[发明专利]高速工具钢大截面锻材制造方法

说明书

技术领域

本发明属于钢材锻造方法，具体涉及一种高速钢大截面锻材制造方法，是对Φ 160mm～Φ350mm锻材的冶炼及锻造。

背景技术

高速工具钢简称高速钢，是特殊钢中通过特殊热处理可以获得极高硬度（HRC）63 ～70，而且在550℃～600℃仍可以保持高硬度（HRC）60以上和高耐磨性的耐热耐磨钢类，其 主要用途为制造各种机床的切削工具，也部分用于高载荷模具，航空高温轴承及特殊耐热 耐磨零部件等。

高速钢属于高碳高合金莱氏体钢，主要的组织特征之一是含有大量的碳化物，这 些碳化物包括铸态组织中大量莱氏体共晶碳化物（一次碳化物），以及从奥氏体和马氏体基 体中析出的碳化物（二次碳化物）。碳化物对钢材性能影响很大，为此应在热加工过程中使 碳化物充分破碎、细化并均匀分布，但由于高速钢热加工变形抗力大、导热系数小、热塑性 差、变形温度范围窄，在热加工过程中易出现内部裂纹及表面裂纹等探伤缺陷。因此如何保 证高速钢冶炼钢锭获得良好的铸态组织，以及热加工过程中碳化物充分破碎和成品探伤合 格，历来是高速钢生产工艺和提高质量的关键问题。目前国内、外高速钢生产厂家所生产的 大截面锻材，通常采用真空精炼或电渣重熔冶炼钢锭，采用快锻机上下等宽平砧对称锻造， 该制造方法易出现钢材内裂缺陷或高速钢碳化物破碎不足等问题。

发明内容

本发明公开一种高速工具钢大截面锻材制造方法，目的是解决大型钢锭的铸态组 织碳化物偏析恶化、造成大截面锻材共晶碳化物不均匀度十分严重以及锻造过程中的内裂 和表裂缺陷增加的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

采用LF精炼、VD脱气、喂铝线等炼钢工艺提高钢水洁净度，对电渣重熔输出功率的控制 以及锻造前均质化处理，改善共晶碳化物偏析和钢的热加工塑性；通过对大型高速工具钢 钢锭的锻造火次和不同变形量控制，破碎大颗粒碳化物和改善共晶碳化物不均匀度；超声 波探伤按ASTMA388标准达到不大于Φ3平底孔水平；高速工具钢大截面锻材生产工艺见图 1。

1.炼钢工艺：

1）钢采用EAF+LF+VD+ESR方法冶炼，电渣钢锭规格：Φ480mm、Φ

610mm;

2）LF炉白渣冶炼，白渣保持时间大于30min;

3）VD炉真空度小于1mbar，保持时间大于15min;

4）浇注前钢包中吹氩气10min～15min；

5）电极坯冶炼成分控制符合相应钢种的碳饱和度要求，碳饱和度

Ac=Cs/Cp，

Cs为钢中碳含量，

Cp为平衡碳Cp=0.033W+0.063Mo+0.06Cr+0.20V)；

6）电极红送退火后电渣重熔；

7）电渣重熔采用CaF₂：Al₂O₃＝70％：30％二元渣系，电极坯重熔输入功率控制在450kw ～600kw，电渣锭红送转移。

2.锻造工艺：

锻造变形采用多火锻造工艺，锻造过程采用两头锻造方法，整个锻造过程可分为三步：

1）对称锻造：钢锭按要求加热均匀透烧，钢锭加热至860℃保温2h～3h,再升温至1180 ℃保温5h～6h；采用上下等宽平砧对钢锭轻压，该步骤每道次变形量按3%～5%控制；终锻温 度不低于900℃。

2）不对称锻造：钢坯按要求均匀加热透烧，钢锭加热至860℃保温2h～3h,再升温 至1180℃保温5h～6h；对中间钢坯采用上宽平砧、下平台锻造，该步骤每道次变形量按12% ～28%控制；终锻温度不低于900℃。

3）成品锻造：钢坯采用圆孔型砧摔圆成形，该步骤每道次变形量在5%～15%；终锻 温度不低于850℃；锻材成品规格为Φ160mm～Φ350mm；

3.锻后成品材采取红送退火，钢材装炉温度应大于650℃。

对技术方案的分析和理论阐述：

1）化学成分控制

高速工具钢中的钨、钼、铬、钒等合金元素均为强碳化物形成元素，其含量达到17%～ 24%，通过调整、控制上述元素的含量能够得到最佳的碳饱和度参数，使钢的铸态组织中的 碳化物分布更加均匀细小。

2）电渣重熔工艺参数的控制