无Co超硬型高速钢的制作方法

　　专利名称：无Co超硬型高速钢的制作方法

　　技术领域：

　　本发明涉及的是一种钢材，具体地说是一种超硬型高速钢。

　　背景技术：

　　高速钢分为通用型和超硬型，本发明专利属无Co超硬型。通用型用于制造一般通用各种刀具，而超硬型用于制造高性能、长寿命、高速度和精密、多刃、成型的切削工具。对于高温合金、耐热钢、高碳轴承钢及高强度结构钢等，许多具有较高硬度的材料，由于其加工难度大，要求刀具材料综合性能优良，尤其硬应达到HRC67-70(通用型HRC62-66)，加工上述难加工材料必须用超硬型高速钢刀具，归纳国内外应用最广泛的有二大类1、含Co类，代表性钢号美国ASTM600-99中M42(W2Mo9Cr4VCo8) M41(W7Mo4Cr4V2Co5)M36(W6Mo5Cr4V2Co8) M35(W6Mo5Cr4V2Co5)含Co类高速钢具有优良的超硬性、红硬性、可磨削性，国内也早已生产，但由于其热加工塑性差、工艺性能不良、易氧化脱C等问题，使钢材成材率及刀具成品率很低，尤其含Co量在5％以上，Co是战略短缺金属，目前时价44万元/吨，价昂贵，造成钢材成本高，售价贵，难于推广应用。

　　2、无Co类，代表性钢号中国GB/T9943-88中M2Al(W6Mo5Cr4V2Al)是在美国ASTMA600-99中M2钢的基础上添加1％Al。

　　我国研制的无Co超硬型高速钢，有良好的使用性能，很受用户的欢迎，但冶金厂深吃苦头，普便不愿生产，原因是冶金厂生产过程中工艺性能不良，Al熔点低(660℃±)，易氧化、烧损，炼钢过程中加入Al后生成大量氧化物，使Al收得率不稳，影响成品化学成分的稳定性，钢中溶于大量Al2O3夹杂物，钢锭表面不良，不易修磨，钢材易氧化脱C，修磨量大，成材率低，至使成本高于M2钢。

　　发明内容本发明的目的在于提供一种性能水平近于和达到含Co高速钢，达到或超过无Co超硬高速钢M2Al，并且生产工艺性能优良，热加工塑性、热处理工艺优于含Co高速钢及M2Al，在超硬型高速钢中成材率最高，成本最低的无Co超硬型高速钢。

　　本发明的目的是这样实现的它的重量比组成为碳1.00-1.20、钨6.50-7.50、钼3.50-5.00、铬3.50-4.50、钒1.60-2.20、硅0.60-1.20、锰0.20-0.60、氮0.04-0.10和余量的铁。

　　本发明定位于无Co超硬型高速钢，是因为本发明产品中不合Co，而性能水平近于和达到含Co高速钢，达到或超过无Co超硬高速钢M2Al，并且生产工艺性能优良，热加工塑性、热处理工艺优于含Co高速钢及M2Al，在超硬型高速钢中成材率最高，成本最低。

　　本发明与现有技术相比主要优点体现在1、本发明产品中不含Co为什么还能近于和达到含Co钢水平？提高Si含量加N是本发明产品的新亮点，用Si、N代替Co可达到事半功倍的效果。Si在地球广泛存在，资源丰富，FeSi是铁合金中最便宜的，可显著降低成本并节省大量昂贵的Co。

　　含Co高速钢热塑性差，Co含量越高，越难加工，成材率越低，本发明专利不含Co易于生产，热加工塑性、工艺性能、钢锭成材率及刀具成品率均优于含Co类，在当前世界性Co短缺情况下，节省资源，降低成本，推出新产品更具有经济和战略意义。

　　2、本发明专利达到和超过无Co超硬高速钢M2Al质量水平，并且克服掉了M2Al工艺性能不良，大量Al2O3夹杂物难于消除，钢锭表面不良，成材率低，钢材易氧化脱C，成本高等缺点。

　　本发明专利的主要技术特征体现在1、目前原材料持续涨价，市场竞争激烈，售价高用户不接受，本发明高性能、价格低廉，成本是超硬型高速钢中最低的钢号。

　　2、冶炼时利于操作，化学成分易于控制，确保成品结果稳定。

　　3、工艺性能良好易于锻造、轧制、拔丝，且不易脱C，成材率高。

　　4、可磨削性、强度、韧性、红硬性均不低于M2、M2Al。

　　5、淬回火硬度不低HRC67。

　　本发明产品成分设计，正体方案及理论依据1、本发明专利确定为W-Mo系，W、Mo是高速钢的必要元素，能与C形成碳化物，是形成碳化物的主要元素。高速钢特征就是含有大量碳化物，在淬火时因溶于基体中，在回火时析出细小弥散分布的碳化物，从而起到提高硬度、红硬性、高温硬度等作用。在钢中1％W与2％Mo的作用相当，因此可以在一定的范围内按此关系改变W、Mo配比，而基本不改变钢的性能。根据实践经验W、Mo配比合适，W-Mo系比单一W系或Mo系综合性能好，所以在保证综合性能前提下，尽力节省资源，降低成本，确定钨当量(W+2Mo)＝15。

　　2、Cr是高速钢中重要元素，作用机理是一部分Cr在淬火、回火状态下，固溶于碳化物及基体中，起到固溶强化作用，大部分Cr与C形成碳化物，并且能保证高速钢的淬透性，抗氧化、耐腐蚀性等。但Cr过高时，对热塑性有不良影响，所以本发明专利按常规含量统一为4％。

　　3、V是高速钢中重要的碳化物形成元素，V与C结合力很强，易生成VC型碳化物，颗粒细小，弥散在钢中，可以控制钢在淬火时的晶粒度，细化晶粒，并且可提高耐磨性，高温性能。但V含量超过2％时，将会降低钢的可磨削性，使刀具难于磨削，因此本发明专利加入量不超过2％。

　　4、Si不作为主要元素在钢中有一定含量，能起到良好的脱氧作用，，减少钢中气体夹杂含量。Si作为主要元素已广泛应用于弹簧钢、结构钢等，高速钢已有部分钢号应用，本发明专利在高合金高速钢中提高Si含量加N是该钢号的新亮点。

　　提高Si含量能在高速钢中减少大块和棒状碳化物促使钢液凝固时形成的对性能有害的M2C再次加热时分解为M6C、MC，即 细化碳化物，提高韧性。

　　Si在钢中超饱和渗碳时，在渗碳层形成细小且分布均匀的碳化物和氮化物SiC、Si3N4，提高红硬性及淬火时的硬度，细化回火时析出的二次碳化物，使回火硬度升高，显著提高二次硬化效果，从而改善切削性能及可磨削性能，1％Si可相当2％Co的作用。

　　5、N在高速钢中的作用与C相似，可以代替一部分C，加N后的高速钢再次加热时，能促进M2C型共晶碳化物分解转变为M6C、MC，有和Si相同的功能，提高硬度、红硬性、韧性，并能提高淬火温度，降低过热敏感性，从而改善钢的性能，提高切削性能。

　　在高速钢中主要是Cr、V、Si吸收N，形成弥散细小的氮化物，存在于复合碳化物中，在复合碳化物中置换一部分C原子，而形成氰化物相，而另一部分溶于奥氏体中，由于N增多了氰化物相和氮化物，有效的阻止晶粒长大，可细化晶粒，成品钢中含有0.04％N就可以提高淬回火硬度HRC0.5-1.0。

　　6、Mn在钢中有一定的含量起到脱氧作用，减少钢中气体、夹杂物。有足够的Mn可以消除S的有害作用，即S的热脆性，提高热塑性，使低熔点的FeS(985℃)变成高熔点的MnS(1620℃)。Mn在高速钢中有害的一面与Ni相似，可增多残留奥氏体量，增加回火工艺过程的困难，过热敏感性大，过量的Mn能促进加热时晶粒长大，含量超过0.6％时有害影响明显，主要降低了高温硬度，因此在高速钢中Mn不能过分提高，在我国标准中一般≤0.40％。提高热塑性的最好办法是降低钢中S含量，S越低越好，稍提高Mn，使Mn/S≥40，显著改善塑性，本发专利可达到。

　　7、C是高速钢中必要，是最主要的元素，C与W、Mo、Cr、V等元素形成复合碳化物，靠这些复合碳化物提高硬度、红硬性、耐磨性等。C低会使这些元素不能充分形成碳化物，浪费资源又降低性能。增加C会提高硬度，若过高溶于基体，C过多会使韧性下降，增加脆性，刀具易崩刃，因此本发明专利采用先进的C、N饱和度计算方法来确定合适的C含量，按steven公式计算(1)中限平衡C值CP＝0.033W+0.063Mo+0.06Cr+0.2V＝1.129(2)中限C、N饱和度值Ac,N=Cs+NCp=1.054]]>从而确定本发明钢号C含量范围在1.00-1.20％，在此范围内可保证有足够的一次、二次碳化物，确保钢的硬度、红硬性、高温硬度、耐磨性、韧性等综合性能良好。

　　(四)具体实施方案下面举例对本发明作更详细的描述按照下表所列成分范围配制原料

　　原料配制好之后，按照电弧炉冶炼的方法冶炼制成超硬型高速钢。

　　权利要求

　　1.一种无Co超硬型高速钢，其特征是它的重量比组成为碳1.00-1.20、钨6.50-7.50、钼3.50-5.00、铬3.50-4.50、钒1.60-2.20、硅0.60-1.20、锰0.20-0.60、氮0.04-0.10和余量的铁。

　　全文摘要

　　本发明提供的是一种无Co超硬型高速钢。它的重量比组成为碳1.00－1.20、钨6.50－7.50、钼3.50－5.00、铬3.50－4.50、钒1.60－2.20、硅0.60－1.20、锰0.20－0.60、氮0.04－0.10和余量的铁。本发明产品中不含Co，而性能水平近于和达到含Co高速钢，达到或超过无Co超硬高速钢M

　　文档编号C22C38/24GK1811003SQ20051000967

　　公开日2006年8月2日 申请日期2005年1月28日 优先权日2005年1月28日

　　发明者王汉光 申请人:王汉光