CN108746647A - 一种粉末高速钢的制备方法及粉末高速钢 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粉末高速钢的制备方法及粉末高速钢。该粉末高速钢的制备方法包括以下步骤：步骤S1，获得超细高速钢粉末；步骤S2，对所述超细高速钢粉末在600‑1100℃的温度下进行氢气退火处理，氢气退火处理的时间为2‑5小时；步骤S3，将氢气退火处理后的所述超细高速钢粉末进行成形制备得到高速钢生坯；步骤S4，将高速钢生坯在CH4的气氛下活化烧结，获得高速钢烧结坯；步骤S5，对所述高速钢烧结坯进行锻造或无包套热等静压处理，使所述高速钢烧结坯致密化。该粉末高速钢的制备方法成本低，生产效率高。

Description

一种粉末高速钢的制备方法及粉末高速钢
技术领域
本发明涉及钢铁技术领域，具体涉及一种粉末高速钢的制备方法及粉末高速钢。
背景技术
粉末高速钢是一种采用粉末冶金工艺制备得到的高速钢，其具有碳化物细小、组织均匀的特点。粉末高速钢传统工艺步骤包括气雾化制粉和热等静压步骤，而且热等静压步骤需要采用钢包套，即包套热等静压工艺，具体包括将粉末装入钢包套中，然后将钢包套封焊，之后将其放入热等静压设备进行致密化处理。在封包套阶段，如果包套密封不严，气体介质进入包套，将影响粉末的烧结成型；另外，如果包套工艺制备不当，有气体封入包套，严重时则会损坏设备。更重要的是，钢包套的制作过程复杂，制作周期长，而且钢包套在封焊时需要长时真空脱气，工艺周期很长，不仅延长了制备周期，而且增加了成本。综上所述，采用钢包套的热等静压工艺不仅生产周期长，而且成本高，直接增加了粉末高速钢的生产成本，导致粉末高速钢的价格居高不下，降低了产品的竞争力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粉末高速钢的制备方法及粉末高速钢，用以解决现有高速钢生产成本高的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为提供一种粉末高速钢的制备方法，其包括以下步骤：
步骤S1，获得超细高速钢粉末；
步骤S2，对所述超细高速钢粉末在600-1100℃的温度下进行氢气退火处理，氢气退火处理的时间为2-5小时；
步骤S3，将氢气退火处理后的所述超细高速钢粉末进行成形制备得到高速钢生坯；
步骤S4，将高速钢生坯在CH4的气氛下活化烧结，获得高速钢烧结坯；
步骤S5，对所述高速钢烧结坯进行锻造或无包套热等静压处理，使所述高速钢烧结坯致密化。
优选地，在所述步骤S1中，所述超细高速钢粉末通过以下步骤获得：
步骤S11，按照高速钢中合金成分进行原料配制，再将配制的原料进行精炼，然后转入电渣炉加热熔炼，在熔炼过程中加入造渣剂并使钢水中氧含量小于20ppm；
步骤S12，将熔炼的钢水从所述电渣炉的底部注入中间包并使其雾化获得所述超细高速钢粉末。
优选地，所述造渣剂为CaF2-Al2O3-CaO-SiO2四元渣系。
优选地，在步骤S3中，采用压制成型方式将氢气退火处理后的所述超细高速钢粉末压制成高速钢生坯，而且压制成型的压力为200-800MPa；
或者，采用冷等静压成型方式将氢气退火处理后的所述超细高速钢粉末压制成高速钢生坯，而且冷等静压成型的压力为100-300MPa。
优选地，在步骤S4中，活化烧结的温度为1200-1260℃，保温时间2-6小时，CH4气体的流量为30-100ml/min。
优选地，在步骤S5中，所述高速钢烧结坯的锻造温度为1050-1200℃，锻造比小于4。
优选地，在步骤S5中，无包套热等静压处理所述温度为1000-1150℃，压力为100-200MPa。
优选地，还包括步骤S6，在1000-1200℃温度下进行奥氏体化，油淬、气淬或者在580-620℃进行分级淬火。
优选地，还包括步骤S7，在500-600℃回火1-3次。
另外，本发明还提供一种粉末高速钢，采用本发明提供的粉末高速钢的制备方法获得的粉末高速钢。
本发明具有如下优点：
本发明提供的粉末高速钢的制备方法，将超细高速钢粉末在600-1100℃的温度下进行氢气退火处理2-5小时，使得超细高速钢粉末更易于成形，易于制作复杂形状，而且制作成本低；然后将成形的高速钢生坯放入CH4的气氛下活化烧结，使高速钢烧结坯的致密度达到95％以上，为后续的无包套热等静压工艺和锻造致密化工艺提供了便利条件，在锻造和无包套热等静压步骤时，通过一次锻造和无包套热等静压工艺即可获得致密的粉末高速钢，提高了生产效率，降低了成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的粉末高速钢的制备方法的流程图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供一种粉末高速钢的制备方法。如图1所示，粉末高速钢的制备方法包括以下步骤：
步骤S1，获得超细高速钢粉末。
首先需要说明的是，以下实施例所述的超细高速钢粉末是指粒度D50小于10微米的高速钢粉末。
步骤S1具体包括：
步骤S11，按照高速钢中合金成分进行原料配制，再将配制的原料进行精炼，然后转入电渣炉加热熔炼，在熔炼过程中加入造渣剂并使氧含量小于20ppm；
超细高速钢粉末的组分按照粉末高速钢中合金成分进行原料配制，如：原料成分(以重量表示wt.％)为：C：1.28％，Cr：4.32％，W：6.08％，Mo：5.02％，V：3.09％，Co：8.21，Fe：余量。然后对配制好的原料进行精炼，再转入电渣炉加热熔炼，熔炼过程中加入造渣剂，并在熔炼过程中，钢水中含氧量小于20ppm。
在本实施例中，造渣剂采用但不限于CaF2-Al2O3-CaO-SiO2四元渣系，电渣炉可以采用5-20吨的电渣炉，当然也可以采用其它吨位的电渣炉。
步骤S12，将熔炼的钢水从电渣炉的底部注入中间包并使其雾化获得超细高速钢粉末。
需要说明的是，在步骤S1中采用的设备和冶炼方法均为现有技术，在此不再详细介绍。
步骤S2，对超细高速钢粉末在600-1100℃的温度下进行氢气退火处理，氢气退火处理的时间为2-5小时。
在步骤S2中，超细高速钢粉末在850℃的温度下进行氢气退火处理，氢气退火处理的时间为2小时。氢气退火处理既降低超细高速钢粉末中的氧含量，又使得超细高速钢粉末更易于成型，有利于制作复杂形状的成型件，而且制作成本低。
步骤S3，将氢气退火处理后的超细高速钢粉末进行成型制备得到高速钢生坯。
在步骤S3中，将超细高速钢粉末压制成高速钢生坯，压制成型可以在室温下采用冷等静压或直接压制成高速钢生坯。本实施例采用冷等静压成型，冷等静压成型的压力为150MPa。
在氢气退火处理过程中，超细高速钢粉末可能结块，因此在步骤S3中需要对结块的超细高速钢粉末进行破碎处理。
步骤S4，将高速钢生坯在CH4的气氛下活化烧结，获得高速钢烧结坯。
在步骤S4中，高速钢生坯在CH4的气氛下活化烧结，活化烧结的温度为1200-1260℃，保温时间2-6小时，CH4气体的流量为30-100ml/min。本实施例活化烧结的温度为1200℃，保温时间2小时，CH4气体的流量为30ml/min。
在CH4气氛下的活化烧结过程同时是脱氧处理，利用CH4分解出的活性碳和活性氢还原氧化物，反应原理如式(1)和(2)所示；
CO+MO→M+CO2 (1)
H2+MO→M+H2O (2)
步骤S5，对高速钢烧结坯进行锻造或无包套热等静压处理，使高速钢烧结坯致密化。
在步骤S5中，对高速钢烧结坯进行致密化处理，本实施例采用无包套热等静压处理，温度为1000℃，压力为100MPa。
作为本实施例的一个优选实施例，粉末高速钢的制备方法还包括：
步骤S6，对高速钢烧结坯进行热处理。
在步骤S6中，在1000-1200℃温度下进行奥氏体化，在油淬、气淬或者在580-620℃进行分级淬火。
在本实施例中，在1150℃温度下进行奥氏体化，油淬。
步骤S7，在500-600℃温度下回火1-3次。
在本实施例中，在560℃的温度下回火三次。
实施例2
本实施例提供一种粉末高速钢的制备方法。该粉末高速钢的制备方法与实施例1提供的粉末高速钢的制备方法的步骤相同，不同之处仅在于具体的工艺参数。如图1所示，粉末高速钢的制备方法包括以下步骤：
步骤S1，获得超细高速钢粉末。
在本实施例中，步骤S1具体包括：
步骤S11，按照高速钢中合金成分进行原料配制，再将配制的原料进行精炼，然后转入电渣炉加热熔炼，在熔炼过程中加入造渣剂并使氧含量小于20ppm；
超细高速钢粉末的组分按照粉末高速钢中合金成分进行原料配制，如：原料成分(以重量表示wt.％)为：C：1.28％，Cr：4.32％，W：6.08％，Mo：5.02％，V：3.09％，Co：8.21，Fe：余量。然后对配制好的原料进行精炼，再转入电渣炉加热熔炼，熔炼过程中加入造渣剂，并在熔炼过程中，钢水中含氧量小于20ppm。
在本实施例中，造渣剂采用但不限于CaF2-Al2O3-CaO-SiO2四元渣系，电渣炉可以采用5-20吨的电渣炉，当然也可以采用其它吨位的电渣炉。
步骤S12，将熔炼的钢水从电渣炉的底部注入中间包并使其雾化获得超细高速钢粉末。
需要说明的是，在步骤S1中采用的设备和冶炼方法均为现有技术，在此不再详细介绍。
步骤S2，对超细高速钢粉末在600-1100℃的温度下进行氢气退火处理，氢气退火处理的时间为2-5小时。
在步骤S2中，超细高速钢粉末在900℃的温度下进行氢气退火处理，氢气退火处理的时间为4小时。氢气退火处理既降低超细高速钢粉末中的氧含量，又使得超细高速钢粉末更易于成型，有利于制作复杂形状的成型件，而且制作成本低。
步骤S3，将氢气退火处理后的超细高速钢粉末进行成形制备得到高速钢生坯。
在步骤S3中，采用冷等静压成形，压力为200MPa。
在氢气退火处理过程中，超细高速钢粉末可能结块，因此在步骤S3中需要对结块的超细高速钢粉末进行破碎处理。
步骤S4，将高速钢生坯在CH4的气氛下活化烧结，获得高速钢烧结坯。
在步骤S4中，高速钢生坯在CH4的气氛下活化烧结，活化烧结的温度为1220℃，保温时间2.5小时，CH4气体的流量为50ml/min。
在CH4气氛下的活化烧结过程同时是脱氧处理，利用CH4分解出的活性碳和活性氢还原氧化物，反应原理如式(1)和(2)所示；
CO+MO→M+CO2 (1)
H2+MO→M+H2O (2)
步骤S5，对高速钢烧结坯进行锻造或无包套热等静压处理，使高速钢烧结坯致密化。
在步骤S5中，对高速钢烧结坯进行致密化处理，本实施例采用锻造工艺进行高速钢烧结坯致密化，锻造温度为1150℃，锻造比为2。
作为本实施例的一个优选实施例，粉末高速钢的制备方法还包括：
步骤S6，对高速钢烧结坯进行热处理。
在步骤S6中，在1000-1200℃温度下进行奥氏体化，在油淬、气淬或者在580-620℃进行分级淬火。
在本实施例中，在1160℃温度下进行奥氏体化，油淬。
步骤S7，在500-600℃温度下回火1-3次。
在本实施例中，在560℃的温度下回火三次。
实施例3
本实施例提供一种粉末高速钢的制备方法。该粉末高速钢的制备方法与实施例1提供的粉末高速钢的制备方法的步骤相同，不同之处仅在于具体的工艺参数。如图1所示，粉末高速钢的制备方法包括以下步骤：
步骤S1，获得超细高速钢粉末。
在本实施例中，步骤S1具体包括：
步骤S11，按照高速钢中合金成分进行原料配制，再将配制的原料进行精炼，然后转入电渣炉加热熔炼，在熔炼过程中加入造渣剂并使氧含量小于20ppm；
超细高速钢粉末的组分按照粉末高速钢中合金成分进行原料配制，如：原料成分(以重量表示wt.％)为：C：1.22％，Cr：4.32％，W：5.98％，Mo：5.06％，V：2.09％，Fe：余量。然后对配制好的原料进行精炼，再转入电渣炉加热熔炼，熔炼过程中加入造渣剂，并在熔炼过程中，钢水中含氧量小于20ppm。
在本实施例中，造渣剂采用但不限于CaF2-Al2O3-CaO-SiO2四元渣系，电渣炉可以采用5-20吨的电渣炉，当然也可以采用其它吨位的电渣炉。
步骤S12，将熔炼的钢水从电渣炉的底部注入中间包并使其雾化获得超细高速钢粉末。
需要说明的是，在步骤S1中采用的设备和冶炼方法均为现有技术，在此不再详细介绍。
步骤S2，对超细高速钢粉末在600-1100℃的温度下进行氢气退火处理，氢气退火处理的时间为2-5小时。
在步骤S2中，超细高速钢粉末在900℃的温度下进行氢气退火处理，氢气退火处理的时间为5小时。氢气退火处理既降低超细高速钢粉末中的氧含量，又使得超细高速钢粉末更易于成型，有利于制作复杂形状的成型件，而且制作成本低。
步骤S3，将氢气退火处理后的超细高速钢粉末进行成形制备得到高速钢生坯。
在步骤S3中，采用冷等静压成形，压力为180MPa。
在氢气退火处理过程中，超细高速钢粉末可能结块，因此在步骤S3中需要对结块的超细高速钢粉末进行破碎处理。
步骤S4，将高速钢生坯在CH4的气氛下活化烧结，获得高速钢烧结坯。
在步骤S4中，高速钢生坯在CH4的气氛下活化烧结，活化烧结的温度为1200-1260℃，保温时间2-6小时，CH4气体的流量为30-100ml/min。本实施例活化烧结的温度为1250℃，保温时间2小时，CH4气体的流量为60ml/min。
在CH4气氛下的活化烧结过程同时是脱氧处理，利用CH4分解出的活性碳和活性氢还原氧化物，反应原理如式(1)和(2)所示；
CO+MO→M+CO2 (1)
H2+MO→M+H2O (2)
步骤S5，对高速钢烧结坯进行锻造或无包套热等静压处理，使高速钢烧结坯致密化。
在步骤S5中，对高速钢烧结坯进行致密化处理，本实施例采用无包套热等静压处理，温度为1150℃，压力为100MPa。
作为本实施例的一个优选实施例，粉末高速钢的制备方法还包括：
步骤S6，对高速钢烧结坯进行热处理。
在步骤S6中，在1000-1200℃温度下进行奥氏体化，在油淬、气淬或者在580-620℃进行分级淬火。
在本实施例中，在1180℃温度下进行奥氏体化，油淬。
步骤S7，在500-600℃温度下回火1-3次。
在本实施例中，在560℃的温度下回火三次。
表1示出实施例1-实施例3提供的粉末高速钢的力学性能，包括抗弯强度，冲击功和硬度，而且力学性能是在室温下进行测试。
表1：
抗弯强度/MPa 冲击功/J 硬度/HRC
实施实例1 4200 24.0 65
实施实例2 4300 22.5 66
实施实例3 4200 22.0 66
实施例1至实施例3提供的粉末高速钢的制备方法，将超细高速钢粉末在600-1100℃的温度下进行氢气退火处理2-5小时，使得超细高速钢粉末更易于成型，易于制作复杂形状，而且制作成本低；然后将成形的高速钢生坯放入CH4的气氛下活化烧结，使高速钢烧结坯的致密度达到95％以上，为后续的无包套热等静压工艺和锻造致密化工艺提供了便利条件，在锻造和无包套热等静压步骤时，通过一次锻造和无包套热等静压工艺即可获得致密的粉末高速钢，提高了生产效率，降低了成本。
实施例4
本实施例提供一种粉末高速钢，其通过实施例1至实施例3制备方法获得的粉末高速钢。该粉末高速钢成本低，生产效率高。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种粉末高速钢的制备方法，其特征在于，所述粉末高速钢的制备方法包括以下步骤：
步骤S1，获得超细高速钢粉末；
步骤S2，对所述超细高速钢粉末在600-1100℃的温度下进行氢气退火处理，氢气退火处理的时间为2-5小时；
步骤S3，将氢气退火处理后的所述超细高速钢粉末进行成形制备得到高速钢生坯；
步骤S4，将高速钢生坯在CH4的气氛下活化烧结，获得高速钢烧结坯；
步骤S5，对所述高速钢烧结坯进行锻造或无包套热等静压处理，使所述高速钢烧结坯致密化。
2.根据权利要求1所述的粉末高速钢的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述超细高速钢粉末通过以下步骤获得：
步骤S11，按照高速钢中合金成分进行原料配制，再将配制的原料进行精炼，然后转入电渣炉加热熔炼，在熔炼过程中加入造渣剂并使钢水中氧含量小于20ppm；
步骤S12，将熔炼的钢水从所述电渣炉的底部注入中间包并使其雾化获得所述超细高速钢粉末，粉末粒度D50小于10μm。
3.根据权利要求2所述的粉末高速钢的制备方法，其特征在于，所述造渣剂为CaF2-Al2O3-CaO-SiO2四元渣系。
4.根据权利要求1所述的粉末高速钢的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，采用压制成型方式将氢气退火处理后的所述超细高速钢粉末压制成高速钢生坯，而且压制成型的压力为200-800MPa；
或者，采用冷等静压成型方式将氢气退火处理后的所述超细高速钢粉末压制成高速钢生坯，而且冷等静压成型的压力为100-300MPa。
5.根据权利要求1所述的粉末高速钢的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，活化烧结的温度为1200-1260℃，保温时间2-6小时，CH4气体的流量为30-100ml/min。
6.根据权利要求1所述的粉末高速钢的制备方法，其特征在于，在步骤S5中，所述高速钢烧结坯的锻造温度为1050-1200℃，锻造比小于4。
7.根据权利要求1所述的粉末高速钢的制备方法，其特征在于，在步骤S5中，无包套热等静压处理所述温度为1000-1150℃，压力为100-200MPa。
8.根据权利要求1所述的粉末高速钢的制备方法，其特征在于，还包括步骤S6，在1000-1200℃温度下进行奥氏体化，油淬、气淬或者在580-620℃进行分级淬火。
9.根据权利要求8所述的粉末高速钢的制备方法，其特征在于，还包括步骤S7，在500-600℃回火1-3次。
10.一种粉末高速钢，其特征在于，所述粉末高速钢采用权利要求1-9任意一项粉末高速钢的制备方法获得。
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