CN102409239A - 大截面刀具用高速钢 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金技术领域中的用于刀具的高速钢，尤其是一种截面尺寸直径≥φ200mm-350mm的大截面刀具用高速钢。该高速钢由C、Si、Mn、Cr、Mo、V、W、Al、稀土元素Y、P、S≤0.030、铁和杂质制成。同时本发明高速钢可以用常规的高速钢制备方法，在不明显增加制造成本的前提下，使大截面刀具用高速钢锻材组织性能显著改善，实现了大截面锻材直投生产大截面拉刀对碳化物的要求，节能降耗。

Description

大截面刀具用高速钢

技术领域

本发明涉及冶金技术领域中的用于刀具的高速钢，尤其是一种截面尺寸直径≥φ200mm-350mm的大截面刀具用高速钢。

背景技术

大截面高速钢材主要用于制作各种齿轮刀具、大型拉刀等精密复杂刀具和多辊冷轧机轧辊。近年来，随着我国大型装备制造业的飞速发展，制作装备所使用的刀具规格越来越大，需求量也越来越大；国内引进的先进多辊冷轧机的轧辊为高速钢辊，性能优越但多为进口配套，急需国内配套，替代进口。因此，提供高质量大截面高速钢材或辊坯，实现大型刀具和多辊冷轧机轧辊国产化，已成为大型装备制造业和冷轧板带行业发展的要求。但是，目前国内生产的大截面高速钢材，因工艺技术和设备所限，以及高速钢高碳高合金含量的特点，锭型最大到直径φ500mm，大截面拉刀等截面尺寸直径φ200-350mm，长度均在1.5m-3.5m之间，快锻精锻等只能拔长，不能镦粗，因此变形比太小仅有4倍左右，难以破碎，碳化物偏析严重、碳化物颗粒粗大和低倍疏松探伤不合格的问题，难以达到刀具要求的碳化物不均度、低倍等要求，不得已采用进口材或粉末钢，成本高，交货期长，这已成为我国高速钢材料和刀具行业进一步发展的技术难题。

M2是钨钼系高速钢，经实践证明用量最大，C及W、Mo、Cr、V等合金成分配置合理，电渣重熔钢锭铸态共晶碳化物以片层状的M2C型为主，碳化物类型匹配好，容易分解，有利于碳化物的破碎，改善碳化物偏析和颗粒度，但对于大截面锻材用现行工艺生产仍难以达到直投刀具对碳化物不均匀度的要求。

现有的高速钢中以M2高速钢为基础，增加了Al元素，形成M2Al高速钢，其主要目的是靠大幅提高碳含量，使其硬度提高到66-68HRC。由于碳含量的大幅提高，碳化物数量多，堆积严重，作为大截面高速钢材仍然具有一定局限性。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种以标准M2成分为基础，通过加入Al、稀土实现与C含量合理配合，进而对高速钢M2铸态组织显著的细化和改善的大截面刀具用高速钢。

为实现上述目的，本发明的大截面刀具用高速钢，按重量百分比计，由下列组分制成：

C  0.85-1.05，    Si 0.20-0.45，    Mn 0.15-0.40，

Cr 3.80-4.50，    Mo 4.50-5.50，    V  1.75-2.60，

W  5.50-6.75，    Al 0.50-1.50，    稀土元素Y  0.01-0.10，

P≤0.03，S≤0.030，余量为铁和杂质。

作为上述方式的改进，本发明的大截面刀具用高速钢，按重量百分比计，由下列组分制成：

C  0.95-1.00，    Si 0.35-0.40，    Mn 0.25-0.30，

Cr 4.00-4.30，    Mo 4.90-5.30，    V  2.00-2.30，

W  6.00-6.45，    Al 0.80-1.30，    稀土元素Y  0.01-0.10，

P≤0.03，S≤0.030，余量为铁和杂质。

上述技术方案中；

(1)通过系列试验研究表明，在标准M2的基础上，加入0.5％-1.5％的Al，在高速钢的凝固过程中Al不仅可以细化枝晶组织，随着Al加入量的增加，碳化物总量有所减少，而且可以细化共晶碳化物片层尺寸，热塑性提高，减小共晶碳化物网的厚度。使铸态组织细化可直接优化大截面高速钢材质即达到了主要目的，热塑性改善使提高累计变形量如采用墩-拔或扁-方变形成为可能或容易实施，这对大截面高速钢材的生产(特别是锻压加工)是很有利的。Al含量低于0.5％时，效果不显著，超过1.5％时，碳化物大量减少，会出现铁素体，相变点Ac1提高太多使钢退火难以实现，而且Al增加钢的脱碳敏感性，因此确定Al含量为：0.5-1.5％。

(2)V含量的确定：由于加Al碳化物总量会减少，为保持钢的耐磨性，适当增加V含量，使更高硬度的VC数量比例更增大，保持耐足够的耐磨性。确定V含量为1.75-2.60％。

(3)碳含量的确定：本发明的目的是解决碳化物的问题，与M2Al提高硬度到66-68HRC成为高性能钢的目的不同，设计钢种硬度仍保持在标准M264-66HRC，因此碳含量按平衡碳饱和度理论，适当提高碳含量以补充因Al造成碳化物减少和提高V含量所需要的碳含量增加。碳含量确定为：0.84-1.05％。

(4)研究表明钢中存在0.01-0.10％稀土元素Y，元素在钢中有脱氧除气，脱硫、改变夹杂物形态，使晶界净化，细化铸态组织，提高热塑性和避免低倍夹杂等作用。此外，稀土元素Y还有细化枝晶的作用。由于奥氏体枝晶的细化，凝固后期，在奥氏体枝晶间由于偏析而形成的共晶钢液熔池变小，从而使共晶碳化物得到细化。

(5)电渣重熔钢锭末端容易出现疏松缺陷，为防止此缺陷，通过选择渣系调整重熔速度予以控制。

按上述方案成分设计，经过下述传统的生产工艺制造的φ260大截面锻材，碳化物不均度按GB/T14979-1994所附第三评级图检验D/4处为7A，距表面15mm处为5A，并且没有连续、封闭的碳化物网；低倍组织按GB/T1979评定，中心疏松为1.5级，无一般疏松和偏析，达到用户刀具直投使用入厂标准。交货供应某工具厂，制成φ245拉刀，经过1210℃淬火，560℃回火3次，每次到温后保温1小时，所带试样检测及刀具检测硬度均达到HRC65、HRC65.5。

综上所述，本发明研究Al和稀土Y对M2铸态组织(碳化物网和形态)和热塑性的改善作用，优化设计出在标准高速钢M2基础上加Al和稀土Y新钢种，解决大截面高速钢材受传统生产方式限制，钢锭尺寸和变形量不足导致碳化物偏析严重和碳化物颗粒粗大，所生产大型刀具韧性差容易崩刃的难题。本发明的工序与制造普通高速钢相差无几，即不需要昂贵的设备投资与添加剂，性能在达到大截面刀具用高速钢要求的同时，解决国内生产的大截面高速钢材存在碳化物不均匀度合格率低和碳化物颗粒粗大的问题，在不明显增加大截面刀具制造成本的前提下，使大截面刀具用高速钢组织性能显著改善，实现节能降耗。

制备自耗电极：采用计算机配料和调整成分，由1.5-3t中频感应炉冶炼，冶炼出钢前将Al调整要求范围，出钢时钢包内加入稀土，采用滑动水口钢包浇注(φ300-400)*2900mm自耗电极。

电渣重熔：将电极装卡在2t电渣炉上，将化好的熔渣注入(φ400/500)*(1450-1550)mm结晶器，经重熔精炼生产出(φ400/500)*(1250-1350)mm电渣锭。

退火精整探伤：(φ400/500)*(1250-1350)mm电渣锭经过退火、精整、探伤合格后转入下序。

快锻开坯：钢锭快锻煤气加热炉加热，用8MN快锻机锻打开坯，锻制成(φ330-400)中间坯，经退火修磨后转入下序。

精锻机成材：(φ330/400)中间坯经环形天然气加热炉加热，SX55精锻机锻打成品毛材φ200-350mm；

退火：成品毛材装罐密封后经台车电退火炉退火。

精整：成品毛材退火后送精整序矫直、修磨、探伤、切头、检验合格入库；

生产出各种规格锻材。

附图说明

下面结合附图及具体实施方式对本发明作更进一步详细说明：

图1是标准M2高速钢电渣重熔后的高速钢铸态组织(×100)；

图2是本发明高速钢电渣重熔后的高速钢铸态组织(×100)。

具体实施方式

由图1、图2所示可知，本发明的高速钢在经过电渣重熔之后，枝晶组织显著细化，共晶碳化物网的厚度减小，共晶碳化物以片层状的M2C型为主，黑色的块状MC(形成高速钢中大颗粒碳化物的主要来源)明显减少，并且显著细化枝晶组织和减小共晶碳化物网的厚度，为后序共晶碳化物的分解和破碎达到大截面刀具直投对碳化物的要求，提供了十分有利的基础条件。

Claims (2)

1.一种大截面刀具用高速钢，其特征在于按重量百分比计，由下列组分制成：

C  0.85-1.05，    Si 0.20-0.45，    Mn 0.15-0.40，

Cr 3.80-4.50，    Mo 4.50-5.50，    V  1.75-2.60，

W  5.50-6.75，    Al 0.50-1.50，    稀土元素Y  0.01-0.10，

P≤0.03，S≤0.030，余量为铁和杂质。

2.根据权利要求1所述的大截面刀具用高速钢，其特征在于按重量百分比计，由下列组分制成：

C  0.95-1.00，    Si 0.35-0.40，    Mn 0.25-0.30，

Cr 4.00-4.30，    Mo 4.90-5.30，    V  2.00-2.30，

W  6.00-6.45，    Al 0.80-1.30，    稀土元素Y  0.01-0.10，

P≤0.03，S≤0.030，余量为铁和杂质。

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