CN109371330B - 一种高韧性高速钢及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高韧性高速钢及其制备工艺，由如下重量百分含量的化学元素组成：C：0.91%~1.09%，Si：0.12%~0.48%，Mn：0.12%~0.5%，P：≤0.03%，S：≤0.03%，Cr：3.75%~4.75%，W：2.42%~3.58%，Mo：3.42%~4.58%，V：2.42%~2.92%，Co：0.32%~1.32%，余量为Fe。本发明将传统的M3高速钢中的C及昂贵的W、MO合金含量降低，V合金含量控制在2.42%~2.92%，并加入0.32%~1.32%的CO使得本发明得到的高速钢拥有高红硬性的同时具有高韧性和耐磨性，适用于各类模具的高速钢选材。

Description

一种高韧性高速钢及其制备工艺
技术领域
本发明属于合金领域，特别涉及一种高韧性高速钢及其制备工艺。
背景技术
高速钢（HSS）是一种具有高硬度、高耐热性的工具钢，又称高速工具钢或锋钢，俗称白钢。高速钢是美国的F.W.泰勒和M.怀特于1898年创制的。高速钢的工艺性能好，强度和韧性配合好，因此主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具，也可制造高温轴承和冷挤压模具等。除用熔炼方法生产的高速钢外，20世纪60年代以后又出现了粉末冶金高速钢，它的优点是避免了熔炼法生产所造成的碳化物偏析而引起机械性能降低和热处理变形。
M3高速钢是美国钨钼高速工具钢，主要应用物重切削刀具的生产，所以传统M3高速钢耐磨但脆性大，不适于模具的选材。
发明内容
针对传统M3高速钢的缺陷，本发明的目的在于，在M3高速钢的基础上，提供一种高韧性高速钢，具有高强韧性和耐磨性，适用于模具的选材；本发明的另一目的在于提供一种高韧性高速钢的制备工艺。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高韧性高速钢，由如下重量百分含量的化学元素组成：C：0.91%~1.09%，Si：0.12%~0.48%，Mn：0.12%~0.5%，P：≤0.03%，S：≤0.03%，Cr：3.75%~4.75%，W：2.42%~3.58%，Mo：3.42%~4.58%，V：2.42%~2.92%，Co：0.32%~1.32%，余量为Fe。
本发明的进一步改进方案为：
一种高韧性高速钢，由如下重量百分含量的化学元素组成：C：0.95%~1.05%，Si：0.2%~0.4%，Mn：0.2%~0.45%，P：≤0.03%，S：≤0.03%，Cr：3.8%~4.7%，W：2.5%~3.5%，Mo：3.5%~4.5%，V：2.5%~2.85%，Co：0.4%~1.25%，余量为Fe。
本发明的更进一步改进方案为：
一种高韧性高速钢的制备工艺，包括以下步骤：
第一步、冶炼：按照上述配比，将原料经过中频炉、炉外精炼、真空脱气或经过电炉、炉外精炼、真空脱气冶炼，冶炼后浇注成钢锭，将得到的钢锭进行等温球化退火；
第二步、锻轧：将第一步冶炼得到的钢锭锻轧成成品钢，将得到的成品钢进行等温球化退火；
第三步、淬火：将第二步得到的成品钢进行淬火处理，根据成品厚度设定淬火时间，随后回火3~5次，每次回火温度为540℃~560℃。
第一步中所述中频炉为15吨中频炉；所述电炉为10~30吨电炉。
第二步所述锻轧温度为970℃~1200℃。
所述等温球化退火为，820℃~890℃下等温4h~6h，随炉冷却到720℃~760℃，等温4h~6h，随炉冷却至500℃，出炉空冷。
第三步所述淬火温度为1150℃~1200℃。
本发明的再进一步改进方案为：第一步冶炼得到的钢锭采用ESR再次提纯工艺得到ESR钢锭，ESR钢锭等温球化退火后再进入锻扎工艺。
所述ESR为电渣重熔工艺。
本发明的有益效果为：
本发明将传统的M3高速钢中的C、W、MO含量降低，V含量控制在2.42%~2.92%，使得本发明得到的高速钢拥有高硬度的同时具有高韧性，具有高强韧性和耐磨性，从而解决传统M3脆性大的问题；
同时，对C、W、V含量及其他元素含量的控制，使得本发明的高速钢的C饱和度控制在下线，降低高速钢的淬火温度，属先天本质细晶粒钢高性能钢的基础；
本发明加入微量的Co元素，Co具有细化晶粒和碳化物的作用，并在工件使用时保持工件的高温硬度，在现代模具工业高速加工领域提供选材，从而使本发明的高速钢提升模具寿命，给模具选材提供新的选择；
本发明的冶炼利用中频炉+炉外精炼+真空脱气或电炉+炉外精炼+真空脱气提高钢的经济洁净度，降低钢中氧、氢、氮的含量，使氧的质量分数小于8PPM,氢的质量分数小于1PPM,氮的质量分数小于80PPM，进一步提升钢的韧性。
具体实施方式
实施例1~5
表1 实施例1~5的化学元素组成及重量百分比。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
实施例1~5均按如下工艺制备高韧性高速钢。
第一步、冶炼：按照表1的成分配比，将原料加入到15吨中频炉或者10~30吨电炉中初炼，再转去炉外精炼、真空脱气冶炼，再将冶炼后的钢水浇注成钢锭，将得到的钢锭进行等温球化退火，去除应力。
第二步、锻轧：将钢锭在970℃~1200℃进行锻轧得到成品钢，具体的，将钢锭进行十字等向锻造，形成中间坯，将中间坯进行等温退火，720℃~760℃，等温退火4h~6h，去除应力，再将中间坯经过轧制形成成品钢，成品钢等温球化退火。锻轧能破碎高速钢中的碳化物，可以细化颗粒、提高韧性和耐磨性。
所述等温球化退火：820℃~890℃下等温4h~6h，随炉冷却到720℃~760℃，等温4h~6h，随炉冷却至500℃，出炉空冷。
第三步、淬火：将第二步得到的成品钢在1150℃~1200℃下进行淬火处理，根据成品厚度设定淬火时间，随后回火3~5次，每次回火温度为540℃~560℃。
实施例6~8
表2 实施例6~8的化学元素组成及重量百分比
Figure DEST_PATH_IMAGE004
实施例6~8均按如下工艺制备高韧性高速钢。
第一步冶炼得到的钢锭采用ESR再次提纯工艺得到ESR钢锭，ESR钢锭等温球化退火后再进入锻轧工艺。ESR（电渣重熔）能够提纯金属获得结晶组织均匀致密的钢锭，经重熔的钢，纯度高、含硫低、非金属杂质少、钢锭表面光滑、结晶组织均匀致密、化学成分均匀。
其他工艺操作同实施例1~5。
本发明提供的高速钢与M3的性能比较见表3，检测实施例1-8和M3硬度和冲击韧性，表3证明，本发明提供的高速钢具有高强韧性和耐磨性，适用于对韧性要求高的模具领域，解决了传统M3脆性大的问题。
表3 本发明提供的高速钢与M3的性能比较
M3 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8
硬度 HRC65 HRC65 HRC65 HRC65 HRC65 HRC65 HRC65 HRC65 HRC65
冲击韧性 4J 25J 24J 22J 20J 16J 24J 22J 20J

Claims (2)

1.一种高韧性高速钢，其特征在于，由如下重量百分含量的化学元素组成：C：1.05%，Si：0.4%，Mn：0.45%，P：0.02%，S：0.02%，Cr：4.7%，W：3.5%，Mo：4.5%，V：2.8%，Co：1.25%，余量为Fe；
所述高韧性高速钢的制备工艺包括以下步骤：
第一步、冶炼：按照配比，将原料经过中频炉、炉外精炼、真空脱气或经过电炉、炉外精炼、真空脱气冶炼，冶炼后浇注成钢锭，将得到的钢锭进行等温球化退火；
第二步、锻轧：将第一步冶炼得到的钢锭锻轧成成品钢，将得到的成品钢进行等温球化退火；
第三步、淬火：将第二步得到的成品钢进行淬火处理，根据成品厚度设定淬火时间，随后回火3~5次，每次回火温度为540℃~560℃；
第二步所述锻轧温度为970℃~1200℃；
所述等温球化退火过程为：820℃~890℃下等温4h~6h，随炉冷却到720℃~760℃，等温4h~6h，随炉冷却至500℃，出炉空冷；
第三步淬火温度为1150℃~1200℃。
2.根据权利要求1所述的一种高韧性高速钢，其特征在于：第一步冶炼得到的钢锭采用ESR再次提纯工艺得到ESR钢锭，ESR钢锭等温球化退火后再进入锻轧工艺。
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