專利名稱：一種高釩高速鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐磨金屬材料，更具體地涉及一種高釩高速鋼。
背景技術(shù)：
高速鋼是高速工具鋼的簡稱，是一種成分復(fù)雜的化合物，高速鋼除含有高的碳量夕卜,還有大量的W、Cr、V、Mo等合金成分；合金和碳元素形成了大量的碳化物，使高速鋼具有高硬度、高紅硬性、高耐磨性和足夠的韌性，極大地提高了其切削速度，高速鋼的發(fā)明使切削中碳鋼的速度由8m/min提高到大約30m/min ;因此帶來了機(jī)床工具行業(yè)的革命。隨著被加工材料的不斷變化及生產(chǎn)加工的需要，人們不斷改變高速鋼的成分，先、后出現(xiàn)了鈷高速鋼、高鑰高速鋼Ml、鎢鑰高速鋼M2、高碳高釩高速鋼、加硫易切削高速鋼、超硬高速鋼M40系列。目前，高速鋼常用于鉆頭、絲錐、鋸條以及滾刀、插齒刀、拉刀等精密工具，尤其適用于制造復(fù)雜的薄刃和耐沖擊的金屬切削刀具。高釩高速鋼是近十多年來出現(xiàn)的一種新鋼種，高釩高速鋼不含W，同時(shí)加大碳元素的含量，形成VC和V4C3,使高速鋼得到高的硬度和耐磨性。高釩高速鋼以釩為主要添加元素，輔以鉻鑰等其他合金元素，充分利用釩碳化合物(VC)硬度高、形態(tài)好的特點(diǎn)來提高材料的韌性及耐磨性。作為新一代耐磨材料，高釩高速鋼目前已被用于生產(chǎn)軋輥、錘頭、球磨機(jī)襯板和轉(zhuǎn)子體等多種耐磨件。實(shí)踐證明，高釩耐磨合金的韌性比高鉻鑄鐵高，耐磨性是高鉻鑄鐵的3倍以上，裂紋敏感性比高鉻鑄鐵低，性能價(jià)格比也高，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景，勢必替代高鉻鑄鐵，成為新一代高耐磨材料的主流。該合金可大大提高耐磨部件的使用壽命和主機(jī)運(yùn)行效率，完全可替代各種用于磨料磨損工況的耐磨鑄鐵類材料。用高釩耐磨合金制造的破碎機(jī)錘頭、軋鋼機(jī)導(dǎo)輪、軋輥等，在工程機(jī)械、建材、礦山、電力等行業(yè)有著廣泛應(yīng)用，社會經(jīng)濟(jì)效益顯著，對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要促進(jìn)作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種硬度高、耐磨性好的高釩高速鋼，本發(fā)明所述的高釩高速鋼成分質(zhì)量百分比如下碳(C)2.4%-3. 0%,釩(V)5. 0%_6. 0%,鉻(Cr)4. 0%_5. 5%,鑰(Mo)4. 0%-6. 0%, If(Ni)0. 5%-l. 0%，鈮(Nb) I. 0%-2. 0%，硅(Si)O. 4%-l. 0%，磷(P) < 0. 04%，硫(S) < 0. 04%，余量為鐵(Fe)。碳(C)對鋼的強(qiáng)度、硬度、淬透性以及耐磨性都有非常重要的影響。碳是形成碳化物的基本元素，碳的含量過低則碳化物少，耐磨性低，但是碳含量太高容易增大材料的脆性，所以碳元素的含量要控制在一定范圍，綜合比較，碳含量控制在2. 4%-3. 0%。優(yōu)選地，碳含量控制在2. 5%-2. 8%。釩(V)對高速鋼耐磨性的影響最為顯著，有利于MC型碳化物的形成，提高釩的含量可獲得大量尺寸細(xì)小、彌散分布的顆粒狀MC型碳化物，從而提高高速鋼的耐磨性。本發(fā)明的高釩高速鋼中的釩含量控制在5. 0%-6. 0%。優(yōu)選地，釩含量控制在5. 6%-5. 8%。鉻(Cr)可以提高鋼的淬透性，與碳、鐵形成多種化合物(Fe，Cr) 3C，可顯著提高耐磨性，同時(shí)固溶強(qiáng)化基體，在提高強(qiáng)度和硬度的同時(shí)而不降低沖擊韌度，是耐磨材料的基本元素之一，同時(shí)還具有較強(qiáng)的高溫抗氧化、抗脫碳作用。本發(fā)明的高釩高速鋼中的鉻含量控制在4. 0%-5. 5%。優(yōu)選地，鉻含量控制在4. 5%-5. 3%。鑰(Mo)在高速鋼中能形成足夠的二次碳化物，通過高溫固溶淬火獲得高鑰馬氏體。同時(shí)，鑰可以減小碳化物的尺寸，細(xì)化組織，從而提高合金耐磨性，本發(fā)明的高釩高速鋼中的鑰含量控制在4. 0%-6. 0%。優(yōu)選地，鑰含量控制在4. 2%-5. 7%。鈮(Nb)是一種強(qiáng)烈促進(jìn)MC相形成的元素，添加鈮的目的在于用鈮取代釩參與MC型碳化物的形成，迫使釩固溶在基體組織中，以提高材料的二次硬化能力。釩、鈮加入后，能明顯提高亞共晶成分高速鋼的耐磨性。本發(fā)明的高釩高速鋼中的鈮含量控制在I. 0%-2. 0%。優(yōu)選地，鈮含量控制在I. 4%-1. 9%。鎳(Ni)能提高鋼的強(qiáng)度，而不降低其塑性，改善鋼的低溫韌性，降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性，同時(shí)擴(kuò)大奧氏體相區(qū)，是奧氏體化的有效元素，本發(fā)明的高釩高速鋼中的鎳含量為0. 5%-1. 0%。優(yōu)選地，鎳含量控制在0. 6%-0. 8%。硅(Si )能強(qiáng)化鐵素體，提高鋼的強(qiáng)度和硬度，降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性，增加鋼的回火穩(wěn)定性，提高鋼的耐熱性。和鉻、鑰結(jié)合，能夠提高鋼的抗腐蝕性和抗氧化性，本發(fā)明的高釩高速鋼中的硅含量為0. 4%-1. 0%。優(yōu)選地，硅含量控制在0. 6%-0. 8%。硫(S)和磷(P)均是鋼中的有害元素，其含量均要求< 0.04%。本發(fā)明提供的高釩高速鋼，增加了鑰和釩的含量以取代鎢元素增加高速鋼的淬透性和耐磨性，同時(shí)又滿足了其力學(xué)的性能要求。本發(fā)明中的高釩高速鋼制備過程如下利用IOOkg中頻感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉，所用爐料為已經(jīng)稱量好的廢鋼和生鐵，當(dāng)溫度達(dá)到1420°C時(shí)候加入鉻鐵、硅鐵，待鋼液溫度達(dá)到1520°C時(shí)，加入鑰鐵、Ni和鈮鐵，1560°C時(shí)候加入釩鐵，目的是為了減少燒損，攪拌，按Ikg鋁條/噸鋼液的量插入鋁條進(jìn)行脫氧；將稀土元素鈰放在澆包內(nèi)對鋼液進(jìn)行孕育，出鋼液時(shí)溫度不低于1560°C，當(dāng)溫度維持在1450-1480°C時(shí)，可以在離心機(jī)上直接澆注成軋輥。根據(jù)其實(shí)際的應(yīng)用效果，其硬度值為62-66HRC，沖擊韌性值14-18J / cm2，抗拉強(qiáng)度950-1 IOOMPa。其硬度高、組織致密，耐磨性能優(yōu)良。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例I利用IOOkg中頻感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉，所用爐料為已經(jīng)稱量好的廢鋼和生鐵，當(dāng)溫度達(dá)到1420°C時(shí)候加入鉻鐵、硅鐵，待鋼液溫度達(dá)到1520°C時(shí)，加入鑰鐵、Ni和鈮鐵，1560°C時(shí)候加入釩鐵，目的是為了減少燒損，攪拌，按Ikg鋁條/噸鋼液的量插入鋁條進(jìn)行脫氧；將稀土元素鈰放在澆包內(nèi)對鋼液進(jìn)行孕育，出鋼液時(shí)溫度不低于1560°C，當(dāng)溫度維持在1450-1480°C時(shí)，可在離心機(jī)上直接澆注成軋輥。澆注后的鑄件需要進(jìn)行熱處理，其熱處理工藝為1000-1050°C高溫淬火，480-530°C回火。軋輥組織致密，無裂紋，耐磨性達(dá)到高鉻鑄鐵的4. 6倍，經(jīng)檢測，其硬度值為64HRC，沖擊韌性值15-17J / cm2，抗拉強(qiáng)度960-1000MPa，力學(xué)性能符合使用要求，其化學(xué)成分如表I所示。實(shí)施例2利用IOOkg中頻感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉，所用爐料為已經(jīng)稱量好的廢鋼和生鐵，當(dāng)溫度達(dá)到1420°C時(shí)候加入鉻鐵、硅鐵，待鋼液溫度達(dá)到1520°C時(shí)，加入鑰鐵、Ni和鈮鐵，1560°C時(shí)候加入釩鐵，目的是為了減少燒損，攪拌，按Ikg鋁條/噸鋼液的量插入鋁條進(jìn)行脫氧；將稀土元素鈰放在澆包內(nèi)對鋼液進(jìn)行孕育，出鋼液時(shí)溫度不低于1560°C，當(dāng)溫度維持在1450-1480°C時(shí)，可在離心機(jī)上直接澆注成軋輥。澆注后的鑄件需要進(jìn)行熱處理，其熱處理工藝為1000-1050°C高溫淬火，480-530°C回火。軋輥組織致密，無裂紋，耐磨性達(dá)到高鉻鑄鐵的4. I倍，經(jīng)檢測，其硬度值為66HRC，沖擊韌性值14-16J / cm2，抗拉強(qiáng)度1020-1080MPa，力學(xué)性能符合使用要求，其化學(xué)成分如表I所示。實(shí)施例3利用IOOkg中頻感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉，所用爐料為已經(jīng)稱量好的廢鋼和生鐵，當(dāng) 溫度達(dá)到1420°C時(shí)候加入鉻鐵、硅鐵，待鋼液溫度達(dá)到1520°C時(shí)，加入鑰鐵、Ni和鈮鐵，1560°C時(shí)候加入釩鐵，目的是為了減少燒損，攪拌，按Ikg鋁條/噸鋼液的量插入鋁條進(jìn)行脫氧；將稀土元素鈰放在澆包內(nèi)對鋼液進(jìn)行孕育，出鋼液時(shí)溫度不低于1560°C，當(dāng)溫度維持在1450-1480°C時(shí)，可在離心機(jī)上直接澆注成軋輥。澆注后的鑄件需要進(jìn)行熱處理，其熱處理工藝為1000-1050°C高溫淬火，480-530°C回火。軋輥組織致密，無裂紋，耐磨性達(dá)到高鉻鑄鐵的3. 4倍，經(jīng)檢測，其硬度值為62HRC，沖擊韌性值16-18J / cm2，抗拉強(qiáng)度1000-1050MPa，力學(xué)性能符合使用要求，其化學(xué)成分如表I所示。實(shí)施例4利用IOOkg中頻感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉，所用爐料為已經(jīng)稱量好的廢鋼和生鐵，當(dāng)溫度達(dá)到1420°C時(shí)候加入鉻鐵、硅鐵，待鋼液溫度達(dá)到1520°C時(shí)，加入鑰鐵、Ni和鈮鐵，1560°C時(shí)候加入釩鐵，目的是為了減少燒損，攪拌，按Ikg鋁條/噸鋼液的量插入鋁條進(jìn)行脫氧；將稀土元素鈰放在澆包內(nèi)對鋼液進(jìn)行孕育，出鋼液時(shí)溫度不低于1560°C，當(dāng)溫度維持在1450-1480°C時(shí)，可在離心機(jī)上直接澆注成軋輥。澆注后的鑄件需要進(jìn)行熱處理，其熱處理工藝為1000-1050°C高溫淬火，480-530°C回火。軋輥組織致密，無裂紋，耐磨性達(dá)到高鉻鑄鐵的3. 8倍，經(jīng)檢測，其硬度值為63. 5HRC，沖擊韌性值15. 5_17. 5J / cm2，抗拉強(qiáng)度980-1020MPa，力學(xué)性能符合使用要求，其化學(xué)成分如表I所示。實(shí)施例5利用IOOkg中頻感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉，所用爐料為已經(jīng)稱量好的廢鋼和生鐵，當(dāng)溫度達(dá)到1420°C時(shí)候加入鉻鐵、硅鐵，待鋼液溫度達(dá)到1520°C時(shí)，加入鑰鐵、Ni和鈮鐵，1560°C時(shí)候加入釩鐵，目的是為了減少燒損，攪拌，按Ikg鋁條/噸鋼液的量插入鋁條進(jìn)行脫氧；將稀土元素鈰放在澆包內(nèi)對鋼液進(jìn)行孕育，出鋼液時(shí)溫度不低于1560°C，當(dāng)溫度維持在1450-1480°C時(shí)，可在離心機(jī)上直接澆注成軋輥。澆注后的鑄件需要進(jìn)行熱處理，其熱處理工藝為1000-1050°C高溫淬火，480-530°C回火。軋輥組織致密，無裂紋，耐磨性達(dá)到高鉻鑄鐵的4. 3倍，經(jīng)檢測，其硬度值為64. 5HRC,沖擊韌性值14. 5-16. 5J / cm2,抗拉強(qiáng)度1040-1100MPa，力學(xué)性能符合使用要求，其化學(xué)成分如表I所示。表I高釩耐磨鋼化學(xué)成分(重量％)
權(quán)利要求
1.一種高釩高速鋼，其成分質(zhì)量百分比如下 碳 2. 4%-3. 0%,釩 5. 0%-6. 0%,鉻 4. 0%-5. 5%,鑰 4. 0%-6. 0%,鎳 0. 5%-1. 0%,鈮I.0%-2. 0%，硅 0. 4%-1. 0%，磷< 0. 04%，硫< 0. 04%，余量為鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高釩高速鋼，其中碳含量為2.5%-2. 8%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高釩高速鋼，其中釩含量為5.6%-5. 8%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高釩高速鋼，其中鉻含量為4.5%-5. 3%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高釩高速鋼，其中鑰含量為4.2%-5. 7%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高釩高速鋼，其中鎳含量為0.6%-0. 8%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高釩高速鋼，其中鈮含量為I.4%-1. 9%。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高釩高速鋼，其中硅含量為0.6%-0. 8%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高釩高速鋼，其成分質(zhì)量百分比為碳(C)2.4%-3.0%，釩(V)5.0%-6.0%，鉻(Cr)4.0%-5.5%，鉬(Mo)4.0%-6.0%，鎳(Ni)0.5%-1.0%，鈮(Nb)1.0%-2.0%，硅(Si)0.4%-1.0%，磷(P)＜0.04%，硫(S)＜0.04%，余量為鐵(Fe)。本發(fā)明提供的高釩高速鋼，增加了鉬和釩的含量以取代鎢元素增加高速鋼的淬透性和耐磨性，同時(shí)又滿足了其力學(xué)的性能要求。
文檔編號C22C38/56GK102978536SQ20121057830
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者南紅艷, 黃帥, 胡佰林, 鄭喜平, 尚顯光, 曹建彬, 崔秀芳 申請人:河南理工大學(xué)