CN103667731B - 一种高塑性高速钢的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种高塑性高速钢的生产方法，包括以下步骤：选料：按待制备高速钢的各元素重量份选料，同时控制原料中的有害元素含量；采用真空感应熔炼炉冶炼，浇铸得到自耗电极棒；采用真空自耗重熔炉对自耗电极棒重熔，得到高速钢重熔锭，真空自耗过程中，在自耗电极棒上绑缚钙铁线；对高速钢重熔锭开坯、锻打、热轧，得高速钢盘条，对盘条退火处理，即得高塑性高速钢。该方法工艺简单、易于操控，制得的高速钢塑性高。
Description
技术领域
本发明属于新材料领域，特别涉及一种高塑性高速钢的生产方法。
背景技术
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、铣刀等高速切削工具，还用于高载荷模具及特殊耐热耐磨零部件。然而，高速钢属于难变形的钢种，其塑性变形能力差，加工过程中易发生开裂，成材率不高，显著增加了高速钢工具的生产成本。改善高速钢加工塑性、提高高速钢成材率，是高速钢生产企业一直以来的技术难题。
高速钢塑性不足，主要与两方面因素有关：其一是，高速钢含有的碳元素和合金元素形成大量的硬质合金碳化物，质量分数高达20%左右，易出现碳化物尺寸粗大、分布不均匀等问题，这种状态的碳化物在加工过程中更易发生断裂，损害高速钢的塑性；其二是，高速钢基体硬度高，对夹杂物比较敏感，冶炼时纯净度不足，气体和有害元素含量偏高均会使夹杂物数量增多，进一步降低了高速钢的塑性。
目前，高速钢生产主要采用铸锻工艺，工艺流程为：中频炉或电弧炉冶炼→LF、VD精炼→浇铸成电渣棒→电渣重熔→开坯、锻造、热轧→高速钢成品。对于高速钢传统的铸锻生产流程，目前主要采用电渣重熔、LF+VD精炼、稀土冶金、增大锻压比等方法，提高热塑性，然而制得的高速钢塑性不高。
为了改善高速钢加工塑性，研究者尝试采用多种手段。本溪钢厂实验室等（本溪钢厂实验室等.电渣重熔高速钢，东北工学院学报，1974，第1期：57-67.）对W18Cr4V高速钢进行电渣重熔，发现电渣重熔显著改善了低倍组织质量，降低碳化物的不均匀度级别及颗粒尺寸，同时净化钢液，从而提高了W18Cr4V高速钢的热塑性。王栋等（王栋等.添加稀土元素对M42高速钢盘条拉拔断丝率的研究，河北冶金，2005，第6期：25-27.）在M42高速钢冶炼过程中添加0.2%（质量百分数）稀土元素，细化碳化物网和碳化物尺寸，提高了高速钢冷拔塑性，降低拉拔断丝率。孙绍华等（孙绍华等.高速钢热塑性与热加工工艺试验研究，钢铁研究总院学报，1988年，第8卷：47-53.）提出通过增大锻压比的方法，改善碳化物的不均匀度，提高高速钢的热塑性。吴迪泉等（吴迪泉等.W-Mo系高速钢的热加工工艺塑性研究，钢铁研究总院学报，1987，第7卷：19-25）通过优化高速钢的高温塑性变形温度区间（1000-1100℃）以及加入铝元素，提高了W-Mo系高速钢的热加工工艺塑性。王敏等（王敏等.W6Mo5Cr4V2高速钢超塑性能的研究，锻压技术，1997，第6期：36-38.）对W6Mo5Cr4V2高速钢在1040℃进行二次循环淬火热处理，实现其超塑性，延伸率达192%。周灿栋等（周灿栋等.一种使高钒高钴高速钢获得超塑性性能的方法，专利申请号200410024855.4）采用喷射成型工艺，获得均匀等轴晶粒且致密化组织，使高钒高钴高速钢在780-1000℃具有超塑性。
尽管现有方法均不同程度地改善了高速钢塑性，有利于提高高速钢的加工成材率，然而，制得的高速钢塑性仍旧偏低，尤其是超硬高速钢（如M42）更为明显，加工成材率不足的问题仍旧困扰着高速钢生产企业。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种高塑性的高速钢的生产方法。
技术方案：本发明提供的一种高塑性高速钢的生产方法，包括以下步骤：
（1）选料：按待制备高速钢的各元素重量份选料，同时控制原料中的有害元素含量，其中：S含量≤0.008%，P含量≤0.025%，Ni含量≤0.25%，Cu含量≤0.25%；
（2）采用真空感应熔炼炉冶炼，得自耗电极棒；采用真空感应炉冶炼代替传统的中频炉冶炼或电弧炉冶炼，避免了冶炼时大气中氧、氮、氢气体溶入钢水导致气体含量升高的问题；
（3）采用真空自耗重熔炉对自耗电极棒重熔，得到高速钢重熔锭，真空自耗过程中，在自耗电极棒上绑缚钙铁线；采用真空自耗重熔生产高速钢重熔锭代替传统的电渣重熔生产高速钢重熔锭，避免重熔时钢水与大气接触，进一步降低了气体和夹杂含量；加入微量钙元素进行微合金化处理，能够达到控制碳化物分布和形态的目的；
（4）对高速钢重熔锭开坯、锻打、热轧，得高速钢盘条，对盘条退火处理，即得高塑性高速钢。
其中，步骤（3）中，钙加入量为0.4-0.8%；制得的高速钢重熔锭的氧含量≤12ppm、氮含量≤50ppm、氢含量≤5ppm。
其中，步骤（4）中，退火处理工艺为860-920℃保温1-4h，降温至700-760℃保温3-7h，再迅速浸入水中瀑水处理。
有益效果：本发明提供的高速钢的生产方法工艺简单、易于操控，制得的高速钢塑性高。
具体而言，本发明相对于现有技术，具有以下突出的优势：
（1）传统工艺流程中，采用电渣重熔或稀土元素处理的方法，使碳化物的分布均匀性得到改善，但在细化碳化物尺寸方面效果不理想。而本发明采用真空自耗与钙微合金化处理结合，不仅改善了碳化物分布，同时细化了碳化物颗粒尺寸，提高了高速钢塑性。
（2）传统工艺流程中，采用LF、VD、电渣重熔等方法，提高钢水纯净度，降低夹杂物含量，但由于该过程中空气和钢水没有隔离开，气体含量仍旧偏高。本发明综合采用真空感应熔炼和真空自耗重熔对高速钢精炼，避免熔炼和重熔过程中钢水与空气接触，显著降低了气体含量，降低夹杂物等级，进一步提高了高速钢塑性。
（3）相比于现有工艺，本发明对高速钢原料选材严格，有害元素含量控制在极低的水平，从源头上保证了高速钢纯净度要求，避免了有害元素对高速钢塑性的不利影响。
具体实施方式
下面分别以三种典型牌号的高速钢为例（低合金高速钢W4Mo2Cr4V，通用性高速钢W6Mo5Cr4V2，高性能超硬高速钢W2Mo9Cr4V2Co8），对本发明作出进一步说明。
实施例1高塑性的低合金高速钢W4Mo2Cr4V的制备
（1）对W4Mo2Cr4V高速钢炼钢原料进行严格选材，原料中S含量为0.007%，P含量为0.022%，Ni含量为0.21%，Cu含量为0.18%。
（2）采用真空感应熔炼炉冶炼W4Mo2Cr4V高速钢，待成分达到要求后，浇铸得到自耗电极棒，缓冷至室温；
（3）采用真空自耗重熔炉对自耗电极棒进行重熔，从而降低钢中气体和杂质含量；真空自耗过程中，通过在自耗电极棒上绑缚钙铁线的形式，进行钙微合金化处理，钙加入量为总质量的0.5%；制得高速钢重熔锭，高速钢重熔锭中氧含量为12ppm，氮含量为50ppm，氢含量为3ppm；
（4）对W4Mo2Cr4V高速钢重熔锭进行开坯、锻打、热轧等热加工，得到W4Mo2Cr4V高速钢盘条；对盘条进行退火处理，即先在860℃保温3h，而后降到720℃保温4h，随后浸入水中进行瀑水处理，即得。
对制得的高塑性的低合金高速钢W4Mo2Cr4V盘条（直径11mm）进行室温拉伸试验，拉伸速率1mm/min，延伸率为41%，而现有W4Mo2Cr4V高速钢盘条延伸率通常不足30%，可见本发明使得W4Mo2Cr4V高速钢塑性明显提升。
实施例2高塑性的低合金高速钢W4Mo2Cr4V的制备
（1）对W4Mo2Cr4V高速钢炼钢原料进行严格选材，原料中S含量为0.005%，P含量为0.020%，Ni含量为0.19%，Cu含量为0.25%。
（2）采用真空感应熔炼炉冶炼W4Mo2Cr4V高速钢，待成分达到要求后，浇铸得到自耗电极棒，缓冷至室温；
（3）采用真空自耗重熔炉对自耗电极棒进行重熔，从而降低钢中气体和杂质含量；真空自耗过程中，通过在自耗电极棒上绑缚钙铁线的形式，进行钙微合金化处理，钙加入量为总质量的0.7%；制得高速钢重熔锭，高速钢重熔锭中氧含量为9ppm，氮含量为41ppm，氢含量为5ppm。
（4）对W4Mo2Cr4V高速钢重熔锭进行开坯、锻打、热轧等热加工，得到W4Mo2Cr4V高速钢盘条；对盘条进行退火处理，先在880℃保温1.5h，而后降到730℃保温3h，随后浸入水中进行瀑水处理，即得。
对制得的高塑性的低合金高速钢W4Mo2Cr4V盘条（直径11mm）进行室温拉伸试验，拉伸速率1mm/min，延伸率为39%，，而现有W4Mo2Cr4V高速钢盘条延伸率通常不足30%，可见本发明使得W4Mo2Cr4V高速钢塑性明显提升。
实施例3高塑性的通用性高速钢W6Mo5Cr4V2
（1）对W6Mo5Cr4V2高速钢炼钢原料进行严格选材，原料中S含量为0.008%，P含量为0.020%，Ni含量为0.25%，Cu含量为0.18%。
（2）采用真空感应熔炼炉冶炼W6Mo5Cr4V2高速钢，待成分达到要求后，浇铸得到自耗电极棒，缓冷至室温；
（3）采用真空自耗重熔炉对自耗电极棒进行重熔，从而降低钢中气体和杂质含量；真空自耗过程中，通过在自耗电极棒上绑缚钙铁线的形式，进行钙微合金化处理，钙加入量为总质量的0.6%；制得高速钢重熔锭，高速钢重熔锭中氧含量为8ppm，氮含量为37ppm，氢含量为2ppm。
（4）对W6Mo5Cr4V2高速钢重熔锭进行开坯、锻打、热轧等热加工，得到W6Mo5Cr4V2高速钢盘条；对盘条进行退火处理，先在880℃保温2h，而后降到760℃保温2h，随后浸入水中进行瀑水处理，即得。
对制得的高塑性的通用性高速钢W6Mo5Cr4V2盘条（直径10mm）进行室温拉伸试验，拉伸速率1mm/min，延伸率为33%，而W6Mo5Cr4V2高速钢盘条延伸率通常不足25%，可见本发明使得W6Mo5Cr4V2高速钢塑性明显提升。
实施例4高塑性的通用性高速钢W6Mo5Cr4V2
（1）对W6Mo5Cr4V2高速钢炼钢原料进行严格选材，原料中S含量为0.004%，P含量为0.025%，Ni含量为0.15%，Cu含量为0.18%。
（2）采用真空感应熔炼炉冶炼W6Mo5Cr4V2高速钢，待成分达到要求后，浇铸得到自耗电极棒，缓冷至室温；
（3）采用真空自耗重熔炉对自耗电极棒进行重熔，从而降低钢中气体和杂质含量；真空自耗过程中，通过在自耗电极棒上绑缚钙铁线的形式，进行钙微合金化处理，钙加入量为总质量的0.8%；制得高速钢重熔锭，高速钢重熔锭中氧含量为12ppm，氮含量为41ppm，氢含量为1.5ppm。
（4）对W6Mo5Cr4V2高速钢重熔锭进行开坯、锻打、热轧等热加工，得到W6Mo5Cr4V2高速钢盘条；对盘条进行退火处理，先在860℃保温4h，而后降到730℃保温5h，随后浸入水中进行瀑水处理，即得。
对制得的高塑性的通用性高速钢W6Mo5Cr4V2盘条（直径10mm）进行室温拉伸试验，拉伸速率1mm/min，延伸率为34%，而W6Mo5Cr4V2高速钢盘条延伸率通常不足25%，可见本发明使得W6Mo5Cr4V2高速钢塑性明显提升。
实施例5高塑性的高性能超硬高速钢W2Mo9Cr4V2Co8
（1）对W2Mo9Cr4V2Co8高速钢炼钢原料进行严格选材，原料中S含量为0.005%，P含量为0.016%，Ni含量为0.18%，Cu含量为0.15%。
（2）采用真空感应熔炼炉冶炼W2Mo9Cr4V2Co8高速钢，待成分达到要求后，浇铸得到自耗电极棒，缓冷至室温；
（3）采用真空自耗重熔炉对自耗电极棒进行重熔，从而降低钢中气体和杂质含量；真空自耗过程中，通过在自耗电极棒上绑缚钙铁线的形式，进行钙微合金化处理，钙加入量为总质量的0.4%；制得高速钢重熔锭，高速钢重熔锭中氧含量为6ppm，氮含量为35ppm，氢含量为2ppm。
（4）对W2Mo9Cr4V2Co8高速钢重熔锭进行开坯、锻打、热轧等热加工，得到W2Mo9Cr4V2Co8高速钢盘条；对盘条进行退火处理，先在875℃保温3h，而后降到710℃保温4h，随后浸入水中进行瀑水处理，即得。
对制得的高塑性的高性能超硬高速钢W2Mo9Cr4V2Co8盘条（直径10mm）进行室温拉伸试验，拉伸速率1mm/min，延伸率为26%，而W2Mo9Cr4V2Co8高速钢盘条延伸率通常不足15%，可见本发明使得W2Mo9Cr4V2Co8高速钢塑性明显提升。
实施例6高塑性的高性能超硬高速钢W2Mo9Cr4V2Co8
（1）对W2Mo9Cr4V2Co8高速钢炼钢原料进行严格选材，原料中S含量为0.006%，P含量为0.021%，Ni含量为0.20%，Cu含量为0.18%。
（2）采用真空感应熔炼炉冶炼W2Mo9Cr4V2Co8高速钢，待成分达到要求后，浇铸得到自耗电极棒，缓冷至室温；
（3）采用真空自耗重熔炉对自耗电极棒进行重熔，从而降低钢中气体和杂质含量；真空自耗过程中，通过在自耗电极棒上绑缚钙铁线的形式，进行钙微合金化处理，钙加入量为总质量的0.6%；制得高速钢重熔锭，高速钢重熔锭中氧含量为8ppm，氮含量为42ppm，氢含量为1.5ppm。
（4）对W2Mo9Cr4V2Co8高速钢重熔锭进行开坯、锻打、热轧等热加工，得到W2Mo9Cr4V2Co8高速钢盘条。对盘条进行退火处理，先在920℃保温1h，而后降到700℃保温7h，随后浸入水中进行瀑水处理。
对制得的高塑性的高性能超硬高速钢W2Mo9Cr4V2Co8盘条（直径10mm）进行室温拉伸试验，拉伸速率1mm/min，延伸率为23%，而W2Mo9Cr4V2Co8高速钢盘条延伸率通常不足15%，可见本发明使得W2Mo9Cr4V2Co8高速钢塑性明显提升。
Claims (2)
1.一种高塑性高速钢的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)选料：按待制备高速钢的各元素重量份选料，同时控制原料中的有害元素含量，其中：S含量≤0.008％，P含量≤0.025％，Ni含量≤0.25％，Cu含量≤0.25％；
(2)采用真空感应熔炼炉冶炼，浇铸得到自耗电极棒；
(3)采用真空自耗重熔炉对自耗电极棒重熔，得到高速钢重熔锭，真空自耗过程中，在自耗电极棒上绑缚钙铁线；其中，钙加入量为0.4-0.8％；
(4)对高速钢重熔锭开坯、锻打、热轧，得高速钢盘条，对盘条退火处理，即得高塑性高速钢；其中，退火处理工艺为860-920℃保温1-4h，降温至700-760℃保温3-7h，再迅速浸入水中瀑水处理。
2.根据权利要求1所述的一种高塑性高速钢的生产方法，其特征在于：步骤(3)中，制得的高速钢重熔锭的氧含量≤12ppm、氮含量≤50ppm、氢含量≤5ppm。
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