專利名稱：一種新型通用高速鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合金鋼領(lǐng)域。主要適用于制造各種切削工具、高性能冷熱模具和耐磨機(jī)械零部件等。
高速鋼是高碳高合金萊氏體鋼，含有大量的共晶碳化物。高速鋼中的碳化物類型、分布、形狀和尺寸等因素對鋼的使用性能和工藝性能都會產(chǎn)生重要的影響。鋼的化學(xué)成分是影響鋼中碳化物的首要因素。例如在W系和含W量高的高速鋼中，鑄態(tài)共晶碳化物主要是魚骨狀的M6C型碳化物。該類碳化物較粗大，致使鋼材中的碳化物分布地均勻性較差，顆粒尺寸較粗，并多是角狀，裂紋敏感性較強(qiáng)，因此對鋼的韌性和塑性都會產(chǎn)生不良的影響。在Mo系和Mo含量高的高速鋼中，鑄態(tài)鋼中的共晶碳化物主要是片層狀的M2C型碳化物。該類碳化物不穩(wěn)定，在高溫狀態(tài)下發(fā)生分解，轉(zhuǎn)變成M6C和MC兩種穩(wěn)定的碳化物。即
由于這一分解反應(yīng)，能夠使碳化物顆粒較細(xì)，形狀也比較規(guī)則，多為球形或橢球形，碳化物分布的均勻性也較好。但是，因?yàn)镸o含量較高，M2C難以完全分解，所以在鋼中易殘留有“M2C”和“M2C+M6C+MC”等類型的碳化物顆粒。這些碳化物尺寸大，形狀不規(guī)則，易產(chǎn)生微裂紋，從而使鋼的韌性和塑性降低。因此，“M2C”和“M2C+M6C+MC”等混合類型碳化物的存在對鋼性能的影響是不利的，應(yīng)設(shè)法促進(jìn)鑄態(tài)共晶M2C碳化物的分解，以減少鋼中的“M2C”和“M2C+M6C+MC”等混合類型的碳化物顆粒。
高速鋼的韌性和塑性對鋼的工藝性能和使用性能的影響很大，是衡量鋼質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)。為了提高鋼的質(zhì)量，改善鋼的韌性和塑性，就必須改善鋼中的碳化物的大小和形狀，減少缺陷。因此，首先要調(diào)整好鋼的成分，并選擇合適的生產(chǎn)工藝，以利用鋼中碳化物的細(xì)化。
專利號為ZL85104791的中國專利提供了一種高速工具鋼及其熱處理工藝，該高速工具鋼是一種加入Al、Ti、N的鎢鉬高速工具鋼。經(jīng)熱處理后有較好的綜合性能。但由于該鋼中加入了Ti、N，而Ti、N能使碳化物顆粒變粗，并在鋼中生成脆性的角狀夾雜物TiN，對鋼的韌性和塑性會產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，降低鋼的可磨削性能，同時N還使鋼中殘余奧氏體含量增加，對性能也有不利影響；另外，加N還增加了鋼在生產(chǎn)上的難度，提高了生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的目的在于提供一種不僅具有較高的硬度、紅硬性和抗彎強(qiáng)度，而且還具有良好塑性和韌性的新型通用高速鋼。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明的主要技術(shù)方案是鋼的化學(xué)成分采用更為合理的配比，使其鑄態(tài)共晶碳化物主要是易分解的M2C，通過碳化物自身的變化規(guī)律， 達(dá)到細(xì)化鋼中碳化物的目的，使之在保持較高硬度、紅硬性和抗彎強(qiáng)度的情況下，改善鋼的韌性和塑性，最終工藝性能和使用性能優(yōu)于現(xiàn)有的通用高速鋼，并節(jié)約原材料，降低鋼的成本。
本發(fā)明新型通用高速鋼的具體化學(xué)成分(重量％)如下
C 0.75～1.35，Si 0.20～0.60，Mn 0.10～0.50，W 6.5～7.7，Mo 3.5～4.60，Cr 3.70～4.80，V 0.80～3.20，Co≤0.50，Al 0.3～1.20，RE 0.005～0.10，Nb 0.005～0.50，余為Fe。
C是高速鋼的基本元素，含量較高。C在鋼中與W、Mo、Cr和V等碳化物形成元素結(jié)合生成合金碳化物，使高速鋼具有較高的硬度、紅硬性和耐磨性等性能。但C含量必須適當(dāng)，C含量過低會降低鋼的二次硬化效果，過高則會使鋼的韌性和塑性下降。當(dāng)要求鋼的韌性較高時，可適當(dāng)調(diào)低碳含量；當(dāng)要求硬度較高時，可適當(dāng)調(diào)高碳含量。通用高速鋼中的碳含量一般都比平衡碳值低一些。
W和Mo都是強(qiáng)碳化物形成元素，是高速鋼的主要合金元素，對鋼的二次硬化起重要作用，能夠提高鋼的硬度、耐熱性和耐磨性等，并細(xì)化鋼的晶粒。W在高速鋼中與碳結(jié)合主要傾向于生成M6C共晶碳化物。鑄態(tài)下該碳化物多呈魚骨狀，較粗，且為穩(wěn)定狀態(tài)的碳化物，在熱加工和熱處理過程中，不發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，只是被破碎成角狀顆粒，且顆粒尺寸較大，分布不均勻，直接影響了鋼的韌性和塑性。Mo在高速鋼中主傾向于生成片層狀的M2C共晶碳化物，該類碳化物的形態(tài)比魚骨狀的M6C共晶碳化物要細(xì)，并且，M2C是亞穩(wěn)定碳化物，在高溫下會發(fā)生分解，生成M6C和MC兩種穩(wěn)定的碳化物。當(dāng)M2C的分解不徹底時，鋼中仍殘存“M2C”和“M2C+M6C+MC”等類型的碳化物顆粒，其尺寸較大，形狀不規(guī)則，較脆、易裂，因此，也影響鋼的韌性和塑性。
根據(jù)以上所述，本發(fā)明對Mo、W的配比考慮以下原則
(1)使高速鋼中的鑄態(tài)共晶碳化物主要是片層狀的M2C，盡量減少以至消除魚骨狀的M6C和大顆粒角狀碳化物。
(2)在保證鋼的鑄態(tài)共晶碳化物主要是M2C的前題下，適當(dāng)增加W含量，減少M(fèi)o含量，使鋼中的M2C共晶碳化物易分解。盡量減少以至消除大尺寸不規(guī)則形狀的“M2C”和“M2C+M6C+MC”等混合類型的碳化物顆粒，提高鋼的韌性和塑性。
Cr在高速鋼中能提高鋼的淬透性和回火硬度，增加鋼的抗氧化性和抗腐蝕能力。
V是強(qiáng)碳化物形成元素，對高速鋼的二次硬化起重要作用。V能提高鋼的硬度、耐熱和耐磨性，細(xì)化晶粒。
本發(fā)明除了C、W、Mo、Cr和V元素外，還加了Al、RE和Nb。適量的Al能增加鋼的耐熱性和韌性，且價格低廉。RE的作用是凈化晶界，細(xì)化晶粒，細(xì)化碳化物，提高鋼的熱塑性，提高成材率，改變鋼中的夾雜物形態(tài)，有利于改善鋼的韌性和塑性。加入少量Nb可細(xì)化晶粒，提高鋼的韌性。
本發(fā)明還加了少量Si。Si能促進(jìn)M2C碳化物的分解。
本發(fā)明的生產(chǎn)方法可采用電弧爐、感應(yīng)爐或電渣爐冶煉，然后鍛造、軋制或拉拔成棒材、板材或絲材。鋼的鍛軋溫度為1100～1200℃，終鍛終軋溫度大于900℃。成品鋼材的退火溫度為750～850℃，淬火溫度為1180～1240℃，回火溫度為520～570℃。
根據(jù)本發(fā)明所生產(chǎn)的鋼材，淬回火硬度可達(dá)HRC66～68，600℃的紅硬性可達(dá)64～65，抗彎強(qiáng)度可達(dá)3500～4900Mpa。
采用本發(fā)明鋼材可生產(chǎn)各種不同規(guī)格的機(jī)加工工具，如拉刀、滾刀、齒輪刀具、絲錐、鉆頭、銑刀和鋸條等，還可制造各種刀具、模具以及油泵油咀偶件閥芯等耐熱耐磨機(jī)械零件。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、碳化物的顆粒較細(xì)，分布均勻，且為橢球狀，因此，成品的塑韌性較好。
2、熱加工塑性較好，特別是高頻熱塑性好，所以成材率較高，如熱扭軋鉆頭的軋裂率在3％以下，大大低于現(xiàn)有通用高速鋼的軋裂率。
3、成本較低。
實(shí)施例
根據(jù)本發(fā)明鋼所設(shè)計的化學(xué)成分，在感應(yīng)爐或電弧爐上冶煉了6爐鋼。6爐鋼的具體化學(xué)成分如表1所示。冶煉后鑄成鋼錠，并分別鍛軋成棒材，經(jīng)熱處理后，在每批棒材中取樣，分別進(jìn)行硬度、紅硬性和抗彎強(qiáng)度的測定，以及碳化物不均勻度級別、碳化物顆粒度的測定。測量結(jié)果分別列入表2、表3和表4。
另外，還采用其中兩個批號的鋼材制作鉆頭和齒輪滾刀，進(jìn)行切削試驗(yàn)。
(1)鉆頭切削試驗(yàn)
采用實(shí)施例爐號1所制得棒材，加工成Φ5mm的鉆頭，利用該鉆頭對40Cr調(diào)質(zhì)鋼進(jìn)行鉆削試驗(yàn)，鉆孔深t＝15mm(肓孔)，鉆頭轉(zhuǎn)速n＝1600轉(zhuǎn)/分鐘，走刀量S＝0.112mm/轉(zhuǎn)。切削結(jié)果切削長度超過4.4米。其鉆頭達(dá)到優(yōu)等品水平后，仍可繼續(xù)切削。
(2)具輪滾刀切削試驗(yàn)
采用實(shí)施例爐號3所制得的板材，加工成260×190mm的齒輪滾刀，采用該滾刀對40Cr調(diào)質(zhì)鋼進(jìn)行切削試驗(yàn)。切削速度為30～35米/分鐘(125轉(zhuǎn)/分)，進(jìn)刀量2.5mm/轉(zhuǎn)，切削深度6.75mm，冷卻液為機(jī)油。切削結(jié)果切削長度為15.14米。切削情況與表面光潔度均優(yōu)良。其滾刀超過一等品水平。
從切削結(jié)果看，本發(fā)明大大優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。
表1實(shí)施例鋼號的化學(xué)成分(重量％)
表2實(shí)施例鋼的硬度、紅硬性及抗彎強(qiáng)度
表3實(shí)施例鋼的碳化物不均勻度級別
表4實(shí)施例鋼的碳化物顆粒度注碳化物顆粒尺寸測定采用日本NEC-386型計算機(jī)圖象分析系統(tǒng)。`
由表3、表4看出，本發(fā)明鋼的碳化物不均勻度級別比對比例W9Mo3Cr4V鋼優(yōu)2級，小尺寸碳化物個數(shù)明顯多于W9Mo3Cr4V鋼，而尺寸較大的碳化物個數(shù)少于W9Mo3Cr4V鋼。
權(quán)利要求
1、一種新型通用高速鋼，其特征在于它的化學(xué)成分(重量％)為
C 0.75～1.35，Si 0.20～0.60，Mn 0.10～0.50，W 6.5～7.7，Mo 3.5～4.60，Cr 3.70～4.80，V 0.80～3.20，Co≤0.50，Al 0.3～1.20，RE 0.005～0.10，Nb 0.005～0.50，余為Fe。
全文摘要
本發(fā)明屬于合金鋼領(lǐng)域，主要適用于制造各種切削工具、高性能冷熱模具和耐磨機(jī)械零部件等。本發(fā)明鋼的化學(xué)成分(重量％)為C0.75～1.35，Si0.20～0.60，Mn0.10～0.50，W6.5～7.7。Mo3.5～4.60，Cr3.70～4.80，V0.80～3.20，Co≤0.50，Al0.3～1.20，RE0.005～0.10，Nb0.005～0.50，余為Fe。本發(fā)明不僅具有較高的硬度、紅硬性和抗彎強(qiáng)度，而且還具有優(yōu)異的韌性和塑性。
文檔編號C22C38/26GK1168417SQ9710045
公開日1997年12月24日 申請日期1997年2月4日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月4日
發(fā)明者王忠瑞, 羅迪, 齊生祥, 邢國華, 楊揚(yáng), 高惠菊, 劉宇, 唐律今 申請人:大連鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司, 冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院