[发明专利]一种高性能稀土工具钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能稀土工具钢，其化学成分及重量百分比为：碳0.20‑0.25％，硅0.20‑0.40％，锰0.25‑0.55％，硫≤0.015％，磷≤0.015％，铬1.10‑1.50％，镍2.50‑3.50％，钼0.410‑0.420％，钒0.010‑0.020％，镧铈合金0.010‑0.020％，余量为铁。本发明通过添加合适用量的镧铈合金，无需添加钨、钛、铌，在大幅度降低成本的同时，与本发明中的其他成分相互协同促进，使制备得到的工具钢具有高冲击韧性和高等向性。

技术领域

本发明涉及工具钢生产技术领域，具体涉及一种高性能稀土工具钢及其制备方法。

背景技术

工具钢是用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的钢。工具钢需要具有较高的硬度且在高温下能保持高硬度和红硬性，以及高的耐磨性和适当的韧性。工具钢一般分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢。

目前的工具钢在生产钻头等工具时，由于钻头对钢的冲击韧性和等向性要求较高，通过现有的工具钢生产的钻头，其冲击韧性和等向性均不能满足要求。因此急需一种高性能工具钢，满足钻头高冲击韧性和高等向性的要求。

专利号为201410477472.6，名称为切削钻头用低成本高速工具钢及其制备工艺，公开了通过降低贵重金属钨、钼的用量，并采用钛铌和镧铈混合稀土进行孕育处理，使高速钢的奥氏体晶粒和共晶组织明显得到细化，共晶碳化物大部分变成团球状且分布均匀，提高冲击韧性，但是钨钼的用量仍然很高，且钛、铌和镧铈混合稀土含量也较高，生产成本仍然很高。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种高性能稀土工具钢及其制备方法。本发明通过添加合适用量的镧铈合金，无需添加钨、钛、铌，在大幅度降低成本的同时，与本发明中的其他成分相互协同促进，使制备得到的工具钢具有高冲击韧性和高等向性。镧铈合金对工具钢强度的影响主要表现为细晶强化和固溶强化，细晶强化不仅是工具钢强化的重要途径，而且对钢的塑性和韧性影响最大，细晶强化是提高钢的塑性和韧性的重要途径。镧铈合金作为表面活性剂，易溶于内晶，其变形能远高于晶界溶解能，因此，镧铈合金是晶界的优先偏析，降低了界面张力和能量，降低了晶粒生长的驱动力，阻碍了晶界的运动，抑制了晶粒的生长。稀土具有钉扎位错和细化晶粒的作用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种高性能稀土工具钢，其化学成分及重量百分比为：碳0.20-0.25％，硅0.20-0.40％，锰0.25-0.55％，硫≤0.015％，磷≤0.015％，铬1.10-1.50％，镍2.50-3.50％，钼0.410-0.420％，钒0.010-0.020％，镧铈合金0.010-0.020％，余量为铁。

优选的，其化学成分及重量百分比为：碳0.23％，硅0.25％，锰0.31％，硫0.002％，磷0.015％，铬1.18％，镍2.99％，钼0.418％，钒0.015％，镧铈合金0.012％，余量为铁。

添加镧铈合金的目的是通过细化晶粒和固溶强化以达到增强冲击韧性和等向性的目的。

优选的，其横向冲击功为85.7J，其纵向冲击功为93.7J。

优选的，其等向性为0.91。所述等向性为钢横向韧性值与纵向韧性值之比，横向韧性值为横向冲击功与截面积的比值，纵向韧性值为纵向冲击功与截面积的比值。

本发明的第二方面，提供上述工具钢的制备方法，包括以下步骤：(1)熔炼；(2)精炼；(3)浇铸成铸锭；(4)锻造成型；(5)成型后回火处理制得成品。

优选的，步骤(1)中，将纯铁、金属铬、氮化铬铁、电解镍、钒铁、硅铁、锰铁按高性能稀土工具钢中的化学成分及重量百分比进行配料放入中频感应电炉中熔炼成钢水，通过炉前光谱成分分析，添加所缺的合金炉料直至满足钢水成分要求；所述熔炼温度为1590-1650℃，时间为1h。