專利名稱：：低鈷超硬高速鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于含鈷高速鋼類。對于高溫合金、耐熱鋼、高碳軸承鋼以及高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼等許多具有較高硬度的材料，由于其加工難度很大，因而要求刀具材料的硬度應(yīng)達(dá)到HRC66～70，現(xiàn)在世界上普遍使用的是含鈷高速鋼來制造上述刀具。雖然這類含鈷高速鋼具有良好的使用性能，但由于這類含鈷高速鋼鈷含量較高，鋼的冶煉成本較高，而且該類鋼的熱加工塑性也較差。另外，該類含鈷高速鋼的生產(chǎn)工藝條件較苛刻，成材率較低?，F(xiàn)在這類鈷高速鋼中應(yīng)用最廣泛的就是美國標(biāo)準(zhǔn)ASTMA-600的M42(W2Mo9Cr4VCo8)。本發(fā)明的目的就是提供一種鈷含量小于4%，而性能水平不低于一般含鈷高速鋼，并且熱加工塑性、熱處理工藝性能優(yōu)于一般含鈷高速鋼，以及冶煉成本低、成材率高的新型低鈷超硬高速鋼。根據(jù)本發(fā)明的目的，本發(fā)明按照多元合金化的原則，設(shè)計出了一種低鈷超硬高速鋼的具體化學(xué)成分(重量%)為C0.90～1.20%W2～10%Mo4～10%Cr3.60～4.40%V1.20～1.60%Mn0.20～0.50%Si0.20～0.65Co2～4%N0.03～0.08%P≤0.030%S≤0.030%其余為Fe。鈷在高速鋼中不進(jìn)入到碳化物中，而是固溶于基體中。鈷在鋼中可以促進(jìn)回火時碳化物的析出，并抑制其長大，使碳化物呈細(xì)小、彌散分布，從而提高鋼的硬度和高溫硬度。因此，一般含鈷高速鋼中鉆含量都在5%以上，就是為了保證含鈷高速鋼的硬度能達(dá)到HRC66～70。但是當(dāng)鋼中鈷含量大于4%時，就會增大鋼的熱加工變形抗力，降低鋼的熱塑性和沖擊韌性;同時，由于鈷資源稀少，鈷價格昂貴，增加了鈷含量就增加了鋼的成本，從而本發(fā)明鋼中加入2-4%鈷。由于本發(fā)明鋼中鈷含量為2-4%，勢必影響到鋼的硬度和高溫硬度，為了保證鋼的性能水平與一般含鈷高速鋼相當(dāng)，且熱加工塑性，熱處理工藝性能優(yōu)于一般含鈷高速鋼，因此還需在本發(fā)明鋼中加入適量的W、Mo、Cr、Mn、V等合金元素及C、Si、N等元素，通過合理的配比和按一定關(guān)系的控制，來保證本發(fā)明鋼的性能水平。在本發(fā)明低鈷超硬高速鋼中，W、Mo為必要合金元素，它們與碳形成碳化物，能細(xì)化鋼的晶粒、在淬火時固溶于基體中，并且在回火時析出細(xì)小彌散分布的碳化物，從而起到提高鋼的硬度、紅硬性和高溫硬度的作用。由于在鋼中1%的鎢與2%的鉬的作用相當(dāng)，因此可以在一定的范圍內(nèi)按此關(guān)系來改變鋼中的鎢、鉬配比而基本不改變鋼的性能。按照這種關(guān)系，在本發(fā)明鋼中鎢及鉬的加入要滿足(W+2Mo)≥18，這樣就可以保證在本發(fā)明鋼中能夠形成足夠的W、Mo碳化物，從而保證了本發(fā)明鋼的硬度、紅硬性和高溫硬度。但是，當(dāng)(W+2Mo)≥22時，W和Mo將在鋼中形成過多的萊氏體共晶碳化物，這將會惡化鋼的熱加工塑性，使得鋼難以用常規(guī)的冶金工藝生產(chǎn)。因此在本發(fā)明鋼中加入2～10%W和4～10%Mo，同時要求滿足18≤(W+2Mo)≤22。由于釩與碳的結(jié)合力很強(qiáng)，因此釩也是鋼中重要的碳化物形成元素之一。富釩的VC型碳化物可以控制鋼在淬火時的晶粒度，并且可以提高鋼的耐磨性。但釩含量超過2%時，將會降低鋼的可磨削性。因此在本發(fā)明的鋼中加入1.20～1.60%V。因為高速鋼是依靠大量的一次、二次碳化物來提高鋼的硬度、紅硬性、耐磨性和高溫性能，碳含量過低，鋼中的W、Mo、V等合金元素的作用就不能充分發(fā)揮，形成不了足夠的碳化物來保證鋼的各種性能。如果碳含量過高，在鋼中極易析出M3C型碳化物，導(dǎo)致鋼的淬火過熱傾向增大。因此本發(fā)加采用先進(jìn)的碳氮飽和度計算方法來確定鋼中碳的加入量，即AcN(碳氮飽和含量)、Cs(鋼中碳含量)、N(鋼中氮含量、Cp(平衡碳含量)四者的關(guān)系可用式AcN＝(Cs+N)/Cp來表示，其中鋼的平衡碳含量Cp＝0.033W+0.063Mo+0.06Cr+0.2V。為了保證本發(fā)明鋼形成足夠的一次、二次碳化物，從而保證鋼的硬度、紅硬性、高溫硬度等性能，碳氮飽和度應(yīng)滿足0.95≤AcN≤1.05，從而確定本發(fā)明鋼加入0.90～1.20%C。鉻在高速鋼中可以提高鋼的淬透性，并使其具有一定的抗氧化性。在淬火回火狀態(tài)下，除少部分鉻固溶于難溶碳化物中外，大部分鉻固溶于基體中，起到固溶強(qiáng)化作用。但是，鉻過高時對鋼的熱塑性有不良影響。因此在本發(fā)明鋼中加入3.60～4.40%Cr。錳在鋼中易于和硫結(jié)合形成MnS。在鋼中加入少量的錳，可以降低鋼中硫的有害作用，提高鋼的熱塑性。因此在本發(fā)明中加入0.20～0.50%Mn。硅在鋼中一般都是作為有害元素盡量除去的。而在本發(fā)明鋼中，硅是作為一種合金元素加入的，其目的就是通過在鋼中加入少量的硅，來促進(jìn)鑄態(tài)形成的M2C型共晶碳化物分解成細(xì)小的MC+M6C型碳化物，提高鋼的硬度和韌性。因此在本發(fā)明鋼中加入0.20～0.65%Si。在本發(fā)明鋼中加入0.03～0.08%N，是因為氮可以促進(jìn)M2C型共晶碳化物的分解、轉(zhuǎn)變，形成細(xì)小的碳化物，因而對提高鋼的硬度、紅硬性和強(qiáng)韌性都有較好的作用。本發(fā)明低鈷超硬高速鋼的生產(chǎn)方法可以采用電弧爐或中頻感應(yīng)爐冶煉，然后將鋼錠鍛造或軋制成型，鍛軋溫度大于1100℃，終鍛軋溫度大于900℃，熱處理淬火溫度為1180℃～1240℃，回火溫度為540～560℃。采用本發(fā)明鋼生產(chǎn)的各種產(chǎn)品與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下特點1.由于本發(fā)明鋼采用先進(jìn)的碳氮飽和度法來選擇鋼中碳含量，并且合理控制W及Mo含量以及其它元素的合理加入，因此，即使本發(fā)明鋼的鈷含量比一般含鈷高速鋼有所降低，但其性能水平仍可達(dá)到現(xiàn)有技術(shù)水平。2.由于本發(fā)明鋼中的鈷含量降低，從而降低了鋼的冶煉成本，并且加上其它合金元素的作用，進(jìn)一步改善了鋼的熱加工塑性，提高了成材率，總的生產(chǎn)成本也隨之降低。3.本發(fā)明鋼的熱處理淬火溫度為1180℃～1240℃，比現(xiàn)有技術(shù)的熱處理溫度范圍寬，因此本發(fā)明鋼與現(xiàn)有技術(shù)相比熱處理工藝性能穩(wěn)定。實施例本發(fā)明鋼是采用中頻感應(yīng)爐冶煉，為了對比方便，我們同時冶煉了兩爐不同成分的低鈷高速鋼A、B為本發(fā)明鋼，C為對比鋼(一般含鈷高速鋼M42)，其具體化學(xué)成分見表1.鋼錠經(jīng)鍛軋后再進(jìn)行熱處理，熱處理工藝制度以及處理后各鋼的性能參數(shù)見表2。表1本發(fā)明鋼與對比鋼的化學(xué)成分(重量%)表2本發(fā)明鋼與對比鋼的熱處理制度及性能對比<tablesid="table1"num="001"><tablealign="center">序號熱處理制度硬度(HRC)紅硬性(600℃×4h空冷)A1230℃淬火540℃×1h4次回火69.666.2B1230℃淬火540℃×1h4次回火70.066.7C1190℃淬火520℃×1h4次回火70.066.2</table></tables>根據(jù)表2的性能對比情況，本發(fā)明鋼低鈷超硬高速鋼的硬度和紅硬性已完全達(dá)到了一般含鈷高速鋼的水平。而且在生產(chǎn)實踐中還表明，本發(fā)明鋼的熱加工塑性優(yōu)于一般含鈷高速鋼、熱處理工藝性能較穩(wěn)定，因此熱加工成材率與一般含鈷高速鋼相比普遍提高。另外，用本發(fā)明鋼制造的各種不同類型的產(chǎn)品，其加工性能和使用性能完全可以達(dá)到或超過一般含鈷高速鋼的水平。權(quán)利要求1.一種低鉆超硬高速鋼，其特征在于該鋼種所含的元素及化學(xué)成分(重量%)為C0.9～1.20%CO2～10%Mo4～10%Cr3.6～4.40%V1.2～1.60%Mn0.20～0.50%Si0.20～0.65%Co2～4%N0.03～0.08%P≤0.030%S≤0.030%，其余為鐵。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征在于本發(fā)明鋼中鎢鉬元素的含量必須滿足18≤W+2Mo≤22式子的要求。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述，其特征在于本發(fā)明鋼中碳加入量應(yīng)按0.95≤(Cs+N)/Cp≤1.05來控制。全文摘要本發(fā)明屬于含鈷高速鋼類。本發(fā)明低鈷超硬高速鋼采用碳氮飽和度法來選擇鋼中碳含量，按18≤(W+2Mo)≤22來控制鋼中鎢鉬元素的含量配比，并且加入了適量的氮，因此保證了本發(fā)明鋼在鈷含量比一般含鈷高速鋼降低的同時，其性能水平仍可達(dá)到一般含鈷高速鋼，并且熱加工塑性和熱處理工藝性能比一般含鈷高速鋼優(yōu)越，從而降低了本發(fā)明鋼的冶煉成本，提高鋼的成材率，本發(fā)明鋼適合制造如拉刀，齒輪滾刀等型面比較復(fù)雜的刀具。文檔編號C22C38/30GK1055773SQ9110225公開日1991年10月30日申請日期1991年4月6日優(yōu)先權(quán)日1991年4月6日發(fā)明者高德生,劉宇,陳景榕,馬世才,鄧玉昆申請人:大連鋼廠,北京科技大學(xué)