[发明专利]一种高速钢及其生产工艺

说明书

技术领域

本发明属于金属材料中的高速钢及其生产工艺。

背景技术

高速钢是一种含多量碳(C)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)等元素y的高合金钢，热处理后具有高热硬性，当切削温度高达600℃以上时，硬度仍无明显下降，用其制造的刀具切削速度可达每分钟60米以上，其硬度为63-65HRC。

高速钢的制造方法有两种，一为传统的钢锭浇铸，另一种则为利用粉末冶金方法制造。钢锭浇铸通常又分为二次精炼(EAF+LF+VD)或电渣重熔(ESR)两类，上述方法中由于金属液缓慢冷却，造成合金的不均匀偏析和合金碳化物的粗大，从而影响到高速钢的性能。虽然后续的热作处理可改变及细化钢锭的铸造组织，减低不良影响，但却无法消除原有的铸造组织，因而对物理及机械性质有负面的影响。为改善传统高速钢的质量，特别是希望大直径高速钢碳化物颗粒尺寸能够细小且分布均匀，阻止偏析产生，使得横向及纵向的机械性质匀一无差别。1965年，熔炉斯伯公司(Crucible)率先生产出一种组织均匀无方向性的钢种。发展至今，粉末冶金制程已成为当今制造高性能工具钢的主要方法。其主要原理是将已调配好合金成份的高温熔融钢液，在流出时加以高压氮气雾化，使其快速凝固成均匀的粉末颗料，然后经过筛选并充填到已抽真空且密封的圆柱形钢瓶中，进行热均压(HIP)，使钢瓶内的颗粒成为完全密实的材料，再直接经由传统锻造、辊轧成不同形状产品，如：圆棒、板材、片材和线材，以供工业界使用。

由于生产粉末高速钢具有较高的技术要求，目前全世界粉末高速钢的生产厂家并不多，主要集中在美国、欧洲及日本，具有代表性的有美国熔炉斯伯(Crucible)，欧洲(ASSAB、Soderfors、Erasteel、Bohler、DSS、Carpenter)，日本(Hitachi、Daido、Nachi、Kobe)。但是，粉末冶金的工序相当复杂，包括：熔炼、雾化、筛分、混批、封装、冷等静压、热等静压、热锻或热轧、接触封装、热处理等过程。这些工序进行过程中，需要热等静压等设备昂贵的投资以及雾化装置的尺寸要求比较大，而且粉末冶金材料的收得率比较低，能源利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硬度更好的高速钢；

本发明的又一目的是上述高速钢的生产工艺；

本发明解决技术问题的技术方案为：一种高速钢，化学成分质量百分含量为：C 1.0-1.4％，Cr 3.8-4.2％，Mo 4.8-5.2％，W 6.3-6.5％，Co 8.2-8.4％，V 2.2-3.0％，Nb 0.4-1.5％，Si 0.2-0.4％，S≤0.03％，P≤0.03％，Mn≤0.4％，其余为Fe及不可避免的杂质。

优选Nb的质量百分含量为0.6～1.2％。

优选的Mn/S≥20。

本发明的生产工艺包括以下工序：

a、配料工序：按照合金的成分进行配料；

b、熔化工序：将混合好的配料放入雾化沉积设备熔炼室的真空感应炉内加热到高于合金熔点100-250℃，保温10-20分钟，使感应炉内高速钢熔体的成分和温度达到均匀一致，然后把高速钢熔体按照3-10g/min的速度倒入已经被加热的中间包中，中间包的温度高于高速钢熔点100-250℃；

c、雾化沉积工序：在物化室内，以压力2-3MPa，纯度＞99.9％Wt的N₂气体通过雾化喷嘴，把高速钢熔体雾化成熔滴，熔滴飞行并沉积在以50-90转/分钟速度旋转的沉积器上，形成柱状沉积坯；

d、空冷工序：升高沉积器使沉积坯到雾化嘴的距离为50-100mm，同时保持沉积坯在沉积器上高速旋转并保持沉积坯与喷嘴之间的距离不变，控制沉积坯顶部表面降温速率＜10℃/min，若温度降低过快，容易产生偏析，当坯体表面温度低于800℃后，停止控温，随炉冷却，获得高速钢坯体；

e、退火工序：将喷射成形制得的高速钢坯体加热到850-880℃，保温10小时以上后缓冷到≤600℃出炉空冷，冷却速度≤30K/hr；

f、热锻工序：将退火好的高速钢坯加热温度到1100-1180℃，加热保温时间t＝d×(1.0-2.0)min/mm，d为锻造产品的厚度，热锻的锻造比≥9∶1；

g、淬火回火工序：将热锻好的高速钢加热到1180-1200℃保温6-10分钟后淬火，550-560℃保温1小时后回火，回火次数1-4次。

本发明各种合金元素的作用及配比如下：