粉末冶金工藝制備工具鋼的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種工具鋼的制備方法，尤其涉及一種粉末冶金工藝制備工具鋼的方法。
【背景技術】
[0002]工具鋼廣泛應用于加工制造領域，目前工具鋼主要采用傳統的鑄鍛工藝制備，采用鑄鍛工藝制備的工具鋼受到工藝過程鋼液緩慢冷卻凝固特點的限制，合金成分在凝固過程中發生偏析，形成粗大的碳化物組織，即使經過后續鍛軋處理，這種不良組織仍然會對合金性能帶來不良影響，導致鑄鍛工具鋼性能上包括強度、韌性、耐磨性能、可磨削性能等處于偏低水平，難以滿足高端加工制造對材料使用性能及壽命穩定性的要求。采用粉末冶金工藝制備工具鋼解決了合金元素偏析的問題，粉末冶金工藝制備工具鋼的主要步驟包括:霧化制粉一粉末固結成形，在上述霧化制粉環節，鋼液被快速冷卻，鋼液中合金元素來不及偏析即完全凝固，粉末固結成材后組織細小均勻，相比鑄鍛合金性能有大幅度提升，目前對于一些性能要求極高的高合金工具鋼只有采用粉末冶金工藝進行制備才能滿足要求。
[0003]采用粉末冶金工藝制備工具鋼存在的主要問題是制備工藝復雜、流程長，合金從鋼液到最后成材的過程中容易受到氧化污染，同時如何避免金屬粉末制備過程中有害夾雜的混入也是需要考慮的問題。為了解決上述問題，國內外研宄者有針對性地開展了相關研宄，其中專利CN 102909385 A公開了一種采用粉末冶金工藝制備工具鋼的方法，為了避免鋼液與空氣直接接觸而受到污染，其所公開技術方案采用了真空感應熔煉及霧化制粉的方法對鋼液進行保護，但仍存在一些問題，即真空保護熔煉導致熔煉鋼包的尺寸受制于真空腔體的大小，難以實施單次大批重粉末的制備，另外在真空腔體內難以實施對鋼液的二次精煉，制備過程中有害夾雜一旦進入鋼液將難以在線去除，鋼液品質無法得到保障，同時大型真空設備的使用導致設備投入及運行維護成本較高。
【發明內容】
[0004]為解決現有技術中存在的不足，本發明提供了一種采用非真空方式的粉末冶金工藝制備工具鋼的方法。
[0005]為實現上述目的，本發明的粉末冶金工藝制備工具鋼的方法包括以下制備步驟: 步驟一、霧化制粉，包括以下步驟:
a、獲取工具鋼鋼液并轉移至鋼包；
b、鋼包內工具鋼鋼液上表面覆蓋鋼包保護澄，加熱鋼包保護澄，維持工具鋼鋼液的過熱度；在鋼包底部通入惰性氣體對工具鋼鋼液進行攪拌；
c、將工具鋼鋼液通過鋼包底部的導流管以穩定流量流入預加熱的中間包，待工具鋼鋼液進入中間包埋沒導流管下端面時對工具鋼鋼液上表面施加中間包保護渣；
d、對中間包進行持續補償加熱，維持工具鋼鋼液的過熱度；
e、工具鋼鋼液從中間包進入具有保護氣氛的霧化室后采用惰性氣體在穩定氣體壓力下進行霧化制粉，制得的金屬粉末沉降至霧化室底部，后進入具有保護氣氛的儲粉罐，通過保護篩分裝置對金屬粉末進行篩分后再進入儲粉罐儲裝；
步驟二、金屬粉末固結成形，包括以下步驟:
a、在惰性氣體保護下，將儲粉罐內的金屬粉末裝填至熱等靜壓包套；
b、在穩定溫度壓力下對熱等靜壓包套進行抽真空脫氣處理，隨后對熱等靜壓包套端部進行封焊處理；
C、在穩定溫度壓力下對熱等靜壓包套進行熱等靜壓處理使金屬粉末致密固結，完成粉末冶金工藝。
[0006]在粉末冶金工藝過程采用非真空方式進行熔煉及霧化制粉，制備過程采取了多種有效保護手段，以控制氧含量，提高產品性能。在步驟一的霧化制粉階段，鋼包的保護渣具備隔絕空氣以及導電加熱功能；鋼包底部通入惰性氣體，使鋼包內不同位置鋼液溫度均衡，同時加速有害夾雜的上浮去除；鋼包底部的導流管一方面對鋼液起導流作用，減少鋼液流轉過程紊流產生，避免卷渣或減少夾雜進入到下一環節，另一方面避免了鋼液流直接與空氣的接觸，防止鋼液氧含量上升；中間包保護渣防止流經中間包的鋼液直接與空氣接觸，減少鋼液氧含量的升高；鋼液進入中間包前對中間包預加熱，防止鋼液進入中間包時局部凝結或導致第二相提前析出；儲粉罐具有強制降溫冷卻功能，內部為正壓惰性氣體保護氣氛；粉末保護篩分裝置腔體內部通有正壓惰性保護氣體，對粉末篩分過程起到保護作用同時防止粉末飄揚。在步驟二的金屬粉末固結成形階段，熱等靜壓包套在裝填金屬粉末前通入惰性氣體排出空氣，通過兩端開口管連接儲粉罐與熱等靜壓包套，形成密閉連接，控制金屬粉末的氧含量。
[0007]作為對上述方式的限定，所述步驟一工具鋼鋼液的過熱度達到80~200°C。
[0008]作為對上述方式的限定，所述步驟一導流管內工具鋼鋼液的流量為10~50kg/min。
[0009]作為對上述方式的限定，所述步驟一中間包預加熱至800~1200°C。
[0010]作為對上述方式的限定，所述步驟一中惰性氣體為氬氣或氮氣，氣體純度^ 99.999%，氧含量< 2ppm。
[0011]作為對上述方式的限定，所述步驟一霧化制粉的氣體壓力為1.0-5.0MPa0
[0012]作為對上述方式的限定，所述步驟二熱等靜壓包套中金屬粉末的裝填密度多70%。
[0013]作為對上述方式的限定，所述步驟二抽真空脫氣處理中溫度為200~600°C，脫氣至0.0lPa后繼續加熱保溫彡2h。
[0014]作為對上述方式的限定，所述步驟二熱等靜壓處理溫度為1050~1200°C，在彡10MPa壓力下保持時間彡lh。
[0015]綜上所述，采用本發明的技術方案，在非真空方式下進行熔煉及霧化制粉，單次制備工具鋼錠材重量可達1.5-8噸，非真空大噸位鋼包的使用降低了整體生產成本。制備過程中采取了多種有效保護手段，減少了有害夾雜混入以及防止合金氧含量增加，控制氧含量增量< 30ppm，粉末固結成形后獲得的錠材組織細小均勻，具備優良綜合性能。
【附圖說明】
[0016]下面結合附圖及【具體實施方式】對本發明作更進一步詳細說明:
圖1為本發明粉末冶金工藝的裝置結構示意圖； 圖2為本發明實施例微觀組織圖；
圖中:1、鋼包；2、鋼包保護渣；3、鋼液；4、導流管；5、中間包保護渣；6、中間包；7、透氣孔；8、霧化錐；9、霧化室；10、氣體出口 ；11、儲粉罐。
【具體實施方式】
[0017]本發明涉及的粉末冶金工藝制備工具鋼的方法在如圖1所示的裝置中進行。將工具鋼鋼液3置于鋼包I內，并在鋼液3的上表面覆蓋鋼包保護渣2，鋼包I底部設有透氣孔7用于對鋼液3的通氣攪拌，對鋼包保護渣2通電加熱使鋼液3達到過熱度溫度時，通過鋼包底部的導流管4使鋼液3流入中間包6，當鋼液3在中間包6內埋沒導流管4下端面時施加中間包保護渣5，對中間包6持續補償加熱，使鋼液3維持合適過熱度溫度，通過中間包底部開口使鋼液3進入霧化室9，開啟氣體噴射閥門，鋼液3在惰性氣沖擊作用下被破碎成液滴，與氣體混合形成霧化錐7，快速冷卻為金屬粉末飛行沉降至霧化室9底部，金屬粉末通過霧化室9底部開口進入儲粉罐11，霧化室9側面設有氣體出口 10，以控制氣體進氣及出氣流量，保持霧化制粉室惰性氣體保護氣氛。
[0018]實施例一
本實施例涉及一種粉末冶金工藝制備工具鋼的方法，采用如下制備步驟:
步驟一、霧化制粉，包括以下步驟:
a、選擇一種工具鋼，其成分為:C1.5%，W12%，Mol%，Cr4.0%，V5.0%，Co5%，余量為Fe和其它不可避免的微量夾雜，其中氧含量為55ppm，將鋼液裝入粉末冶金熔煉鋼包中，鋼液裝載量為1.5噸