CN103131933B - 一种高速钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高速钢的制备方法，可以改善高速钢中碳化物的形态和分布。本发明的主要特点是在高速钢的电渣重熔过程中，控制电压、电流、冷却水流量及温度等重熔工艺参数，同时添加0.1～0.4%Ca和0.1～0.3%Re元素（重量百分比）；之后对电渣锭在860～920℃进行高温退火处理，使碳化物球化、细化。采用本方法生产出的M2高速钢，碳化物尺寸明显细化，呈细小、球状，分布均匀，淬回火硬度和红硬性提高，产品组织及性能与进口材相当。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢的工艺方法，具体涉及一种改善高速钢中碳化物的形态和分布的方法。
背景技术
M2(W6Mo5Cr4V2)高速钢兼具高硬度、高红硬性、良好的韧性等优点，广泛应用于制造麻花钻、丝锥、车刀、铣刀等切削工具。为保证其性能要求，M2高速钢中通常添加大量的碳和合金元素，以形成足够数量的硬质稳定的合金碳化物。但这同时使高速钢易出现碳化物粗大、组织不均匀等问题，导致其硬度、红硬性和耐磨性下降。因此，细化碳化物尺寸，改善组织均匀性，是提高M2高速钢性能的关键因素。
目前高速钢生产流程为：中频炉冶炼→浇铸成电渣棒→电渣重熔→开坯、锻造、热轧→拉拔。在该流程中，碳化物细化主要依赖高温锻造加工。这种方法只有在锻压比很大的情况下(锻压比大于16)效果才相对明显，而当锻压比较小时，碳化物尺寸仍很粗大。但增大锻压比，不仅延长了锻造流程，增加生产能耗和成本，还降低了锻造成材率。因此，如何不经锻压或在小锻压比下获得碳化物尺寸细小的M2高速钢，一直以来是M2高速钢生产中亟待解决的难题。
发明内容
为解决上述技术难题，本发明提供了一种改善高速钢中碳化物形态和分布的方法，可以获得碳化物细小、球状、均匀分布的组织，淬回火硬度和红硬性也有提高。
为达到上述目的，本发明采用以下方案来实现：
(1)M2高速钢电渣棒在电渣重熔过程中，通过控制重熔工艺参数，提高电渣锭凝固组织。其中，重熔电压控制在5000～5500V，重熔电流控制在4500～5000A，冷却水流量控制在600～800L/min，冷却水温度控制在20～30℃；
(2)M2高速钢电渣棒在电渣重熔过程中，进行Ca-Re复合微合金化处理。将含Ca包芯线和Re(稀土元素)包芯线压扁矫直后绑缚于电渣棒表面进行重熔，Ca元素和Re元素加入量在电渣锭总重量中的占比为0.1～0.4％和0.1～0.3％；
(3)对重熔制得的M2高速钢电渣锭进行预球化退火处理，退火温度860～920℃，退火时间10～15小时；
(4)锻轧成材：对经过预球化退火处理的M2高速钢电渣锭进行开坯、锻造、轧制，得到M2高速钢成材。
综上所述，在现有M2高速钢生产流程基础上，通过控制电渣重熔工艺参数和Ca、Re复合微合金化处理，同时对电渣锭进行预球化退火处理，实现碳化物尺寸的细化。与原有工艺方法相比，本发明方法生产的M2高速钢，可获得碳化物细小、球状、均匀分布的高速钢组织，产品组织及性能与进口材相当。
具体实施方式
本发明的改进点主要体现在三个方面：
1、M2高速钢电渣棒在电渣重熔过程中，通过控制重熔工艺参数，改变电渣锭凝固组织，其中重熔电压控制在5000～5500V，重熔电流控制在4500～5000A，冷却水流量控制在600～800L/min，冷却水温度控制在20～30℃；
2、电渣重熔过程中，对电渣锭进行Ca-Re复合微合金化处理，其中Ca、Re添加量分别为0.1～0.4％和0.1～0.3％(重量百分比)；
3、电渣锭预球化退火处理，退火温度860～920℃，退火时间10～15小时。通过上述三方面的共同改进，使高速钢碳化物尺寸显著细化、性能提高。
为了更了解本发明的技术内容，以下结合具体实施例对本发明的生产工艺进行详细说明。
实施例1：
(1)M2高速钢电渣棒在电渣重熔过程中，重熔电压5000V，重熔电流5000A，冷却水流量800L/min，冷却水温度30℃；
(2)M2高速钢电渣棒在电渣重熔过程中，将Ca包芯线和Re包芯线压扁矫直后绑缚于电渣棒表面进行重熔，Ca元素和Re元素加入量在电渣锭总重量中的占比分别为0.1％、0.1％；
(3)对重熔制得的M2高速钢电渣锭进行退火处理，退火温度860℃，退火时间15小时；
(4)M2高速钢电渣锭进行开坯、锻造、轧制，得到M2高速钢成材。
实施例2：
(1)M2高速钢电渣棒在电渣重熔过程中，重熔电压5500V，重熔电流4500A，冷却水流量600L/min，冷却水温度20℃；
(2)M2高速钢电渣棒在电渣重熔过程中，将Ca包芯线和Re包芯线压扁矫直后绑缚于电渣棒表面进行重熔，Ca元素和Re元素加入量在电渣锭总重量中的占比分别为0.2％、0.3％；
(3)对重熔制得的M2高速钢电渣锭进行退火处理，退火温度880℃，退火时间12小时；
(4)M2高速钢电渣锭进行开坯、锻造、轧制，得到M2高速钢成材。
实施例3：
(1)M2高速钢电渣棒在电渣重熔过程中，重熔电压5200V，重熔电流4800A，冷却水流量700L/min，冷却水温度25℃；
(2)M2高速钢电渣棒在电渣重熔过程中，将Ca包芯线和Re包芯线压扁矫直后绑缚于电渣棒表面进行重熔，Ca元素和Re元素加入量在电渣锭总重量中的占比分别为0.3％、0.2％；
(3)对重熔制得的M2高速钢电渣锭进行退火处理，退火温度900℃，退火时间10小时；
(4)M2高速钢电渣锭进行开坯、锻造、轧制，得到M2高速钢成材。
实施例4：
(1)M2高速钢电渣棒在电渣重熔过程中，重熔电压5100V，重熔电流4900A，冷却水流量650L/min，冷却水温度23℃；
(2)M2高速钢电渣棒在电渣重熔过程中，将Ca包芯线和Re包芯线压扁矫直后绑缚于电渣棒表面进行重熔，Ca元素和Re元素加入量在电渣锭总重量中的占比分别为0.4％、0.1％；
(3)对重熔制得的M2高速钢电渣锭进行退火处理，退火温度920℃，退火时间13小时；
(4)M2高速钢电渣锭进行开坯、锻造、轧制，得到M2高速钢成材。
实施例5：
(1)M2高速钢电渣棒在电渣重熔过程中，重熔电压5300V，重熔电流4600A，冷却水流量750L/min，冷却水温度27℃；
(2)M2高速钢电渣棒在电渣重熔过程中，将Ca包芯线和Re包芯线压扁矫直后绑缚于电渣棒表面进行重熔，Ca元素和Re元素加入量在电渣锭总重量中的占比分别为0.3％、0.3％；
(3)对重熔制得的M2高速钢电渣锭进行退火处理，退火温度890℃，退火时间11小时；
(4)M2高速钢电渣锭进行开坯、锻造、轧制，得到M2高速钢成材。
实施例6：
(1)M2高速钢电渣棒在电渣重熔过程中，重熔电压5400V，重熔电流4700A，冷却水流量850L/min，冷却水温度25℃；
(2)M2高速钢电渣棒在电渣重熔过程中，将Ca包芯线和Re包芯线压扁矫直后绑缚于电渣棒表面进行重熔，Ca元素和Re元素加入量在电渣锭总重量中的占比分别为0.2％、0.2％；
(3)对重熔制得的M2高速钢电渣锭进行退火处理，退火温度910℃，退火时间14小时；
(4)M2高速钢电渣锭进行开坯、锻造、轧制，得到M2高速钢成材。
与原有工艺相比，采用本工艺生产的M2高速钢组织均匀，碳化物细小、球状，淬回火后硬度提高，产品性能与进口材奥地利伯乐M2高速钢相当。以下为本工艺生产的M2高速钢和进口材奥地利伯乐M2高速钢一些主要技术指标的对比，所取材料均为直径11mm规格的盘条。
1、碳化物颗粒度
本工艺生产的M2高速钢和进口材奥地利伯乐M2高速钢碳化物颗粒度情况见下表：
2、淬回火硬度
本工艺生产的M2高速钢和进口材奥地利伯乐M2高速钢淬回火后硬度见下表。试验材料的热处理工艺为：1210℃淬火+550℃回火1.5小时×3次。
3、红硬性
本工艺生产的M2高速钢和进口材奥地利伯乐M2高速钢的红硬性见下表。试验材料的热处理工艺为：1210℃淬火+550℃回火1.5小时×3次+600℃加热4小时。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (8)
1.一种高速钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)熔炼：对高速钢进行熔炼、浇铸后，得到电渣重熔用的自耗电极棒；
(2)电渣重熔：重熔电压控制在5000～5500V，重熔电流控制在4500～5000A，冷却水流量控制在600～850L/min，冷却水温度控制在20～30℃；同时，向自耗电极棒提供Ca和稀土元素，Ca和稀土元素加入量分别占电渣锭重量的0.1～0.4％和0.1～0.3％；
(3)预球化退火处理：对重熔制得的电渣锭进行预球化退火处理，退火温度860～920℃，退火时间10～15小时；
(4)锻轧成材。
2.根据权利要求1所述高速钢的制备方法，其中，在步骤(2)中，采用将Ca包芯线和稀土包芯线压扁矫直后绑缚于电渣棒表面进行重熔的方式提供所述Ca和稀土元素。
3.根据权利要求1所述高速钢的制备方法，其中，在步骤(2)，重熔电压控制在5100～5400V，重熔电流控制在4600～4900A，冷却水流量控制在650～850L/min，冷却水温度控制在23～27℃。
4.根据权利要求3所述高速钢的制备方法，其中，在步骤(2)中，Ca和稀土元素加入量在电渣锭总重量中的占比分别为0.2～0.4％和0.1～0.3％。
5.根据权利要求4所述高速钢的制备方法，其中，在步骤(3)中的退火温度890～920℃，退火时间10～14小时。
6.根据权利要求1所述高速钢的制备方法，其中，在步骤(2)，重熔电压控制在5200～5300V，重熔电流控制在4600～4800A，冷却水流量控制在700～750L/min，冷却水温度控制在25～27℃。
7.根据权利要求6所述高速钢的制备方法，其中，在步骤(2)中，Ca和稀土元素加入量在电渣锭总重量中的占比分别为0.3％和0.2～0.3％。
8.根据权利要求7所述高速钢的制备方法，其中，在步骤(3)中的退火温度890～900℃，退火时间10～11小时。
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