一种高钒高速钢球形微粉及其制备方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种高钒高速钢球形微粉及其制备方法和装置，其质量百分比为：C，1.0～4.0％；V，3.0～13％；Si，0.2～1.2％；Cr，2.0～12％；Mo，3.0～10.0％；Ta，0.05～2.0％；余量为Fe。所述高钒高速钢球形微粉的制备方法步骤包括原材料准备、中频炉熔化、预脱氧、二次加料、终脱氧、变质处理、雾化造粒、筛分处理等。所述的雾化造粒，采用惰性气体雾化与离心雾化相结合的方法进行充分的雾化造粒。本方法具有球形微粉一次收率高、粒径分布窄且可调控的优点，制得的高钒高速钢球形微粉产品具有球形度好、含氧量低的特点。

A high vanadium high speed steel spherical powder and its preparation method and device

【技术实现步骤摘要】
一种高钒高速钢球形微粉及其制备方法和装置
本专利技术涉及增材制造和激光熔覆用金属合金微粉制备领域，具体涉及一种高钒高速钢球形微粉及其制备方法和装置。
技术介绍
高速钢作为一种重要的工具钢得到了广泛的应用，例如，钢铁冶金行业的热轧轧辊、高速切削刀具钻头用工具钢、铁路道岔高温压制用模具、煤矿开采用钻头、高端轴承等都要用到高速钢。高速钢通常可分为钨系高速钢和钼系高速钢，但随着高速钢应用范围的不断扩大，对其红硬度、耐磨性的要求越来越高，高钒高速钢中由于钒和碳含量较高，使合金中形成大量细小又极硬的MC型碳化物，与其他高速钢相比，其红硬度和耐磨性更高，成为高速钢的一个重要发展方向。对于高性能的高钒高速钢尤其是复杂结构工件的制造，采用增材制造技术和激光熔覆技术具有明显的优势。与传统的机加工工艺相比，金属合金构件增材制造技术是微粉材料经激光熔化后逐层累加的方法制造产品，因不受零件的几何形状限制、研发时间短、人力成本低、无需前处理和后处理工艺等，使其成为一个非常有潜力的技术；激光熔覆技术是通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层，可以显著提高金属材料的表面耐磨、耐蚀、耐高温、抗氧化等性能，是一种经济效益较高的表面改性技术。为了获得优质的高钒高速钢成形件，除工艺、设备和软件等重要条件外，用于增材制造和激光熔覆的低氧含量、球形度好的高钒高速钢球形微粉的制造显得尤为重要。由于高钒高速钢生产原料中涉及的钒和钽在600℃以上极易被氧化，所以高钒高速钢微粉制造过程中如何降低产品中的氧含量是一个较难解决的问题。另外，由于含钒量较高的高速钢熔融液的表面张力与普通钢和含钨高速钢具有明显的差异，提高微粉的球形度也是一个难题。
技术实现思路
本专利技术为解决目前技术中存在的问题，本专利技术采用以下技术方案予以实现：本专利技术一种高钒高速钢球形微粉，其各元素质量百分比为：C，1.0～4.0％；V，3.0～13％；Si，0.2～1.2％；Cr，2.0～12％；Mo，3.0～10.0％；Ta，0.05～2.0％；余量为Fe。优选的，其各元素质量百分比为：C，2.0～3.0％；V，5.0～10％；Si，0.4～0.8％；Cr，4.0～9.0％；Mo，5.0～8.0％；Ta，0.1～1.0％；余量为Fe。一种高钒高速钢球形微粉的制备方法，包括以下步骤：a.原材料准备：选取金属和合金原料，包括生铁、废钢、钒铁、低碳铬铁、钼铁和钽铁，进行水洗和超声波清洗，去除原料表面的杂质，干燥后得到待熔化的金属合金原料；b.中频炉熔化：计算各待熔化的金属合金原料的用量并称重，首先将称重后的生铁、废钢、低碳铬铁、钼铁放入中频感应熔化炉中，开启感应熔化炉电源，开始对炉内金属进行加热至熔融；c.预脱氧：向熔融液中加入原料总质量0.5～1.5％的硅铝钡钙铁脱氧剂，作为预脱氧剂进行预脱氧、脱硫和脱磷，然后继续升高温度至1600℃；d.二次加料和终脱氧：向熔融液中加入称重好的钒铁和钽铁，保持2～5分钟，再向熔融液中加入原料总质量0.1～0.3％的纯铝，进行终脱氧，得到钢熔融液；e.变质处理：在浇包中加入原料总质量0.3％的镧铈混合稀土变质剂，倾斜感应熔化炉，将钢熔融液倒入浇包中，雾化温度控制在1550℃以上；f.雾化造粒：采用惰性气体雾化与离心雾化相结合的造粒方法进行充分雾化造粒，得到高钒高速钢微粉；g.筛分处理：对所述的高钒高速钢微粉进行球形颗粒分选和粒径筛分，获得高钒高速钢球形微粉。优选的，所述步骤c中硅铝钡钙铁脱氧剂的化学成分质量百分比为：Si，20～30％；Al，8～12％；Ba，5～8％；Ca，15～25％；余量为Fe。优选的，所述步骤f中惰性气体雾化中的惰性气体为99.999％的高压氩气或99.999％的高压氮气，惰性气体压力为0.5～4.0MPa，惰性气体与钢熔融液接触的初速度不小于500～800m/s。一种用于所述高钒高速钢球形微粉制备方法的装置，该装置用于步骤f所述的惰性气体雾化与离心雾化相结合的造粒方法；该装置包括熔融液中间包、高压惰性气体进气管、气雾化喷环和雾化室；所述的气雾化喷环设置于雾化室的正上方中心位置；所述的雾化室内中上部安装有离心雾化盘，且与气雾化喷环中心线重合；所述离心雾化盘的正下方安装有调速电机，调速电机置于保护壳内；所述的雾化室锥形部分的底部设有金属微粉卸料管，直筒部分下部侧面设有惰性气体出口管。优选的，所述离心雾化转盘包括基板、三角锥突出部和卡托；所述的基板为圆形，直径D为150～250mm，厚度H1为10～25mm；所述的三角锥突出部为三角扇面锥体，三角锥突出部靠近基板边缘的顶面为三角锥突出部三角扇面，且弧度与基板的圆形边缘一致，三角锥突出部在基板平面上的圆弧角度α为20～30°；三角锥突出部垂直于基板平面的三角形侧面为三角锥突出部垂直侧面，三角锥突出部垂直侧面的底边长度等于基板的半径；两个相邻三角锥突出部垂直侧面之间在基板平面上的圆弧夹角β为25～40°，在基板边沿处三角锥突出部最高处的高度H2为5～15mm，基板与雾化室顶面之间的距离为200～400mm。优选的，所述离心雾化转盘的转速为500～2000rpm。优选的，雾化室锥形底面与离心雾化转盘的距离为3.0m～10.0m。优选的，所述离心雾化转盘为氧化镁耐火陶瓷材质，制坯过程中，基板、三角锥突出部和卡托做成一个整体，然后烧结成型。本专利技术与现有技术相比具有的突出效果为：(1)微粉产品中氧含量明显降低。本专利技术中采取原料精选、两次加料、预脱氧、终脱氧、变质处理、高纯度惰性气体雾化等多种工序，将熔融液中的氧进行精细的脱除，保证了微粉产品中氧含量降低到100ppm以内。(2)球形微粉产品的收率明显提高、粒径更均匀。气雾化之后引入离心雾化，通过气雾化形成的金属合金熔融液滴进一步经高速旋转的离心转盘作用，使得球形度不好的液滴，进一步球化，同时也有效地避免了颗粒卫星滴的形成，因此使得一次产品金属合金微粉的球形度得到大幅度的提高。在一次气雾化后再进行离心雾化，使得气雾化后的液滴在离心作用下对大的液滴进行破碎，使得产品的粒径分布变窄，微粉颗粒更均匀。(3)一次产品金属合金粉体的粒度可控性提高。由于具有了气体雾化和离心雾化两种造粒方法的结合，可以同时对雾化气体压力、离心转盘转速进行调控，使得对粒度大小的可控性明显提高。本专利技术应用广泛，具有广阔的市场前景。附图说明附图1为本专利技术的工艺流程示意图。附图2为本专利技术的装置示意图附图3为离心雾化转盘的主视图附图4为离心雾化转盘的俯视图附图5为A方向离心雾化转盘弧面局部展开图附图6为三角锥突出部的三维立体示意图具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。参照图1～图6。图中各部件标号说明：1－熔融液中间包；2－高压惰性气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高钒高速钢球形微粉，其特征是，其各元素质量百分比为：C，1.0～4.0％；V，3.0～13％；Si，0.2～1.2％；Cr，2.0～12％；Mo，3.0～10.0％；Ta，0.05～2.0％；余量为Fe。/n

【技术特征摘要】
1.一种高钒高速钢球形微粉，其特征是，其各元素质量百分比为：C，1.0～4.0％；V，3.0～13％；Si，0.2～1.2％；Cr，2.0～12％；Mo，3.0～10.0％；Ta，0.05～2.0％；余量为Fe。


2.如权利要求1所述的高钒高速钢球形微粉，其特征是，其各元素质量百分比为：C，2.0～3.0％；V，5.0～10％；Si，0.4～0.8％；Cr，4.0～9.0％；Mo，5.0～8.0％；Ta，0.1～1.0％；余量为Fe。


3.一种高钒高速钢球形微粉的制备方法，其特征是包括以下步骤：
a.原材料准备：选取金属和合金原料，包括生铁、废钢、钒铁、低碳铬铁、钼铁和钽铁，进行水洗和超声波清洗，去除原料表面的杂质，干燥后得到待熔化的金属合金原料；
b.中频炉熔化：计算各待熔化的金属合金原料的用量并称重，首先将称重后的生铁、废钢、低碳铬铁、钼铁放入中频感应熔化炉中，开启感应熔化炉电源，开始对炉内金属进行加热至熔融；
c.预脱氧：向熔融液中加入原料总质量0.5～1.5％的硅铝钡钙铁脱氧剂，作为预脱氧剂进行预脱氧、脱硫和脱磷，然后继续升高温度至1600℃；
d.二次加料和终脱氧：向熔融液中加入称重好的钒铁和钽铁，保持2～5分钟，再向熔融液中加入原料总质量0.1～0.3％的纯铝，进行终脱氧，得到钢熔融液；
e.变质处理：在浇包中加入原料总质量0.3％的镧铈混合稀土变质剂，倾斜感应熔化炉，将钢熔融液倒入浇包中，雾化温度控制在1550℃以上；
f.雾化造粒：采用惰性气体雾化与离心雾化相结合的造粒方法进行充分雾化造粒，得到高钒高速钢微粉；
g.筛分处理：对所述的高钒高速钢微粉进行球形颗粒分选和粒径筛分，获得高钒高速钢球形微粉。


4.如权利要求3所述的高钒高速钢球形微粉的制备方法，其特征是，所述步骤c中硅铝钡钙铁脱氧剂的化学成分质量百分比为：Si，20～30％；Al，8～12％；Ba，5～8％；Ca，15～25％；余量为Fe。


5.如权利要求3所述的高钒高速钢球形微粉的制备方法，其特征是，所述步骤f中惰性气体雾化中的惰性气体为99.999％的高压氩气或99.999％的高压氮气，惰性气体压力为0.5～4.0M...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟令光，余西龙，郑兰君，王秀霞，
申请(专利权)人：连云港倍特超微粉有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32