專利名稱：低合金高性能高速鋼的制作方法
技術領域：
本發明屬于低合金高速鋼領域。適用于通用型高速工具鋼領域中。
高速工具鋼中高的合金含量，一直被認為是形成足夠的淬火未溶碳化物和有很強的二次硬化效果的馬氏體基體的需要。而低合金高速鋼和半高速鋼因性能低和受到使用范圍的限制而未能獲得大量應用。目前被人們所采用的高速鋼類型有通用型高速鋼和美國專利US3012879以及日本特許公報JP57-73167(A)等鋼種。這些類型高速鋼雖然使用性能較好，但最主要的缺點是高合金通用型高速鋼因合金成分含量高，以及該類鋼種的生產工藝條件較苛刻，能耗損失較大，成材率低等，因此該類型高速鋼的成本很昂貴。
本發明的目的是提供一種具有合金含量低，而性能不低于通用型高速鋼，成本及能耗低，而成材率高的通用型低合金高性能高速鋼材料。
根據本發明的目的，我們設計出一種低合金高性能高速鋼的具體化學成分為(重量%)C 0.85-1.05% W 3.0-5.0% Mo 2.0-3.5% Cr 3.5-5.0% V1.20-1.80% Si 0.70-1.20 Mn 0.20-0.50% N 0.02-0.08% S≤0.03% P≤0.03%其余為Fe。
在本發明低合金高性能高速鋼中W、Mo為必要的成分之一，它們與C形成碳化物，能細化鋼的晶粒和淬火時固溶于基體并在回火過程中析出極彌散的和細小的特殊碳化物，使本發明鋼獲得很高的二次硬度。由于W、Mo和C有很強的結合力，所以提高了馬氏體的高溫分解穩定性，使本發明鋼在較高溫度下仍能保持馬氏體的晶格特性。又由于W、Mo的特殊碳化物不易聚集長大，使本發明鋼在約600℃時仍保持碳化物細小彌散，即抗高溫軟化能力強。在通用高速鋼中鎢當量(W+2Mo)%均≥14%，而本發明鋼中(W+2Mo)均低于10%，其目的是減少W、Mo形成一次碳化物的那部分含量，但又保證基體二次硬化和高溫性能對W、Mo的需要量，使本發明鋼具有較高的淬火、回火硬度和高溫性能。因此在本發明鋼中加入3.0-5.0%W和2.0～3.5%Mo。
因為高速鋼是依靠大量的一次、二次碳化物來保證鋼的高硬度、高耐磨性和高的高溫性能。碳含量過低，將不能發揮鋼中各合金元素的作用，二次硬化效果差。碳量過高，則鋼中易析出M3C型碳化物，也導致鋼的淬火過熱傾向增大。在本發明鋼中碳含量定在0.85-1.05%C，其目的是使鋼中合金元素充分發揮作用，使在合金元素遠低于通用高速鋼的情況下，能獲略高于通用高速鋼的二次硬度。
釩與碳的結合力很大，形成面心立方的間隙相，這類碳化物很穩定。VC淬火未溶的部分是保證淬火組織晶粒細化和好的耐磨性的重要因素。淬火固溶以及回火時析出的VC能大大的加強鋼的二次硬化，但釩的含量過高能惡化鋼的磨削性。因此在本發明鋼中釩含量為1.20～1.80%V。
鉻在本發明鋼中所起的作用是提高鋼的淬透性和回火硬度，以及增加抗氧化及抗腐蝕能力，但Cr含量過高，則對鋼的熱塑性有不利影響，本發明鋼鉻含量為3.5-5.0%Cr。
在通用高速鋼中Si是作為有害元素盡量去除的，而在本發明鋼中Si是作為一種合金元素加入的，加入Si量為0.8-1.20%。在本發明鋼中合金含量遠低于通用高速鋼的情況下加入適量的硅，可以細化硬化峰附近析出的碳化物和增加回火過程中析出的碳化物的數量和有助于淬回火性能的穩定性，回火波動范圍小，易于控制生產。能改善鋼錠的熱塑性和鋼材的韌性，能增加淬火時基體中合金元素的固溶量，有助于提高基體的硬度和高溫性能。由于在本發明鋼中加入適量的Si，淬回火后硬度可達HRC65-66.5。比通用高速鋼硬度值提高HRC0.5左右。
在本發明鋼中加入0.02-0.08%N，其目的是利用細小的N與C的化合物，以保證鋼的晶粒在淬火時不易長大，使鋼能在較高的高溫淬火，從而保證淬火基體中固溶盡可能多的合金元素。產生最大的二次硬化效果，同時又保持有較細晶粒的組織和較好的韌性。
本發明鋼的生產方法可以采用電爐、電渣重熔或中頻感應爐冶煉，然后將鋼錠鍛造或軋制成型，鍛、軋溫度大于1100℃，終鍛、軋溫度不小于9.00℃，熱處理淬火溫度為1100℃～1200℃，回火溫度為560℃。
采用本發明低合金高性能高速鋼所生產的各種產品與現有技術相對比，具有以下特點。
1.采用本發明鋼與現有技術相對比，因本發明鋼其合金含量低，則每生產一噸鋼可節約原材料成本約3000元。
2.本發明鋼因含難熔合金元素較少，而Si、C等元素較高，則在冶煉時爐料熔化速度快，鋼水流動性好，出鋼溫度低。熱加工溫度低于通用型高速鋼20℃～50℃左右。熱加工變形抗力小，塑性好，鍛軋成材率高于通用型高速鋼，因此可以大大降低能耗，提高產量，降低成本。
實施例本發明鋼是采用中頻感應爐冶煉，為了對比方便，我們同時冶煉了五爐不同成分的高速鋼A、B、C為本發明低合金高速鋼，D、E為對比通用型高速鋼，其具體化學成分見表1，鋼錠經鍛、軋后再進行熱處理，熱處理工藝制度以及處理后各鋼的性能參數見表2。
根據上述性能對比，本發明低合金高性能高速鋼，在節約成本和降低能耗的基礎上，仍能達到通用型高速鋼性能指標，并有所提高。本發明鋼在制造不同類型的產品方面，也同樣能達到或超過通用高速鋼的水平。
權利要求
1.一種低合金高性能高速鋼，其特征在于該鋼種的具體化學成分為(重量%)C0.85-1.05%W3.0-5.0%Mo2.0-3.5%Cr3.5-5.0%V1.20-1.80%Si0.70-1.20%Mn0.20-0.50%N0.02-0.08%S≤0.03%P≤0.03%；其余為鐵。
全文摘要
本發明屬于低合金高速鋼領域。適用于通用型高速工具鋼領域中。
文檔編號C22C38/24GK1049189SQ9010320
公開日1991年2月13日 申請日期1990年7月3日 優先權日1990年7月3日
發明者王世章, 趙燕, 孫紹華, 孫繼剛, 孫永申, 吳立光, 戴建明, 徐鳳達, 鄧玉昆 申請人:冶金工業部鋼鐵研究總院, 河北省冶金研究所, 撫順鋼廠, 大連鋼廠