夹杂，降低钢的铸锭质量，进而影响锻造质量。因此，本专利技术超硬含铝高速钢规定钛的含量为0.05-0.30％。(重量％)硼硼加入钢中的主要作用是1、抑制铁素体核在奥氏体晶界及硫化物相界的长大，降低由于钢中加入铝而产生的游离铁素体数量，减少刃具使用时在游离铁素体区发生的崩刃现象。2、减少游离铁素体区将扩大奥氏体区，改善碳分布的均匀性，减少由于残余奥氏体分解不充分而对钢的工艺性能及使用寿命的不利影响。本专利技术超硬含铝高速钢规定硼的含量为0.001-0.05％。(重量％)本专利技术超硬含铝高速钢同时加入上述合金元素的综合作用是在保持现有含铝高速钢优良特性的基础上，通过同时加入适量铝、稀土、铁、硼等合金元素进行微合金化，克服或改善现有合铝高速钢存在的混晶、碳化物颗粒粗大、夹杂物偏多及存在相当数量的游离铁素体等金相组织缺陷，达到进一步提高钢的红硬性、耐磨性、高温塑性和常温韧性的目的。进而提高刃具使用寿命值，减小刃具使用寿命值分散度。本专利技术超硬含铝高速钢的制造方法为原材料为高速钢返回料、工业纯铁、铝块、稀土、钼铁、钛铁、钨铁、钒铁、铬铁及硼铁等。采用电弧炉或感应炉冶炼。钢锭经锻造、轧制获得成品钢材。本专利技术超硬含铝高速钢生产工艺与现有含铝高速钢基本相同。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高碳高速钢，其特征在于该钢的化学成份为：（重量％）碳：０．９０－１．３５％ 钨：５．５０－６．５０％ 钼：４．５０－５．５０％ 铬：３．５０－４．５０％钒：１．６５－２．２０％ 铝：０．８０－２．００％ 稀土：０．００５－０．２０％ 钛：０．０５－０．３０％ 硼：０．００１－０．０５％ 余为铁及杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘荣运，赵拓山，肖纪美，朱逢吾，
申请(专利权)人：重庆特殊钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]