CN103789639A

CN103789639A - 一种无钴高速钢

Info

Publication number: CN103789639A
Application number: CN201210433966.5A
Authority: CN
Inventors: 谈祁祥
Original assignee: WUXI JINDANG MACHINERY FACTORY
Current assignee: WUXI JINDANG MACHINERY FACTORY
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2014-05-14

Abstract

本发明公开了一种无钴高速钢，该高速钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C 1.5-1.7％，Cr 4.4-4.8％，Mo 4.8-5.2％，W 7.0-7.4％，V 3.2-3.6％，Nb 0.6-1.0％，Ti 0.2-0.4％，Si 0.5-0.7％，Mn 0.1-0.3％，N 0.06-0.1％，S≤0.03％，P≤0.03％，其余为Fe及不可避免的杂质；该高速钢采用喷射成型的方法制备而成。

Description

一种无钴高速钢

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种无钴高速钢。

背景技术

高速钢是一种高合金钢，热处理后具有高热硬性，当切削温度高达600℃以上时，硬度仍无明显下降，用其制造的刀具切削速度可达每分钟60米以上，其硬度为63-65HRC。但高速钢中通常都含有Co元素，由于Co价格昂贵，导致高速钢价格昂贵。

高速钢的制造方法有两种，一为传统的钢锭浇铸，另一种则为利用粉末冶金方法制造。钢锭浇铸通常又分为二次精炼(EAF+LF+VD)或电渣重熔(ESR)两类，上述方法中由于金属液缓慢冷却，造成合金的不均匀偏析和合金碳化物的粗大，从而影响到高速钢的性能。虽然后续的热作处理可改变及细化钢锭的铸造组织，减低不良影响，但却无法消除原有的铸造组织，因而对物理及机械性质有负面的影响。为改善传统高速钢的质量，特别是希望大直径高速钢碳化物颗粒尺寸能够细小且分布均匀，阻止偏析产生，使得横向及纵向的机械性质匀一无差别。1965年，熔炉斯伯公司(Crucible)率先生产出一种组织均匀无方向性的钢种。发展至今，粉末冶金制程已成为当今制造高性能工具钢的主要方法。其主要原理是将已调配好合金成份的高温熔融钢液，在流出时加以高压氮气雾化，使其快速凝固成均匀的粉末颗料，然后经过筛选并充填到已抽真空且密封的圆柱形钢瓶中，进行热均压(HIP)，使钢瓶内的颗粒成为完全密实的材料，再直接经由传统锻造、辊轧成不同形状产品，如：圆棒、板材、片材和线材，以供工业界使用。

由于生产粉末高速钢具有较高的技术要求，目前全世界粉末高速钢的生产厂家并不多，主要集中在美国、欧洲及日本，具有代表性的有美国熔炉斯伯(Crucible)，欧洲(ASSAB、Soderfors、Erasteel、Bohler、DSS、Carpenter)，日本(Hitachi、Daido、Nachi、Kobe)。但是，粉末冶金的工序相当复杂，包括：熔炼、雾化、筛分、混批、封装、冷等静压、热等静压、热锻或热轧、接触封装、热处理等过程。这些工序进行过程中，需要热等静压等设备昂贵的投资以及雾化装置的尺寸要求比较大，而且粉末冶金材料的收得率比较低，能源利用率。

发明内容

本发明的目的在于提出一种无钴高速钢，该高速钢中不含Co元素，降低了原材料的成本，同时保持了现有高速钢的性能，。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种无钴高速钢，该高速钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C 1.5-1.7％，Cr 4.4-4.8％，Mo 4.8-5.2％，W 7.0-7.4％，V 3.2-3.6％，Nb 0.6-1.0％，Ti 0.2-0.4％，Si 0.5-0.7％，Mn 0.1-0.3％，N 0.06-0.1％，S≤0.03％，P≤0.03％，其余为Fe及不可避免的杂质；该高速钢采用喷射成型的方法制备而成。

优选，该高速钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C 1.55-1.65％，Cr 4.5-4.7％，Mo 4.9-5.1％，W 7.1-7.3％，V 3.3-3.5％，Nb 0.7-0.9％，Ti 0.25-0.35％，Si 0.55-0.65％，Mn 0.15-0.25％，N 0.07-0.09％，S≤0.03％，P≤0.03％，其余为Fe及不可避免的杂质；该高速钢采用喷射成型的方法制备而成。

最优选，该高速钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C 1.60％，Cr 4.6％，Mo 5.0％，W 7.2％，V 3.4％，Nb 0.8％，Ti 0.30％，Si 0.60％，Mn 0.20％，N 0.08％，S≤0.03％，P≤0.03％，其余为Fe及不可避免的杂质；该高速钢采用喷射成型的方法制备而成。

本发明各种合金元素的作用及配比如下：

碳：碳在高速钢中是碳化物的形成元素，其对高速钢的工艺性能和使用性能有十分重要的影响。由于强碳化物元素Nb的加入，形成难以溶解的MC型碳化物。通过提高碳的含量，以便更多V的碳化物在回火过程中析出，提高二次硬化效果。但碳含量过高，对淬火过热、过烧敏感性及残余奥氏体有负面影响，并且降低韧性，故本发明中碳含量为1.5-1.7％。铬(Cr)：高速钢中碳化物的形成元素之一，退火态中主要进入M₂₃C₆，对钢的二次硬化也起重要作用。

钼、钨：高速钢的主加合金元素，主要作用是形成一定数量的难以溶解的一次碳化物，使钢可进行接近熔点的高温淬火，并提高钢的耐磨性；通过高温固溶获得高W(Mo)的马氏体后，回火时M₂C及MC脱溶形成足够数量的二次碳化物，是二次硬化和红硬性的主要因素。

钒和氮：钒高速钢的主加合金元素，V对形成部分连贯的起着二次硬化作用的MC析出物的弥散分布起决定性的作用。本发明中添加的钒和氮组合，替代昂贵的钴元素，形成二者的化合物，可以提高钢的二次硬度、红硬性及耐磨性。铌和铌：强碳化物形成元素，形成MC型碳化物，可用来部分代替V或W，将V的含量降至仅保持二次硬化的水平。利用Nb增加钢中MC型碳化物，从而增强钢的耐磨性。硅：作为脱氧元素加入。在低合金高速钢中，公认对二次硬化及高温硬度有利，但在含W较高的高速钢中，Si不但对二次硬化无好处，而且由于促进粗大的一次碳化物MC的形成，对钢的韧性不利。Si的其他负面影响还有：增加钢的脱碳敏感性，略降低二次硬化峰值的温度，促进非共格M6C碳化物在较高的回火温度形成，对600℃以上的红硬性不利。因此，本发明中严格限制其含量。硫(S)：会形FeS，给钢带来热脆性，控制S的含量在0.030％以下，并且含量越低越好。

磷(P)：P在钢液凝固时形成微观偏析，随后在奥氏体化温度是偏聚在晶界，使钢的脆性显著增大。控制P的含量在0.030％以下，并且含量越低越好。锰(Mn)：作为脱氧剂，还利于提高高速钢锻、轧的热塑性，明显减少坯材裂纹。

本发明具有如下有益效果：

1）通过调整高速钢的化学成分，以钒和氮的组合替代价格昂贵的钴元素，大幅降低成本，并起到与添加钴元素同样的技术效果。添加了合金元素铌，使得这种高速钢特点是硬度高，具有更好的耐磨性；广泛应用于各种刀具，还可用于制作模具等，降低了粉末高速钢的使用价格

2）采用喷射成型工艺，既克服了传统铸造坯件晶粒粗大、偏析严重的缺点，又摒弃了粉末冶金工艺的工序繁多、能耗较高的不足，同时又兼有粉末冶金技术的优点，从而大大提高了金属材料的各种性能，其优势十分显著和突出。

具体实施方式

实施例一

一种无钴高速钢，该高速钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C 1.5％，Cr 4.8％，Mo 4.8％，W 7.4％，V 3.2％，Nb 1.0％，Ti 0.2％，Si 0.7％，Mn 0.1％，N 0.1％，S≤0.03％，P≤0.03％，其余为Fe及不可避免的杂质；该高速钢采用喷射成型的方法制备而成。

实施例二

一种无钴高速钢，该高速钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C 1.7％，Cr 4.4％，Mo 5.2％，W 7.0％，V 3.6％，Nb 0.6％，Ti 0.4％，Si 0.5％，Mn 0.3％，N 0.06％，S≤0.03％，P≤0.03％，其余为Fe及不可避免的杂质；该高速钢采用喷射成型的方法制备而成。

实施例三

一种无钴高速钢，该高速钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C 1.55％，Cr 4.7％，Mo 4.9％，W 7.3％，V 3.3％，Nb 0.9％，Ti 0.25％，Si0.65％，Mn 0.15％，N 0.09％，S≤0.03％，P≤0.03％，其余为Fe及不可避免的杂质；该高速钢采用喷射成型的方法制备而成。

实施例四

一种无钴高速钢，该高速钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C 1.65％，Cr 4.5％，Mo 5.1％，W 7.1％，V 3.5％，Nb 0.7％，Ti 0.35％，Si0.55％，Mn 0.25％，N 0.07％，S≤0.03％，P≤0.03％，其余为Fe及不可避免的杂质；该高速钢采用喷射成型的方法制备而成。

实施例五

一种无钴高速钢，该高速钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C 1.60％，Cr 4.6％，Mo 5.0％，W 7.2％，V 3.4％，Nb 0.8％，Ti 0.30％，Si 0.60％，Mn 0.20％，N 0.08％，S≤0.03％，P≤0.03％，其余为Fe及不可避免的杂质；该高速钢采用喷射成型的方法制备而成。

Claims

1.一种无钴高速钢，其特征在于，该高速钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C 1.5-1.7％，Cr 4.4-4.8％，Mo 4.8-5.2％，W 7.0-7.4％，V 3.2-3.6％，Nb 0.6-1.0％，Ti 0.2-0.4％，Si 0.5-0.7％，Mn 0.1-0.3％，N 0.06-0.1％，S≤0.03％，P≤0.03％，其余为Fe及不可避免的杂质；该高速钢采用喷射成型的方法制备而成。

2.如权利要求1所述的一种无钴高速钢，其特征在于，该高速钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C 1.55-1.65％，Cr 4.5-4.7％，Mo 4.9-5.1％，W 7.1-7.3％，V 3.3-3.5％，Nb 0.7-0.9％，Ti 0.25-0.35％，Si 0.55-0.65％，Mn 0.15-0.25％，N 0.07-0.09％，S≤0.03％，P≤0.03％，其余为Fe及不可避免的杂质；该高速钢采用喷射成型的方法制备而成。

3.如权利要求2所述的一种无钴高速钢，其特征在于，该高速钢的化学成分以重量百分数计由下列组份组成：C 1.60％，Cr 4.6％，Mo 5.0％，W 7.2％，V 3.4％，Nb 0.8％，Ti 0.30％，Si 0.60％，Mn 0.20％，N 0.08％，S≤0.03％，P≤0.03％，其余为Fe及不可避免的杂质；该高速钢采用喷射成型的方法制备而成。