耐磨耐蚀工具钢制造技术

本发明专利技术提供了一种耐磨耐蚀工具钢，采用粉末冶金工艺制备，且其化学组分按质量百分比计包括：(C+N)：0.8％

【技术实现步骤摘要】
耐磨耐蚀工具钢


[0001]本专利技术涉及工具钢材料
，特别涉及一种耐磨耐蚀工具钢。

技术介绍

[0002]在一些特殊的工况条件下，工具或零部件经受运动部件或工作介质中硬的研磨颗粒直接接触，会引起磨粒磨损，还会经受潮湿、酸或其它腐蚀剂的腐蚀作用，如用于塑料机械挤注塑成形的螺杆、螺杆头或螺杆套筒等零部件，一方面由于塑料中添加大量硬质颗粒，如玻璃纤维、碳纤维等，导致这些零部件磨损加剧，另一方面塑料中腐蚀性成分对零部件产生化学腐蚀。
[0003]为了使应用于这些特殊工况的零部件具备长的使用寿命，所使用的工具钢必须具有高的耐磨性能和耐蚀性能。应用于该类型工况的合金，现行的一种方案是采用较高的Cr和V合金含量，同时辅助配以其它合金，合金中Cr固溶于基体发挥抗腐蚀作用，V与C形成MC碳化物发挥抗磨损作用。例如，该类型合金中典型的一种商业牌号为Cr20V4的合金，该合金采用粉末冶金工艺制备，其主要合金成分包括20％的Cr及4％的V。
[0004]上述类型合金其性能对于一般性腐蚀及磨粒磨损工况是可以满足的，然而随着更为复杂工况的出现以及更长使用寿命的需求，尤其是在腐蚀性条件下以快速磨损为主要失效机制的工况，现有技术方案的使用效果并不理想。另外，为了提升性能带来合金元素配比的提升，导致成本增加，因此，如何在相近或者更低合金成本条件下，实现更高的综合性能是一种现实需求。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种耐磨耐蚀工具钢，以使其具有优异的耐磨性能。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]一种耐磨耐蚀工具钢，所述耐磨耐蚀工具钢采用粉末冶金工艺制备，且其化学组分按质量百分比计包括：(C+N)：0.8％
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6％，C：≤1.5％，N：0.6％
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4.8％，Si：0.01％
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1.2％，Mn：0.2％
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1.2％，Cr：12％
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27％，(Mo+0.5W)：0.5％
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6.5％，且Mo：≤5％，W：≤3％，(V+Ti)：2％
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16％，且V：≤10％，Ti：0.5％
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12％，Co：≤8％，余量为Fe和杂质。
[0008]进一步的，其化学组分按质量百分比计包括：(C+N)：0.8％
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5％，C：≤1.2％，N：0.6％
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4.0％，Si：0.3％
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0.8％，Mn：0.2％
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0.8％，Cr：12％
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24％，(Mo+0.5W)：0.5％
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5％，且Mo：≤2.5％，W：≤3％，(V+Ti)：2％
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10％，且V：≤10％，Ti：0.5％
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6％，Co：≤8％。
[0009]进一步的，所述杂质包括O，且O：≤0.03％。
[0010]进一步的，所述杂质包括S，且S：≤0.3％。
[0011]进一步的，所述杂质包括P，且P：≤0.05％。
[0012]进一步的，所述粉末冶金工艺主要步骤包括气雾化制粉、粉末固相渗氮及粉末致密化。
[0013]进一步的，所述耐磨耐蚀工具钢中MX氮化物的体积分数为4
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26％。
[0014]进一步的，MX氮化物颗粒尺寸≤7μm。
[0015]进一步的，至少80％的MX氮化物颗粒尺寸≤3μm。
[0016]本专利技术中，特定的化学成分及配比是实现其耐磨性能的必要条件，各化学组分作用及原理简述如下：
[0017]N元素固溶于基体，产生固溶强化作用，同时是氮化物的形成元素，该氮化物主要为MX型第二相，其中M主要为Ti，X主要为N，大量MX氮化物的存在可极大提升耐磨性能。由于一些合金元素在形成MX氮化物方面的相似性，上述M可部分混有V、Nb等合金元素，X可部分混有C合金元素。在本专利技术合金中，C作为一种可选元素，和N协同发挥作用，C的合适的含量范围为≤1.5％，同时C+N的含量范围为0.8％
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6％，优选的C的合适的含量范围为≤1.2％，同时C+N的含量范围为0.8％
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5％，在此应当注意的是，当C存在时，N含量需要根据比率减量以维持合金体系的平衡。
[0018]由于N元素与Ti具有强烈反应倾向，所以N的合金化主要通过合金粉末固相渗氮方式实现，合金粉末具有很大的表面，固相渗氮速度将远快于传统零部件整体表面固相渗氮方式，如此既能避免对气雾化制粉可能产生的不利影响，同时能够保证N含量调控到合适的范围。固相渗氮的另外一个好处是即使达到高氮含量时，第二相的形成及粗化能够被很好的控制，合金仍能保持高的韧性。
[0019]Ti与N反应形成第二相也即高硬度MX氮化物，其微观硬度超过3000HV，显著高于可能导致磨损的绝大多数硬质颗粒，在磨损性工况条件下能够实现更好保护基体的作用，从而提高耐磨性能。MX氮化物在基体的存在不用担心类似表面涂覆工艺存在涂层脱落风险，基于前述粉末冶金工艺流程，MX氮化物能够在基体中以细小颗粒状由外而内均匀分分布于整个基体，能够在工件使用过程的全寿命周期内稳定发挥作用。Ti的含量设定需要考虑到和N的反应平衡，对于本专利技术合金，Ti的合适的含量范围为0.5％
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12％，优选的合适的含量范围为0.5％
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6％。
[0020]Si作为一种脱氧剂和基体强化元素来使用，但过高的Si导致基体脆性增加，因此本专利技术中，Si的合适的含量范围为0.01％
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1.2％，优选的合适的含量范围为0.3％
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0.8％。
[0021]Mn作为脱氧剂加入，可以弱化S的有害作用，适当Mn还可增加淬透性，但过高Mn增加脆性风险，因此本专利技术中，Mn的合适的含量范围为0.2％
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1.2％，优选的合适的含量范围为0.2％
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0.8％。
[0022]Cr在本专利技术中主要用来提高基体淬透性，因此本专利技术中，Cr的合适的含量范围为12％
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27％，优选的合适的含量范围为12％
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24％。
[0023]Mo和W主要用来提高淬透性以及促使热处理后达到所需硬度，W与Mo可以相互替代，替代系数为Mo＝2W，(Mo+0.5W)的合适的含量范围为0.5％
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6.5％，且W的含量范围为≤3％，Mo的含量范围为≤5％，优选的(Mo+0.5W)的合适的含量范围为0.5％
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5％，且W的含量范围为≤3％，Mo的含量范围为≤2.5％。
[0024]V在本专利技术中为可选元素，其可参与形成MX第二相，和Ti元素配合使用来提高耐磨性能。在本专利技术中，V的合适的含量范围为≤10％，同时(V+Ti)的合适的含量范围为2％
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16％，优选的V的合适的含量范围为≤10％，同时(V+Ti本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐磨耐蚀工具钢，其特征在于，所述耐磨耐蚀工具钢采用粉末冶金工艺制备，且其化学组分按质量百分比计包括：(C+N)：0.8％
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6％，C：≤1.5％，N：0.6％
‑
4.8％，Si：0.01％
‑
1.2％，Mn：0.2％
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1.2％，Cr：12％
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27％，(Mo+0.5W)：0.5％
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6.5％，且Mo：≤5％，W：≤3％，(V+Ti)：2％
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16％，且V：≤10％，Ti：0.5％
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12％，Co：≤8％，余量为Fe和杂质。2.根据权利要求1所述的耐磨耐蚀工具钢，其特征在于：其化学组分按质量百分比计包括：(C+N)：0.8％
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5％，C：≤1.2％，N：0.6％
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4.0％，Si：0.3％
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0.8％，Mn：0.2％
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0.8％，Cr：12％...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小明，
申请(专利权)人：武汉钜能科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：