專利名稱：無Co超硬型高速鋼的制作方法

　　技術領域：

　　本發明涉及的是一種鋼材，具體地說是一種超硬型高速鋼。

　　背景技術：

　　高速鋼分為通用型和超硬型，本發明專利屬無Co超硬型。通用型用于制造一般通用各種刀具，而超硬型用于制造高性能、長壽命、高速度和精密、多刃、成型的切削工具。對于高溫合金、耐熱鋼、高碳軸承鋼及高強度結構鋼等，許多具有較高硬度的材料，由于其加工難度大，要求刀具材料綜合性能優良，尤其硬應達到HRC67-70(通用型HRC62-66)，加工上述難加工材料必須用超硬型高速鋼刀具，歸納國內外應用最廣泛的有二大類1、含Co類，代表性鋼號美國ASTM600-99中M42(W2Mo9Cr4VCo8) M41(W7Mo4Cr4V2Co5)M36(W6Mo5Cr4V2Co8) M35(W6Mo5Cr4V2Co5)含Co類高速鋼具有優良的超硬性、紅硬性、可磨削性，國內也早已生產，但由于其熱加工塑性差、工藝性能不良、易氧化脫C等問題，使鋼材成材率及刀具成品率很低，尤其含Co量在5％以上，Co是戰略短缺金屬，目前時價44萬元/噸，價昂貴，造成鋼材成本高，售價貴，難于推廣應用。

　　2、無Co類，代表性鋼號中國GB/T9943-88中M2Al(W6Mo5Cr4V2Al)是在美國ASTMA600-99中M2鋼的基礎上添加1％Al。

　　我國研制的無Co超硬型高速鋼，有良好的使用性能，很受用戶的歡迎，但冶金廠深吃苦頭，普便不愿生產，原因是冶金廠生產過程中工藝性能不良，Al熔點低(660℃±)，易氧化、燒損，煉鋼過程中加入Al后生成大量氧化物，使Al收得率不穩，影響成品化學成分的穩定性，鋼中溶于大量Al2O3夾雜物，鋼錠表面不良，不易修磨，鋼材易氧化脫C，修磨量大，成材率低，至使成本高于M2鋼。

　　發明內容本發明的目的在于提供一種性能水平近于和達到含Co高速鋼，達到或超過無Co超硬高速鋼M2Al，并且生產工藝性能優良，熱加工塑性、熱處理工藝優于含Co高速鋼及M2Al，在超硬型高速鋼中成材率最高，成本最低的無Co超硬型高速鋼。

　　本發明的目的是這樣實現的它的重量比組成為碳1.00-1.20、鎢6.50-7.50、鉬3.50-5.00、鉻3.50-4.50、釩1.60-2.20、硅0.60-1.20、錳0.20-0.60、氮0.04-0.10和余量的鐵。

　　本發明定位于無Co超硬型高速鋼，是因為本發明產品中不合Co，而性能水平近于和達到含Co高速鋼，達到或超過無Co超硬高速鋼M2Al，并且生產工藝性能優良，熱加工塑性、熱處理工藝優于含Co高速鋼及M2Al，在超硬型高速鋼中成材率最高，成本最低。

　　本發明與現有技術相比主要優點體現在1、本發明產品中不含Co為什么還能近于和達到含Co鋼水平？提高Si含量加N是本發明產品的新亮點，用Si、N代替Co可達到事半功倍的效果。Si在地球廣泛存在，資源豐富，FeSi是鐵合金中最便宜的，可顯著降低成本并節省大量昂貴的Co。

　　含Co高速鋼熱塑性差，Co含量越高，越難加工，成材率越低，本發明專利不含Co易于生產，熱加工塑性、工藝性能、鋼錠成材率及刀具成品率均優于含Co類，在當前世界性Co短缺情況下，節省資源，降低成本，推出新產品更具有經濟和戰略意義。

　　2、本發明專利達到和超過無Co超硬高速鋼M2Al質量水平，并且克服掉了M2Al工藝性能不良，大量Al2O3夾雜物難于消除，鋼錠表面不良，成材率低，鋼材易氧化脫C，成本高等缺點。

　　本發明專利的主要技術特征體現在1、目前原材料持續漲價，市場競爭激烈，售價高用戶不接受，本發明高性能、價格低廉，成本是超硬型高速鋼中最低的鋼號。

　　2、冶煉時利于操作，化學成分易于控制，確保成品結果穩定。

　　3、工藝性能良好易于鍛造、軋制、拔絲，且不易脫C，成材率高。

　　4、可磨削性、強度、韌性、紅硬性均不低于M2、M2Al。

　　5、淬回火硬度不低HRC67。

　　本發明產品成分設計，正體方案及理論依據1、本發明專利確定為W-Mo系，W、Mo是高速鋼的必要元素，能與C形成碳化物，是形成碳化物的主要元素。高速鋼特征就是含有大量碳化物，在淬火時因溶于基體中，在回火時析出細小彌散分布的碳化物，從而起到提高硬度、紅硬性、高溫硬度等作用。在鋼中1％W與2％Mo的作用相當，因此可以在一定的范圍內按此關系改變W、Mo配比，而基本不改變鋼的性能。根據實踐經驗W、Mo配比合適，W-Mo系比單一W系或Mo系綜合性能好，所以在保證綜合性能前提下，盡力節省資源，降低成本，確定鎢當量(W+2Mo)＝15。

　　2、Cr是高速鋼中重要元素，作用機理是一部分Cr在淬火、回火狀態下，固溶于碳化物及基體中，起到固溶強化作用，大部分Cr與C形成碳化物，并且能保證高速鋼的淬透性，抗氧化、耐腐蝕性等。但Cr過高時，對熱塑性有不良影響，所以本發明專利按常規含量統一為4％。

　　3、V是高速鋼中重要的碳化物形成元素，V與C結合力很強，易生成VC型碳化物，顆粒細小，彌散在鋼中，可以控制鋼在淬火時的晶粒度，細化晶粒，并且可提高耐磨性，高溫性能。但V含量超過2％時，將會降低鋼的可磨削性，使刀具難于磨削，因此本發明專利加入量不超過2％。

　　4、Si不作為主要元素在鋼中有一定含量，能起到良好的脫氧作用，，減少鋼中氣體夾雜含量。Si作為主要元素已廣泛應用于彈簧鋼、結構鋼等，高速鋼已有部分鋼號應用，本發明專利在高合金高速鋼中提高Si含量加N是該鋼號的新亮點。

　　提高Si含量能在高速鋼中減少大塊和棒狀碳化物促使鋼液凝固時形成的對性能有害的M2C再次加熱時分解為M6C、MC，即 細化碳化物，提高韌性。

　　Si在鋼中超飽和滲碳時，在滲碳層形成細小且分布均勻的碳化物和氮化物SiC、Si3N4，提高紅硬性及淬火時的硬度，細化回火時析出的二次碳化物，使回火硬度升高，顯著提高二次硬化效果，從而改善切削性能及可磨削性能，1％Si可相當2％Co的作用。

　　5、N在高速鋼中的作用與C相似，可以代替一部分C，加N后的高速鋼再次加熱時，能促進M2C型共晶碳化物分解轉變為M6C、MC，有和Si相同的功能，提高硬度、紅硬性、韌性，并能提高淬火溫度，降低過熱敏感性，從而改善鋼的性能，提高切削性能。

　　在高速鋼中主要是Cr、V、Si吸收N，形成彌散細小的氮化物，存在于復合碳化物中，在復合碳化物中置換一部分C原子，而形成氰化物相，而另一部分溶于奧氏體中，由于N增多了氰化物相和氮化物，有效的阻止晶粒長大，可細化晶粒，成品鋼中含有0.04％N就可以提高淬回火硬度HRC0.5-1.0。

　　6、Mn在鋼中有一定的含量起到脫氧作用，減少鋼中氣體、夾雜物。有足夠的Mn可以消除S的有害作用，即S的熱脆性，提高熱塑性，使低熔點的FeS(985℃)變成高熔點的MnS(1620℃)。Mn在高速鋼中有害的一面與Ni相似，可增多殘留奧氏體量，增加回火工藝過程的困難，過熱敏感性大，過量的Mn能促進加熱時晶粒長大，含量超過0.6％時有害影響明顯，主要降低了高溫硬度，因此在高速鋼中Mn不能過分提高，在我國標準中一般≤0.40％。提高熱塑性的最好辦法是降低鋼中S含量，S越低越好，稍提高Mn，使Mn/S≥40，顯著改善塑性，本發專利可達到。

　　7、C是高速鋼中必要，是最主要的元素，C與W、Mo、Cr、V等元素形成復合碳化物，靠這些復合碳化物提高硬度、紅硬性、耐磨性等。C低會使這些元素不能充分形成碳化物，浪費資源又降低性能。增加C會提高硬度，若過高溶于基體，C過多會使韌性下降，增加脆性，刀具易崩刃，因此本發明專利采用先進的C、N飽和度計算方法來確定合適的C含量，按steven公式計算(1)中限平衡C值CP＝0.033W+0.063Mo+0.06Cr+0.2V＝1.129(2)中限C、N飽和度值Ac,N=Cs+NCp=1.054]]>從而確定本發明鋼號C含量范圍在1.00-1.20％，在此范圍內可保證有足夠的一次、二次碳化物，確保鋼的硬度、紅硬性、高溫硬度、耐磨性、韌性等綜合性能良好。

　　(四)具體實施方案下面舉例對本發明作更詳細的描述按照下表所列成分范圍配制原料

　　原料配制好之后，按照電弧爐冶煉的方法冶煉制成超硬型高速鋼。

　　權利要求

　　1.一種無Co超硬型高速鋼，其特征是它的重量比組成為碳1.00-1.20、鎢6.50-7.50、鉬3.50-5.00、鉻3.50-4.50、釩1.60-2.20、硅0.60-1.20、錳0.20-0.60、氮0.04-0.10和余量的鐵。

　　全文摘要

　　本發明提供的是一種無Co超硬型高速鋼。它的重量比組成為碳1.00－1.20、鎢6.50－7.50、鉬3.50－5.00、鉻3.50－4.50、釩1.60－2.20、硅0.60－1.20、錳0.20－0.60、氮0.04－0.10和余量的鐵。本發明產品中不含Co，而性能水平近于和達到含Co高速鋼，達到或超過無Co超硬高速鋼M

　　文檔編號C22C38/24GK1811003SQ20051000967

　　公開日2006年8月2日 申請日期2005年1月28日 優先權日2005年1月28日

　　發明者王漢光 申請人:王漢光