CN109468546A - 一种高速钢的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新材料技术领域，解决了高速钢硬度较高出现容易开裂的问题，公开了一种高速钢的生产方法。该方法包括以下步骤：（1）按高速钢中各元素重量占比进行选料；（2）将原料放入中空炉或电弧炉进行冶炼，然后将混料加入经过冶炼的原料中，再进行LF炉外精炼、VD真空脱气，浇铸得到电渣棒；（3）将电渣棒加入重熔炉在真空条件下对电渣棒重熔，得到高速钢重熔锭；（4）对高速钢重熔锭开胚、锻造、热轧，退火处理，即得。本发明在保持高速钢强度的同时，提高了高速钢的韧性，从而解决高速钢容易发生开裂的问题。
Description
技术领域
本发明涉及新材料技术领域，尤其是涉及一种高速钢的生产方法。
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、铣刀等高速切割工具，还用于高载荷模具及特殊耐热耐磨零部件。高速钢的塑性变形能力较差，在高速钢加工过程中容易发生开裂，成材率较低，所以高速钢在制备过程中成本较高，所以提高高速钢的塑性变形能力对降低高速钢的加工成本至关重要。中国专利公开号CN102732796公开了一种高性能高速钢，高性能高速钢的组成成分与质量百分比为：碳1.04-1.06，硅0.35-0.45，锰0.30-0.40，磷≤0.025，硫≤0.005，钨：4.8-5.2，铬：4.0-4.2，钼5.9-6.2，钒1.60-1.65，钴7.8-8.0，铌0.1-0.5，余量为铁及杂质。此技术方案中钨和钴含量较高，能够提高高速钢的硬度，但是会使高速钢的韧性大大降低，溶液发生开裂。
发明内容
本发明是为了克服现有技术高速钢韧性较差，容易发生开裂的问题，提供一种同时具有较高硬度和韧性的高速钢，高速钢在使用过程中不容易发生开裂。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高速钢的生产方法，包括以下步骤：
(1)按高速钢中各元素重量占比进行选料，高速钢原料中按质量百分比包含如下组分：W 1.5-2.0％，Mo 3.25-5.0％，Cr 4.5-5.0％，V 0.85-1.20％，Co 0.5-2.0％，C1.10-1.18％，Si 0.22-0.38％，Mn 0.10-0.35％，S 0-0.05％，P 0-0.30％，Cu 0-0.15％，Ni 0-0.20％，余量为Fe；
(2)将原料放入中空炉或电弧炉进行冶炼，然后将混料加入经过冶炼的原料中，再进行LF炉外精炼、VD真空脱气，浇铸得到电渣棒；
(3)将电渣棒加入重熔炉在真空条件下对电渣棒重熔，得到高速钢重熔锭，其中高速钢重熔锭氧含量为≤10ppm；
(4)对高速钢重熔锭开胚、锻造、热轧，退火处理，即得。
传统方法中为了保证高速钢的强度和硬度满足标准，将W含量提升到5％左右，将Co含量提升到7％以获得较高硬度和强度的高速钢，W和Co含量过高虽然能够提高高速钢的硬度和强度，但是会使高速钢的韧性下降，从而使高速钢容易发生开裂；本发明为解决此问题，降低高速钢中W和Co的含量，严格控制W含量为1.5-2.0％，Co含量为0.5-2.0％，从而提高高速钢的韧性，高速钢韧性提高从而提高高速钢的抗开裂性能，本发明为在提高韧性的条件下保持刚塑钢的韧性加入V元素，V元素能够起到细化晶粒的作用，从而可以得到充分固溶组织，保持高速钢的强度和硬度；另外本发明在重熔过程中保持真空环境，能够避免钢水与空气接触，从而防止空气掺杂进钢水中，降低夹杂物的等级，提高高速钢的塑变性能。
作为优选，所述步骤(2)混料的加入量为原料质量的0.1-0.45wt％。
作为优选，所述步骤(2)中在LF炉外精炼过程中加入高速钢原料质量0.5-1％的硅钙线。本发明在LF炉外精炼过程在高速钢中混入硅钙线，硅钙线与V元素配合能够改善碳化物的分布和细化碳化物颗粒的尺寸，从而进一步提高高速钢的可塑性和强度。
作为优选，所述步骤(2)混料包括按重量配比的下述组分：石灰石5-10份，萤石3-6份，碳粉1-3份，氧化镁1-3份。
本发明使用石灰石、萤石、碳粉和氧化镁配合作为脱氧剂能够降低钢水中的氧含量，从而防止钢水中氧含量过高并与S结合产生二氧化硫；本发明脱氧剂中不使用铝，减少钢水中三氧化铝等难熔难上浮的夹杂物，从而避免高速钢中夹杂物过高造成容易开裂的问题；另外本发明氧化镁能够提高夹杂物的分散性，从而防止夹杂物因为在高速钢中分布不均造成容易开裂。作为优选，所述混料中石灰石粒径为3-5nm，萤石粒径为3-5nm，碳粉粒度为4-8nm，氧化镁粒度为3-5nm。
作为优选，所述步骤(4)中退火处理工艺为在氢气保护氛围中先在880-925℃下保温3-5h，然后在620-670℃保温1-2h。
因此，本发明具有如下有益效果：(1)本发明在保持高速钢强度的同时，提高了高速钢的韧性，从而解决高速钢容易发生开裂的问题；(2)本发明在LF炉外精炼过程在高速钢中混入硅钙线，硅钙线与V元素配合能够改善碳化物的分布和细化碳化物颗粒的尺寸，从而进一步提高高速钢的可塑性和强度。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的，实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
一种高速钢的生产方法，包括以下步骤：
(1)按高速钢中各元素重量占比进行选料，高速钢原料中按质量百分比包含如下组分：W 1.8％，Mo 4.0％，Cr 4.8％，V 1.0％，Co1.25％，C 1.15％，Si 0.30％，Mn 0.25％，S 0.03％，P 0.20％，Cu 0.08％，Ni 0.10％，余量为Fe；
(2)将原料放入中空炉或电弧炉进行冶炼，然后将混料加入经过冶炼的原料中，混料的加入量为原料质量的0.30wt％，再进行LF炉外精炼、VD真空脱气，其中在LF炉外精炼过程中加入高速钢原料质量0.8％的硅钙线，浇铸得到电渣棒；其中混料包括按重量配比的下述组分：石灰石7份，萤石4.5份，碳粉2份，氧化镁2份；混料中石灰石粒径为4nm，萤石粒径为4nm，碳粉粒度为6nm，氧化镁粒度为3nm；
(3)将电渣棒加入重熔炉在真空条件下对电渣棒重熔，得到高速钢重熔锭，其中高速钢重熔锭氧含量为≤10ppm；
(4)对高速钢重熔锭开胚、锻造、热轧，退火处理，退火处理工艺为在氢气保护氛围中先在900℃下保温4h，然后在640℃保温1.5h，即得。
实施例2
一种高速钢的生产方法，包括以下步骤：
(1)按高速钢中各元素重量占比进行选料，高速钢原料中按质量百分比包含如下组分：W1.6％，Mo 3.3％，Cr 4.8％，V 0.9％，Co 0.6％，C 1.12％，Si 0.25％，Mn 0.18％，S0.01％，P0.1％，Cu 0.05％，Ni 0.1％，余量为Fe；
(2)将原料放入中空炉或电弧炉进行冶炼，然后将混料加入经过冶炼的原料中，混料的加入量为原料质量的0.2wt％，再进行LF炉外精炼、VD真空脱气，其中在LF炉外精炼过程中加入高速钢原料质量0.6％的硅钙线，浇铸得到电渣棒；其中混料包括按重量配比的下述组分：石灰石6份，萤石4份，碳粉1.5份，氧化镁1.5份；混料中石灰石粒径为3nm，萤石粒径为3nm，碳粉粒度为5nm，氧化镁粒度为3nm；
(3)将电渣棒加入重熔炉在真空条件下对电渣棒重熔，得到高速钢重熔锭，其中高速钢重熔锭氧含量为≤10ppm；
(4)对高速钢重熔锭开胚、锻造、热轧，退火处理，退火处理工艺为在氢气保护氛围中先在885℃下保温3.5h，然后在625℃保温1.5h，即得。
实施例3
一种高速钢的生产方法，包括以下步骤：
(1)按高速钢中各元素重量占比进行选料，高速钢原料中按质量百分比包含如下组分：W1.8％，Mo 4.0％，Cr 4.8％，V 1.1％，Co 1.5％，C 1.16％，Si 0.35％，Mn 0.33％，S0.04％，P0.25％，Cu 0.10％，Ni 0.18％，余量为Fe；
(2)将原料放入中空炉或电弧炉进行冶炼，然后将混料加入经过冶炼的原料中，混料的加入量为原料质量的0.4wt％，再进行LF炉外精炼、VD真空脱气，其中在LF炉外精炼过程中加入高速钢原料质量0.8％的硅钙线，浇铸得到电渣棒；其中混料包括按重量配比的下述组分：石灰石9份，萤石5份，碳粉2.5份，氧化镁2.5份；混料中石灰石粒径为4nm，萤石粒径为4nm，碳粉粒度为7nm，氧化镁粒度为4nm；
(3)将电渣棒加入重熔炉在真空条件下对电渣棒重熔，得到高速钢重熔锭，其中高速钢重熔锭氧含量为≤10ppm；
(4)对高速钢重熔锭开胚、锻造、热轧，退火处理，退火处理工艺为在氢气保护氛围中先在920℃下保温4.5h，然后在660℃保温2h，即得。
实施例4
一种高速钢的生产方法，包括以下步骤：
(1)按高速钢中各元素重量占比进行选料，高速钢原料中按质量百分比包含如下组分：W 2.0％，Mo 5.0％，Cr5.0％，V 1.20％，Co 2.0％，C 1.18％，Si 0.38％，Mn 0.35％，S 0.05％，P 0.30％，Cu 0.15％，Ni 0.20％，余量为Fe；
(2)将原料放入中空炉或电弧炉进行冶炼，然后将混料加入经过冶炼的原料中，混料的加入量为原料质量的0.45wt％，再进行LF炉外精炼、VD真空脱气，其中在LF炉外精炼过程中加入高速钢原料质量1％的硅钙线，浇铸得到电渣棒；其中混料包括按重量配比的下述组分：石灰石10份，萤石6份，碳粉3份，氧化镁3份；混料中石灰石粒径为5nm，萤石粒径为5nm，碳粉粒度为8nm，氧化镁粒度为5nm；
(3)将电渣棒加入重熔炉在真空条件下对电渣棒重熔，得到高速钢重熔锭，其中高速钢重熔锭氧含量为≤10ppm；
(4)对高速钢重熔锭开胚、锻造、热轧，退火处理，退火处理工艺为在氢气保护氛围中先在925℃下保温5h，然后在670℃保温2h，即得。
实施例5
一种高速钢的生产方法，包括以下步骤：
(1)按高速钢中各元素重量占比进行选料，高速钢原料中按质量百分比包含如下组分：W 1.5％，Mo 3.25％，Cr 4.5％，V 0.85％，Co 0.5％，C 1.10％，Si 0.22％，Mn0.10％，余量为Fe；
(2)将原料放入中空炉或电弧炉进行冶炼，然后将混料加入经过冶炼的原料中，混料的加入量为原料质量的0.1wt％，再进行LF炉外精炼、VD真空脱气，其中在LF炉外精炼过程中加入高速钢原料质量0.5％的硅钙线，浇铸得到电渣棒；其中混料包括按重量配比的下述组分：石灰石5份，萤石3份，碳粉1份，氧化镁1份；混料中石灰石粒径为3nm，萤石粒径为3nm，碳粉粒度为4nm，氧化镁粒度为3nm；
(3)将电渣棒加入重熔炉在真空条件下对电渣棒重熔，得到高速钢重熔锭，其中高速钢重熔锭氧含量为≤10ppm；
(4)对高速钢重熔锭开胚、锻造、热轧，退火处理，退火处理工艺为在氢气保护氛围中先在880℃下保温3h，然后在620℃保温1h，即得。
对比例1
对比例1为市场上购买的普通高速钢。
| 实施例1 | 实施例3 | 实施例5 | 对比例1 | |
| 抗压强度MPa | 4485 | 4524 | 4439 | 4132 |
| 抗冲击韧性J/m<sup>2</sup> | 47 | 53 | 42 | 34 |
| 抗弯强度MPa | 5017 | 5031 | 4987 | 4600 |
由测试结果与对比例对比可以得到本发明具有较好的抗压强度、抗弯轻度和抗冲击韧性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种高速钢的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按高速钢中各元素重量占比进行选料，高速钢原料中按质量百分比包含如下组分：W 1.5-2.0%，Mo 3.25-5.0%，Cr 4.5-5.0%，V 0.85-1.20%，Co 0.5-2.0%， C 1.10-1.18%，Si0.22-0.38%，Mn 0.10-0.35%，S 0-0.05%，P 0-0.30%， Cu 0-0.15%，Ni 0-0.20%，余量为Fe；
（2）将原料放入中空炉或电弧炉进行冶炼，然后将混料加入经过冶炼的原料中，再进行LF炉外精炼、VD真空脱气，浇铸得到电渣棒；
（3）将电渣棒加入重熔炉在真空条件下对电渣棒重熔，得到高速钢重熔锭，其中高速钢重熔锭氧含量为≤10ppm；
（4）对高速钢重熔锭开胚、锻造、热轧，退火处理，即得。
2.根据权利要求1所述的一种高速钢的生产方法，其特征在于，所述步骤（2）混料的加入量为原料质量的0.1-0.45wt%。
3.根据权利要求1所述的一种高速钢的生产方法，其特征在于，所述步骤（2）中在LF炉外精炼过程中加入高速钢原料质量0.5-1%的硅钙线。
4.根据权利要求1所述的一种高速钢的生产方法，其特征在于，所述步骤（2）混料包括按重量配比的下述组分：石灰石5-10份，萤石3-6份，碳粉1-3份，氧化镁1-3份。
5.根据权利要求4所述的一种高速钢的生产方法，其特征在于，所述混料中石灰石粒径为3-5nm，萤石粒径为3-5nm，碳粉粒度为4-8nm，氧化镁粒度为3-5nm。
6.根据权利要求1所述的一种高速钢的生产方法，其特征在于，所述步骤（4）中退火处理工艺为在氢气保护氛围中先在880-925℃下保温3-5h，然后在620-670℃保温1-2h。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113846276A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-28 | 河北工业大学 | 一种含有Zr元素的高强度高速钢及其制备方法 |
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- 2018-12-11 CN CN201811511782.XA patent/CN109468546B/zh active Active
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Denomination of invention: A production method for high-speed steel Effective date of registration: 20231124 Granted publication date: 20210115 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Jinyun County sub branch Pledgor: ZHEJIANG JINGRUI MOULD Co.,Ltd. Registration number: Y2023980067300 |
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