CN109570487B - 一种粉末高速钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高速钢制备技术领域，解决了粉末高速钢致密性和强度低的问题，公开了一种粉末高速钢的制备方法。该制备方法包括以下步骤：（1）获取高速钢粉末，在800‑1000℃下对高速钢粉末进行退火处理，退火处理时间为3‑6h；（2）将退火处理后的超细高速钢粉末通过冷等静压成型制成压胚；（3）使用两次烧结工艺进行烧结；（4）对所述胚体进行锻造，然后经过淬火、回火得到粉末高速钢。本发明具制备的高速钢具有较好的致密性和强度。
Description
技术领域
本发明涉及高速钢制备技术领域，尤其是涉及一种粉末高速钢的制备方法。
背景技术
传统冶金铸造高速钢是莱氏体钢，钢锭在凝固时形成莱氏共晶体，莱氏共晶体的存在导致钢中有大块的、较多的共晶碳化物，经过轧制或压延后这些共晶碳化物仍呈不均匀分布，随着合金含量的增加和钢材截面积增大，高速钢中碳化物偏析加重，这造成高速钢强度的下降，难以使高速钢具有较好的使用性能。为解决这一问题产生了粉末冶金高速钢，粉末冶金高速钢优异性体现在无论尺寸大小和形状如何，均具有碳化物颗粒细小，夹杂含量少，分布均匀的显微组织特点，使高速钢的抗弯强度、硬度和切割性能得到显著提高。中国专利公开号CN103276154公开了一种粉末冶金高速钢的制备方法，该制备方法操作步骤为钢水的冶炼、炉外精炼、底浇雾化、粉末包套封焊抽气、热等静压、锻轧成材步骤。此方法制备的粉末高速钢致密性和强度较为一般，加工成型后在外力作用下容易发生损坏。
发明内容
本发明是为了克服现有技术粉末高速钢致密性和强度低的问题，提供一种粉末高速钢的制备方法，此粉末高速钢具有较高的致密性和强度。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种粉末高速钢的制备方法，包括以下步骤：
（1）获取高速钢粉末，在800-1000℃下对高速钢粉末进行退火处理，退火处理时间为3-6h；
（2）将退火处理后的超细高速钢粉末通过冷等静压成型制成压胚；
（3）采用热压烧结技术对压胚在一氧化碳的氛围中进行一次烧结，烧结温度为1000-1050℃，保温15-20min，烧结压力控制在20-40MPa，然后将胚体在氮气氛围中进行二次烧结，烧结温度为1100-1120℃，保温20-30min，烧结压力控制在20-40MPa，冷却后得到胚体；
（4）对所述胚体进行锻造，然后经过淬火、回火得到粉末高速钢。
本发明先在对粉末高速钢进行退火处理，退火处理后的高速钢粉末容易加工成型，增加高速钢的可塑性；在热压烧结过程中采用两步发进行热压烧结，先在一氧化碳的氛围中进行一次烧结处理，一氧化碳能够将金属氧化物进行还原，从而增加高速钢的致密性提高强度；然后在氮气中进行二次热压烧结处理，利用氮气能够取代胚体中的部分碳，分离出的碳扩散到基体中可以降低固相线温度，进一步提高钢速钢的致密性，从而使高速钢具有较高的强度。
作为优选，所述步骤（2）中冷等静压力为380-400Mpa，保压时间为20-30min。
作为优选，所述步骤（4）中胚体锻造过程中加热温度为1200-1300℃，加热时间为30-50min，开胚压力为100-120MPa，精整压力为40-60MPa。
作为优选，所述步骤（4）中淬火温度为1300-1350℃，回火温度为500-560℃。
作为优选，所述步骤（1）中高速钢粉末的制备方法为：按高速钢中各元素重量占比进行原料配料；将原料送入中频炉或电弧炉中进行冶炼，然后进行LF炉外精炼、VD真空脱气，浇铸得到电渣棒；将电渣棒送入重熔炉中进行重熔；雾化获得高速钢粉末。
作为优选，所述高速钢粉末粒度为20-30微米。
作为优选，所述高速钢原料中各元素按质量百分比包括：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%，Si 0.22-0.38%，Mn0.10-0.35%，S 0-0.05%，P 0-0.30%， Cu 0-0.15%，Ni 0-0.20%，余量为Fe。
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。
因此，本发明具有如下有益效果：（1）分别使用二氧化碳和氮气进行两次热压烧结处理，大大提高高速钢的致密性，从而提高其强度；（2）本发明在保持高速钢强度的前提下具有较好的韧性，使用过程中不容易发生开裂。
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
高速钢粉末的制备方法为：
按高速钢中各元素重量占比进行原料配料；将原料送入中频炉中进行冶炼，然后进行LF炉外精炼、VD真空脱气，浇铸得到电渣棒；将电渣棒送入重熔炉中进行重熔；雾化获得高速钢粉末；高速钢原料中各元素按质量百分比包括：W 1.8%，Mo 4%，Cr4.8%，V 1%，Co0.5-2.0%， C 1.15%，Si 0.32%，Mn 0.20%，S 0.03%，P 0.2%， Cu 0.1%，Ni 0.1%，余量为Fe。
一种粉末高速钢的制备方法，包括以下步骤：
（1）获取高速钢粉末，在900℃下对高速钢粉末进行退火处理，退火处理时间为4.5h；
（2）将退火处理后的超细高速钢粉末通过冷等静压成型制成压胚, 冷等静压力为390MPa，保压时间为25min；
（3）采用热压烧结技术对压胚在一氧化碳的氛围中进行一次烧结，烧结温度为1020℃，保温18min，烧结压力控制在30MPa，然后将胚体在氮气氛围中进行二次烧结，烧结温度为1110℃，保温25min，烧结压力控制在30MPa，冷却后得到胚体；
（4）对所述胚体进行锻造，胚体锻造过程中加热温度为1250℃，加热时间为40min，开胚压力为110MPa，精整压力为50MPa；然后经过淬火、回火，其中淬火温度为1330℃，回火温度为530℃，得到粉末高速钢。
实施例2
高速钢粉末的制备方法为：
按高速钢中各元素重量占比进行原料配料；将原料送入电弧炉中进行冶炼，然后进行LF炉外精炼、VD真空脱气，浇铸得到电渣棒；将电渣棒送入重熔炉中进行重熔；雾化获得高速钢粉末；高速钢原料中各元素按质量百分比包括：W 1.6%，Mo 3.3%，Cr 4.6%，V0.9%，Co 0.8%， C 1.12%，Si 0.25%，Mn 0.18%，S 0.01%，P 0.1%， Cu 0.08%，Ni 0.05%，余量为Fe。
一种粉末高速钢的制备方法，包括以下步骤：
（1）获取高速钢粉末，在850℃下对高速钢粉末进行退火处理，退火处理时间为3.5h；
（2）将退火处理后的超细高速钢粉末通过冷等静压成型制成压胚, 冷等静压力为380MPa，保压时间为22min；
（3）采用热压烧结技术对压胚在一氧化碳的氛围中进行一次烧结，烧结温度为1000℃，保温16min，烧结压力控制在25MPa，然后将胚体在氮气氛围中进行二次烧结，烧结温度为1100℃，保温22min，烧结压力控制在25MPa，冷却后得到胚体；
（4）对所述胚体进行锻造，胚体锻造过程中加热温度为1250℃，加热时间为32min，开胚压力为105MPa，精整压力为45MPa；然后经过淬火、回火，其中淬火温度为1310℃，回火温度为520℃，得到粉末高速钢。
实施例3
高速钢粉末的制备方法为：
按高速钢中各元素重量占比进行原料配料；将原料送入中频炉中进行冶炼，然后进行LF炉外精炼、VD真空脱气，浇铸得到电渣棒；将电渣棒送入重熔炉中进行重熔；雾化获得高速钢粉末；高速钢原料中各元素按质量百分比包括：W 1.8%，Mo 4.5%，Cr 4.8%，V1.15%，Co 1.8%， C 1.16%，Si 0.35%，Mn 0.30%，S 0.04%，P 0.25%， Cu 0.13%，Ni 0.15%，余量为Fe。
一种粉末高速钢的制备方法，包括以下步骤：
（1）获取高速钢粉末，在950℃下对高速钢粉末进行退火处理，退火处理时间为5.5h；
（2）将退火处理后的超细高速钢粉末通过冷等静压成型制成压胚, 冷等静压力为390MPa，保压时间为25min；
（3）采用热压烧结技术对压胚在一氧化碳的氛围中进行一次烧结，烧结温度为1040℃，保温18min，烧结压力控制在35MPa，然后将胚体在氮气氛围中进行二次烧结，烧结温度为1120℃，保温28min，烧结压力控制在40MPa，冷却后得到胚体；
（4）对所述胚体进行锻造，胚体锻造过程中加热温度为1280℃，加热时间为45min，开胚压力为115MPa，精整压力为55MPa；然后经过淬火、回火，其中淬火温度为1350℃，回火温度为550℃，得到粉末高速钢。
实施例4
高速钢粉末的制备方法为：
按高速钢中各元素重量占比进行原料配料；将原料送入电弧炉中进行冶炼，然后进行LF炉外精炼、VD真空脱气，浇铸得到电渣棒；将电渣棒送入重熔炉中进行重熔；雾化获得高速钢粉末；高速钢原料中各元素按质量百分比包括：W 2.0%，Mo 5.0%，Cr 5.0%，V1.20%，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。
一种粉末高速钢的制备方法，包括以下步骤：
（1）获取高速钢粉末，在1000℃下对高速钢粉末进行退火处理，退火处理时间为6h；
（2）将退火处理后的超细高速钢粉末通过冷等静压成型制成压胚, 冷等静压力为400MPa，保压时间为30min；
（3）采用热压烧结技术对压胚在一氧化碳的氛围中进行一次烧结，烧结温度为1050℃，保温20min，烧结压力控制在40MPa，然后将胚体在氮气氛围中进行二次烧结，烧结温度为1120℃，保温30min，烧结压力控制在40MPa，冷却后得到胚体；
（4）对所述胚体进行锻造，胚体锻造过程中加热温度为1300℃，加热时间为50min，开胚压力为120MPa，精整压力为60MPa；然后经过淬火、回火，其中淬火温度为1350℃，回火温度为560℃，得到粉末高速钢。
实施例5
高速钢粉末的制备方法为：
按高速钢中各元素重量占比进行原料配料；将原料送入电弧炉中进行冶炼，然后进行LF炉外精炼、VD真空脱气，浇铸得到电渣棒；将电渣棒送入重熔炉中进行重熔；雾化获得高速钢粉末；高速钢原料中各元素按质量百分比包括：W 1.5%，Mo 3.25%，Cr 4.5%，V0.85%，Co 0.5%， C 1.10%，Si 0.22%，Mn 0.10%，余量为Fe。
一种粉末高速钢的制备方法，包括以下步骤：
（1）获取高速钢粉末，在800℃下对高速钢粉末进行退火处理，退火处理时间为3h；
（2）将退火处理后的超细高速钢粉末通过冷等静压成型制成压胚, 冷等静压力为380MPa，保压时间为20min；
（3）采用热压烧结技术对压胚在一氧化碳的氛围中进行一次烧结，烧结温度为1000℃，保温15min，烧结压力控制在20MPa，然后将胚体在氮气氛围中进行二次烧结，烧结温度为1100℃，保温20min，烧结压力控制在20MPa，冷却后得到胚体；
（4）对所述胚体进行锻造，胚体锻造过程中加热温度为1200℃，加热时间为30min，开胚压力为100MPa，精整压力为40MPa；然后经过淬火、回火，其中淬火温度为1300℃，回火温度为500℃，得到粉末高速钢。
实验测试：
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 | 4493 | 4542 | 4467 | 4135 |
| 抗冲击韧性J/m<sup>2</sup> | 45 | 51 | 43 | 36 |
| 抗弯强度MPa | 5032 | 5043 | 5024 | 4610 |
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 (5)
1.一种粉末高速钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）获取高速钢粉末，在800-1000℃下对高速钢粉末进行退火处理，退火处理时间为3-6h；
（2）将退火处理后的高速钢粉末通过冷等静压成型制成压胚；
（3）采用热压烧结技术对压胚在一氧化碳的氛围中进行一次烧结，烧结温度为1000-1050℃，保温15-20min，烧结压力控制在20-40MPa，然后将胚体在氮气氛围中进行二次烧结，烧结温度为1100-1120℃，保温20-30min，烧结压力控制在20-40MPa，冷却后得到胚体；
（4）对所述胚体进行锻造，然后经过淬火、回火得到粉末高速钢；
所述步骤（1）中高速钢粉末的制备方法为：按高速钢中各元素重量占比进行原料配料；将原料送入中频炉或电弧炉中进行冶炼，然后进行LF炉外精炼、VD真空脱气，浇铸得到电渣棒；将电渣棒送入重熔炉中进行重熔；雾化获得高速钢粉末；
所述高速钢原料中各元素按质量百分比包括：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%，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.根据权利要求1所述的一种粉末高速钢的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中冷等静压力为380-400MPa，保压时间为20-30min。
3.根据权利要求1所述的一种粉末高速钢的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中胚体锻造过程中加热温度为1200-1300℃，加热时间为30-50min，开胚压力为100-120MPa，精整压力为40-60MPa。
4.根据权利要求1所述的一种粉末高速钢的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中淬火温度为1300-1350℃，回火温度为500-560℃。
5.根据权利要求1所述的一种粉末高速钢的制备方法，其特征在于，所述高速钢粉末粒度为20-30微米。
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Denomination of invention: A preparation method for powder high-speed steel Effective date of registration: 20231124 Granted publication date: 20201229 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Jinyun County sub branch Pledgor: ZHEJIANG JINGRUI MOULD Co.,Ltd. Registration number: Y2023980067300 |
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