CN105441809A - 一种超硬高速钢及其制备方法 - Google Patents

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朱小坤
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Abstract

一种超硬高速钢及其制备方法，其主要化学成分包括C、W、Mo、Cr、V、Mn、Si、P、S、Al、Nb、Re及其他成分，具体重量百分比（%）如下：C：1.25~1.35；W：6.0~6.5；Mo：4.7~5.3；Cr：4.0~4.5；V：2.0~2.5；Mn：0.2~0.4；Si：0.6~1.0；P：0~0.03；S：0~0.03；Al：0.6~1.0；Nb：0.10~0.15；Re：0.03~0.12，其他成分：77.12~80.52。此高速钢的硬度能稳定在66~69HRC，使用此钢材制作成型的高速钢能较好地对各类金属器件进行切削，不易损坏，具有较长的使用寿命。

Description

一种超硬高速钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金材料领域，具体涉及一种超硬高速钢及其制备方法。
背景技术
高速钢是一种需要具有较高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，又可称为高速工具钢或锋钢，俗称白钢。高速钢因具有良好的工艺性能、既具强度又具韧性，因此主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削工具。影响高速钢质量的主要因素有形状设计、加工质量、表面处理情况、实际工作参数等，其中影响最大的是制作高速钢所采用的原材料组成。
在通常情况下，制作用于切削不锈钢、高温铝合金以及调质合金钢等难切削金属材料的机用刀具大多采用以M42为代表的钴系高速钢，但钴的价格非常昂贵，并且现在的高速钢制作中也存在很多致命的不足，主要表现为制作车刀采用的高速钢使用寿命不长，并且由于材料本身的缺陷，制作成型的车刀的硬度不够，在采用车刀切削各种金属器件时车刀容易损坏，这样的缺陷非常不利于车刀的正常使用，在实际工作中具有很不利的影响。
因此，上述问题是在对高速钢的设计和使用过程中应当予以考虑并解决的问题。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种超硬车刀及其制备方法。
本发明的技术解决方案是：本发明公开了一种超硬高速钢的配方，其主要化学成分包括C、W、Mo、Cr、V、Mn、Si、P、S、Al、Nb、Re及其他成分，具体重量百分比（%）如下：C：1.25~1.35；W：6.0~6.5；Mo：4.7~5.3；Cr：4.0~4.5；V：2.0~2.5；Mn：0.2~0.4；Si：0.6~1.0；P：0~0.03；S：0~0.03；Al：0.6~1.0；Nb：0.10~0.15；Re：0.03~0.12，其他成分：77.12~80.52。
本发明的进一步改进在于：各主要成分重量百分比（%）为C：1.28~1.32；W：6.1~6.3；Mo：4.8~5.0；Cr：4.0~4.2；V：2.2~2.4；Mn：0.2~0.4；Si：0.7~0.9；P：0~0.028；S：0~0.015；Al：0.9~1.0；Nb：0.11~0.13；Re：0.03~0.08，其他成分：78.23~79.68。
本发明的进一步改进在于：制作权利要求1所述的一种超硬高速钢的的制备方法，包括以下步骤：
a.采用钨砂、钼砂、砂轮灰、废钢作为原料，在中频感应炉中冶炼；
b．采用步进式煤气炉加热将钢锭烧透，开锻切成固定长度；
c．捶打锻造成型；
d．连轧、拉拔成材；
e．进行表面热处理，再深加工制成所需工具；
f．成品入库。
本发明的进一步改进在于：步骤e中表面热处理具体为退火、淬火和回火三个阶段，先为退火工艺，退火温度900~950℃，保温2~4小时后以20~30℃/h冷却到600℃出炉，冷加工后去应力退火，温度600~700℃，保温2h后在炉中冷却；再进行淬火工艺，淬火预热分两阶段进行，第一阶段温度为400~500℃，第二阶段温度为850~900℃，钢材奥氏体化温度为1170~1210℃，加热系数为10~15sec/mm，预热结束后进入淬火阶段，在580~620℃分级淬火后，再空冷至室温，淬火过程采用盐炉加热；最后为回火工艺，回火温度控制为540~560℃，回火3次，每次保温1小时，再空冷至室温。
本发明的有益效果是：此高速钢的硬度能稳定在66~69HRC，相对于美国的ASTM600中低合金高速钢的要求高4~9HRC，并且在淬火后采用回火处理，回火温度为540~560℃，使一部分没有转变为马氏体的残余的奥氏体进一步转化，在高速切削产生高热的情况下仍能保持高硬度，进一步提高了此高速钢的硬度和耐磨性。本高速钢具有超高的红硬性，使用此钢材制作成型的高速钢能较好地对各类金属器件进行切削，不易损坏，具有较长的使用寿命。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
实施例1：
本实施例提供一种超硬高速钢，由以下具体质量百分比（%）组成：C：1.25；W：6.0；Mo：4.7；Cr：4.0；V：2.0；Mn：0.2；Si：0.6；P：0.01；S：0.01；Al：0.6；Nb：0.10；Re：0.03，其他成分：80.50。
根据上述含量来制备一种超硬高速钢，具体步骤如下：
a.采用钨砂、钼砂、砂轮灰、废钢作为原料，在中频感应炉中冶炼；
b．采用步进式煤气炉加热将钢锭烧透，开锻切成固定长度；
c．捶打锻造成型；
d．连轧、拉拔成材；
e．进行表面热处理，再深加工制成所需工具；
f．成品入库。
步骤e中表面热处理具体为退火、淬火和回火三个阶段，先为退火工艺，退火温度900~950℃，优选为925℃，保温2~4小时后，优选为3小时，以20~30℃/h冷却到600℃出炉，优选为25℃/h。冷加工后去应力退火，温度600~700℃，优选为650℃，保温2h后在炉中冷却；再进行淬火工艺，淬火预热分两阶段进行，第一阶段温度为400~500℃，优选为450℃，第二阶段温度为850~900℃，优选为875℃，钢材奥氏体化温度为1170~1210℃，加热系数为10~15sec/mm，预热结束后进入淬火阶段，在580~620℃分级淬火后，优选为600℃，再空冷至室温，淬火过程采用盐炉加热；最后为回火工艺，回火温度控制为540~560℃，优选为550℃，回火3次，每次保温1小时，再空冷至室温。
本实施例的有益效果是：此高速钢的硬度能稳定在66~69HRC，相对于美国的ASTM600中低合金高速钢的要求高4~9HRC，并且在淬火后采用回火处理，回火温度为540~560℃，使一部分没有转变为马氏体的残余的奥氏体进一步转化，在高速切削产生高热的情况下仍能保持高硬度，进一步提高了此高速钢的硬度和耐磨性。本高速钢具有超高的红硬性，使用此钢材制作成型的高速钢能较好地对各类金属器件进行切削，不易损坏，具有较长的使用寿命。
实施例2
本实施例提供一种超硬高速钢的组成，与实施例1的不同仅在于：所述组成的质量百分数稍有不同。
C：1.35；W：6.5；Mo：5.3；Cr：4.5；V：2.5；Mn：0.4；Si：1.0；P：0.03；S：0.03；Al：1.0；Nb：0.15；Re：0.12，其他成分：77.12。
实施例3：
本实施例提供一种超硬高速钢的组成，与实施例1的不同仅在于：所述组成的质量百分数稍有不同。
C：1.28；W：6.1；Mo：4.8；Cr：4.0；V：2.2；Mn：0.2；Si：0.7；P：0.01；S：0.01；Al：0.9；Nb：0.11；Re：0.03，其他成分：79.66。
实施例4：
本实施例提供一种超硬高速钢的组成，与实施例1的不同仅在于：所述组成的质量百分数稍有不同。
C：1.32；W：6.3；Mo：5.0；Cr：4.2；V：2.4；Mn：0.4；Si：0.9；P：0.028；S：0.015；Al：1.0；Nb：0.13；Re：0.08，其他成分：78.23。
实施例5：
本实施例提供一种超硬高速钢的组成，与实施例1的不同仅在于：所述组成的质量百分数稍有不同，也是最优选择。
C：1.30；W：6.2；Mo：4.9；Cr：4.1；V：2.3；Mn：0.3；Si：0.8；P：0.02；S：0.01；Al：0.95；Nb：0.12；Re：0.05；其他成分：78.95。
实施例1~5仅用于解释本发明，其中实施例5作为最优配方选择，并不对本发明的保护范围构成限定。

Claims (4)

1.一种超硬高速钢，其特征在于：其主要化学成分包括C、W、Mo、Cr、V、Mn、Si、P、S、Al、Nb、Re及其他成分，具体重量百分比（%）如下：C：1.25~1.35；W：6.0~6.5；Mo：4.7~5.3；Cr：4.0~4.5；V：2.0~2.5；Mn：0.2~0.4；Si：0.6~1.0；P：0~0.03；S：0~0.03；Al：0.6~1.0；Nb：0.10~0.15；Re：0.03~0.12，其他成分：77.12~80.52。
2.根据权利要求1所述的一种超硬高速钢，其特征在于：各主要成分重量百分比（%）为C：1.28~1.32；W：6.1~6.3；Mo：4.8~5.0；Cr：4.0~4.2；V：2.2~2.4；Mn：0.2~0.4；Si：0.7~0.9；P：0~0.028；S：0~0.015；Al：0.9~1.0；Nb：0.11~0.13；Re：0.03~0.08，其他成分：78.23~79.68。
3.制作权利要求1所述的一种超硬高速钢的的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.采用钨砂、钼砂、砂轮灰、废钢作为原料，在中频感应炉中冶炼；
b．采用步进式煤气炉加热将钢锭烧透，开锻切成固定长度；
c．捶打锻造成型；
d．连轧、拉拔成材；
e．进行表面热处理，再深加工制成所需工具；
f．成品入库。
4.根据权利要求3所述的一种超硬高速钢的的制备方法，其特征在于：步骤e中表面热处理具体为退火、淬火和回火三个阶段，先为退火工艺，退火温度900~950℃，保温2~4小时后以20~30℃/h冷却到600℃出炉，冷加工后去应力退火，温度600~700℃，保温2h后在炉中冷却；再进行淬火工艺，淬火预热分两阶段进行，第一阶段温度为400~500℃，第二阶段温度为850~900℃，钢材奥氏体化温度为1170~1210℃，加热系数为10~15sec/mm，预热结束后进入淬火阶段，在580~620℃分级淬火后，再空冷至室温，淬火过程采用盐炉加热；最后为回火工艺，回火温度控制为540~560℃，回火3次，每次保温1小时，再空冷至室温。
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