切削鉆頭用低鈷超硬高速工具鋼及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種低成本切削鉆頭用高速工具鋼及其制備工藝，其特征在于含有如下重量百分比的組份：C：0.87-0.99％；W：5.70-5.90％；Mo：4.7-4.90％；Cr：4.10-4.30％；V：2.30-2.50％；Mn：0.30-0.45％；Si：0.70-0.90；Nb：0.08-0.15％；N：0.03～0.08％；RE：0.10-0.2％；P：≤0.03％；S：≤0.03％；其余為Fe。采用中頗感應(yīng)爐冶煉制備自耗電極后經(jīng)電渣重熔冶煉高速鋼棒材。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過加入少量的鈮，并提高釩含量，并采用稀土進(jìn)行孕育處理，提高了高速鋼的硬度、紅硬性和沖擊韌性及抗粘刀能力和切削壽命，降低了鈷合金用量，降低了成本。具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
【專利說明】切削鉆頭用低鈷超硬高速工具鋼及其制備工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于切削刃具用高速鋼材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種鉆頭用高速工具鋼，特別是一種切削鉆頭用低鈷超硬高速工具鋼及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆削加工是當(dāng)前機(jī)械加工領(lǐng)域最常見的加工方法之一，也是機(jī)械加工耗時(shí)最多的工序，在金屬切削加工工序中占有很高的比例，明顯高于銑削加工。在某些柔性生產(chǎn)線和加工中心上，鉆削工序占有更高的比例。鉆削加工憑借其高效、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢，在機(jī)械、電了等生產(chǎn)領(lǐng)域起著關(guān)鍵作用。然而，切削刃口的快速磨損是制約鉆孔質(zhì)量和鉆頭壽命的重要因素。長期以來，針對(duì)鉆削刀具壽命問題，很多學(xué)者和研究人員做了大量的研究工作。由于麻花鉆結(jié)構(gòu)和鉆削過程的相對(duì)復(fù)雜性，麻花鉆的磨損、破損形式具有很大的隨機(jī)性和多樣性，其壽命分散性很大，一直以來都是鉆削研究的基本問題。
[0003]鉆頭為細(xì)長桿狀刀具，刃部長而薄，它在致密的金屬中進(jìn)行鉆削，工作時(shí)承受很高的彎曲應(yīng)力。為防止鉆頭折斷或崩刃，所用材料應(yīng)具有足夠的彎曲強(qiáng)度和韌性；同時(shí)，鉆頭在連續(xù)鉆削時(shí)，其刃部全部被金屬屑包圍，產(chǎn)生的熱量不易散發(fā)，特別是鉆深孔時(shí)，更為不利。因此，鉆頭材料又必須具有聞的耐磨性和熱穩(wěn)定性。聞速鋼是聞碳聞合金萊氏體鋼，鋼中含有大量的合金碳化物。高速鋼比一般的碳素工具鋼和低合金工具鋼具有更高的強(qiáng)度和耐磨性，高速鋼在經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚碇?，具有很高的硬度，較好的耐磨性、韌性和紅硬性，在工作溫度達(dá)600°C時(shí)硬度仍能保持在60HRC以上，從而保證其鉆削性和耐磨性。因此，高速鋼的主要用途是制造機(jī)床切削工具以及高檔的模具和要求硬度高、耐磨性好的機(jī)械零件等，應(yīng)用比較廣泛。
[0004]近年來，從提高生產(chǎn)效率考慮，切削刀具材料已有從高速鋼向超硬合金材料發(fā)展的趨勢，如美國牌號(hào)的M42超硬鈷高速工具鋼，M42鋼是一種超硬高速工具鋼，硬度高，可達(dá)70HRC，熱硬性好，高溫硬度高，容易磨削，其強(qiáng)韌性和可加工性比硬質(zhì)合金等超硬材料高出一個(gè)檔次，主要用于制作切削難加工材料(如各種耐熱、耐蝕合金等)的工具，如深孔鉆、拉刀、絲錐、銑刀、滾刀等。
[0005]M42鋼中釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高(I % )，鈷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高(8% )，鈷能促使碳化物在淬火加熱時(shí)更多地溶解在基體內(nèi)，利用高的基體硬度提高耐磨性。但中國鈷資源缺乏，鈷的價(jià)格上漲，成為超硬刀具成本提高的重要原因，致使鈷高速鋼價(jià)格昂貴，約為普通高速鋼的5~8倍。另外，超硬合金鉆頭的韌性低于高速鋼鉆頭，為防止崩刃，需要進(jìn)行倒角衍磨處理。為此，切削阻力增大，刀鋒利度差，產(chǎn)生毛刺和不適于加工硬化材料的問題。
[0006]超硬聞速鋼是為了適應(yīng)加工難切削材料，如耐熱合金等的需要，在綜合聞碳聞鑰；高速鋼與高碳高鈷高速鋼優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。鉆頭作為機(jī)械加工用刀具中的一個(gè)重要組成部分，主要用于孔的粗加工。隨著機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，鉆頭的消耗與日俱增，尤其是大直徑鉆頭。但棒料的價(jià)格不斷上漲，給加工行業(yè)帶來了巨大的成本壓力。因此研究低成本含鈷超硬高速鋼具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有超硬高速鋼所存在的上述不足，提供一種含鈷量低的高性能低成本的切削鉆頭用低鈷超硬高速工具鋼及其制備工藝，在降低鈷的使用量的同時(shí)，還能提高鋼材的使用性能和加工性能，提高制成刀具的使用壽命。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明可以通過以下化學(xué)成分的設(shè)計(jì)和技術(shù)來實(shí)現(xiàn):
[0009]本發(fā)明所提供的一種切削鉆頭用低鈷超硬高速工具鋼其質(zhì)量百分比配比為:本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:
[0010]一種切削鉆頭用低鈷超硬高速工具鋼，其含有如下重量百分比的組份:C:0.87-0.99 % ；ff:5.70-5.90 % ；Mo:4.7-4.90 % ；Cr:4.10-4.30 % ；V:2.30-2.50 % ；Mn:0.30-0.45 % ；Si:0.70-0.90 ；Nb:0.08-0.15 % ；N:0.03 ~0.08 % ；RE:0.10-0.2 % ；P:≤ 0.03% ；S .≤ 0.03% ;其余為 Fe。
[0011]本發(fā)明所提供的低成本切削鉆頭用高速工具鋼，其制備工藝步驟是:
[0012]1、中頗感應(yīng)爐冶煉制備自耗電極:
[0013]采用堿性坩堝冶煉，將鎢鐵合金、鑰鐵合金、高碳鉻鐵合金和廢鋼或廢舊高速鋼返回料和廢鋼按照所需成分計(jì)量配制，先將廢鋼或廢舊高速鋼返回料裝入中頻爐坩堝底部，在返回料的上部再裝入高碳鉻鐵合金，然后在坩堝的上部再裝入三分之一的鎢鐵合金和鑰鐵合金和所需的廢鋼，送電加熱，待下部爐料開始熔化后，依次分批加入余量的鎢鐵和鑰鐵，在150(TC左右熔清后檢查爐底無不熔爐料后加入適量石灰和螢石造渣，調(diào)整爐渣成份改善爐渣流動(dòng)性，用硅鈣粉進(jìn)行擴(kuò)散脫氧后，調(diào)整成分，待溫度升至160(TC后加入釩鐵，合金化后進(jìn)行終脫氧，扒渣，鋼水出爐溫度為1600°C -1620°C，將稀土放在鋼包底部，將鋼水倒入鋼包內(nèi)采用沖入法對(duì)高速鋼進(jìn)行稀土孕育處理，以細(xì)化高速鋼的鑄態(tài)組織和碳化物，經(jīng)靜置后，打渣，然后進(jìn)行爐外精煉+真空脫氣，其中，爐外精煉脫硫時(shí)，鋼水在真空狀態(tài)下通入惰性氣體攪拌，控制氮含量[N] ≤ 150ppm ;最后將溫度控制在1500°C~1510°C澆鑄成自耗電極；
[0014]2、電渣重熔冶煉制造高速鋼棒材
[0015]將澆鑄好的自耗電極進(jìn)行電渣熔鑄成所需尺寸的電渣鋼錠。
[0016]有益效果
[0017]與現(xiàn)在用量最大的M42鋼相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0018](I)由于本發(fā)明鋼中加入了少量的鈮，鈮在鋼中能生成非常細(xì)小的碳化鈮粒子，阻礙晶粒長大，使鋼材淬火后的晶粒度更細(xì)，淬火溫度范圍更寬，因此鋼材的韌性和熱塑性都更好。同時(shí)通過將釩含量提高到2.3~2.50%后，保證了刀具的耐磨性和制造刀具時(shí)的可磨削性。
[0019](2)通過在高速鋼中加入稀土，使高速鋼的奧氏體晶粒和共晶組織明顯得到細(xì)化，共晶組織中片層狀碳化物變短、變細(xì)。熱處理后，共晶碳化物大部分變成團(tuán)球狀且分布均勻，高速鋼的硬度和紅硬性和沖擊韌性均得到提高。通過上述成分的調(diào)整從而降低了鈷的含量。
[0020](3)含Co高速鋼d的Co含量越高，越難加工，成材率越低，由于本發(fā)明鋼高速鋼由于在鋼中加入鈮和將釩的含量提高并加入稀土，從而進(jìn)一步改善了鋼的熱加工塑性，使鋼中的鈷含量降低，從而降低了鋼的冶煉成本，且易于生產(chǎn)，熱加工塑性、工藝性能、鋼錠成材率及刀具成品率均優(yōu)于高含Co類高速鋼，在當(dāng)前世界性Co短缺情況下，節(jié)省資源，降低成本，推出新產(chǎn)品更具有經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略意義。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0022]實(shí)施例一
[0023]一種低成本切削鉆頭用高速工具鋼，該材料重量百分比的組份:C:0.90% ；ff:5.70% ；Mo:4.70% ；Cr:4.10% ；V:2.30% ；Mn:0.35% ；S1:0.75% ；Nb:0.10% ；N:0.05% ；RE:0.10% ；P..( 0.02% ；S..( 0.02% ;其余為 Fe。
[0024]其制備方法，包括以下過程:
[0025]1、中頗感應(yīng)爐冶煉制備自耗電極:
[0026]采用堿性坩堝冶煉，將鎢鐵合金、鑰鐵合金、高碳鉻鐵合金和廢鋼或廢舊高速鋼返回料和廢鋼按照所需成分計(jì)量配制，先將廢鋼或廢舊高速鋼返回料裝入中頻爐坩堝底部，在返回料的上部再裝入高碳鉻鐵合金，然后在坩堝的上部再裝入三分之一的鎢鐵合金和鑰鐵合金和所需的廢鋼，送電加熱，待下部爐料開始熔化后，依次分批加入余量的鎢鐵和鑰鐵，在150(TC左右熔清后檢查爐底無不熔爐料后加入適量石灰和螢石造渣，調(diào)整爐渣成份改善爐渣流動(dòng)性，用 硅鈣粉進(jìn)行擴(kuò)散脫氧后，調(diào)整成分，待溫度升至160(TC后加入釩鐵，合金化后進(jìn)行終脫氧，扒渣，鋼水出爐溫度為1600°C -1620°C，將稀土放在鋼包底部，將鋼水倒入鋼包內(nèi)采用沖入法對(duì)高速鋼進(jìn)行稀土孕育處理，以細(xì)化高速鋼的鑄態(tài)組織和碳化物，經(jīng)靜置后，打渣，然后進(jìn)行爐外精煉+真空脫氣，其中，爐外精煉脫硫時(shí)，鋼水在真空狀態(tài)下通入惰性氣體攪拌，控制氮含量[N] ( 150ppm ;最后將溫度控制在1500°C~1510°C澆鑄成自耗電極；
[0027]2、電渣重熔冶煉制造高速鋼棒材
[0028]將澆鑄好的自耗電極進(jìn)行電渣熔鑄成所需尺寸的電渣鋼錠。
[0029]實(shí)施例二:
[0030]一種低成本切削鉆頭用高速工具鋼，該材料重量百分比的組份:C:0.95% ；ff:5.80% ；Mo:4.80% ；Cr:4.20% ；V:2.40% ；Mn:0.40% ；S1:0.80% ；Nb:0.12% ；N:0.07% ；RE:0.15% ；P..( 0.02% ；S..( 0.02% ;其余為 Fe。
[0031]其制備方法同實(shí)施例一。略。
[0032]實(shí)施例三:
[0033]一種低成本切削鉆頭用高速工具鋼，該材料重量百分比的組份:C:0.99% ；ff:5.90% ；Mo:4.90% ；Cr4.90% ；V:2.50% ；Mn:0.45% ；S1:0.90% ；Nb:0.15% ；N:0.08% ；RE:0.20% ；P..( 0.02% ；S..( 0.03% ;其余為 Fe。
[0034]其制備方法同實(shí)施例一。略。
【權(quán)利要求】
1.一種切削鉆頭用低鈷超硬高速工具鋼及其制備工藝，其特征在于:其含有如下重量百分比的組份:C:0.87-0.99% ；ff:5.70-5.90% ；Mo:4.7-4.90% ；Cr:4.10-4.30 % ；V:2.30-2.50 % ；Mn:0.30-0.45 % ；S1:0.70-0.90 ；Nb:0.08-0.15 % ；N:0.03 ~0.08 % ；RE:0.10-0.2% ；P 0.03% ；S 0.03% ;其余為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所屬的一種切削鉆頭用低鈷超硬高速工具鋼及其制備工藝，其特征在于其制備工藝步驟是: 1)中頗感應(yīng)爐冶煉制備自耗電極: 采用堿性坩堝冶煉，將鎢鐵合金、鑰鐵合金、高碳鉻鐵合金和廢鋼或廢舊高速鋼返回料和廢鋼按照所需成分計(jì)量配制，先將廢鋼或廢舊高速鋼返回料裝入中頻爐坩堝底部，在返回料的上部再裝入高碳鉻鐵合金，然后在坩堝的上部再裝入三分之一的鎢鐵合金和鑰鐵合金和所需的廢鋼，送電加熱，待下部爐料開始熔化后，依次分批加入余量的鎢鐵和鑰鐵，在1500°C左右熔清后檢查爐底無不熔爐料后加入適量石灰和螢石造渣，調(diào)整爐渣成份改善爐渣流動(dòng)性，用硅鈣粉進(jìn)行擴(kuò)散脫氧后，調(diào)整成分，待溫度升至160(TC后加入釩鐵，合金化后進(jìn)行終脫氧，扒渣，鋼水出爐溫度為1600°C -1620°C，將稀土放在鋼包底部，將鋼水倒入鋼包內(nèi)采用沖入法對(duì)高速鋼進(jìn)行稀土孕育處理，以細(xì)化高速鋼的鑄態(tài)組織和碳化物，經(jīng)靜置后，打渣，然后進(jìn)行爐外精煉+真空脫氣，其中，爐外精煉脫硫時(shí)，鋼水在真空狀態(tài)下通入惰性氣體攪拌，控制氮含量[N] ( 150ppm ;最后將溫度控制在1500°C~1510°C澆鑄成自耗電極； 2)電渣重熔冶煉制造高速鋼棒材: 將澆鑄好的自耗電極進(jìn)行·電渣熔鑄成所需尺寸的電渣鋼錠。
【文檔編號(hào)】C22C38/26GK103589956SQ201310642718
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】陳德康, 陳焱, 陳靜, 朱紅義, 巢玉琴 申請人:江蘇飛達(dá)鉆頭股份有限公司