CN111074135B - 耐蚀耐磨工具钢的制备方法和用于橡塑机械的螺杆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制备橡塑机械中螺杆的专用耐蚀耐磨工具钢及其制备方法和用于橡塑机械的螺杆，其中本发明橡塑机械螺杆专用耐蚀耐磨工具钢按质量百分比计包含C：1.0％‑1.5％；Si：0.55％‑1.0％；Mn：0.2％‑0.8％；W：0.05％‑0.2％；Mo：1.8％‑3.0％；Cr：15.4％‑18.0％；V：1.6％‑4.5％；Nb：1.05％‑1.5％；Co：0.05％‑0.5％；O：≤0.0025％；S≤0.01％；P≤0.03％；余量为铁和杂质，且该工具钢的碳化物组成为MC碳化物与M7C3碳化物。本发明的螺杆专用工具钢具备较好的力学性能和耐磨耐蚀性能，硬度可以达到60HRC，冲击韧性值达到20J以上，且采用钢球作为摩擦副时质量损失可＜100mg/h，采用稀释王水(5％HNO3+1％HCl)时室温腐蚀速率可＜150mm/y，而适用于制作对耐磨性和耐蚀性要求较高的螺杆。

Description

耐蚀耐磨工具钢的制备方法和用于橡塑机械的螺杆
技术领域
本发明涉及工具钢冶炼技术领域，特别涉及一种制备橡塑机械中螺杆的专用耐蚀耐磨工具钢。本发明同时也涉及上述工具钢的制备方法，以及由该工具钢制成的用于橡塑机械的螺杆。
背景技术
在某些严苛工况条件下，工具或零部件不仅经受运动部件或工作介质中硬的研磨颗粒直接接触引起磨损，还要经受潮湿、酸或其他腐蚀剂的腐蚀作用，以橡塑机械领域中的关键零部件如螺杆、套筒和螺杆头等为例，一方面由于塑料中陶瓷颗粒、玻璃纤维等硬质强化相的存在导致这些零部件磨损加剧，另一方面塑料中腐蚀性成分也对零部件产生化学腐蚀。
为了使应用于这些特殊工况的零部件具备长的使用寿命，所使用的工具钢必须具有高的耐磨性能和耐蚀性能。此外，应用于该领域的工具钢还需具备良好的强度和韧性，以使之能够承受应用工况的压力和扭转力，且为了便于加工至所需形状和尺寸，工具钢还需具备足够的可加工性和可磨削性。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种制备橡塑机械中螺杆的专用耐蚀耐磨工具钢，以可获得具备较好力学性能和耐蚀耐磨性的工具钢，而能够用于制作对耐腐蚀和耐磨损有较高要求的橡塑机械中的螺杆。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种制备橡塑机械中螺杆的专用耐蚀耐磨工具钢，按质量百分比计，该工具钢包括如下的化学组分：
C：1.0％-1.5％；
Si：0.55％-1.0％；
Mn：0.2％-0.8％；
W：0.05％-0.2％；
Mo：1.8％-3.0％；
Cr：15.4-18.0％；
V：1.6％-4.5％；
Nb：1.05％-1.5％；
Co：0.05％-0.5％；
O：≤0.0025％；
S：≤0.01％；
P：≤0.03％；
余量为铁和杂质；
且，所述橡塑机械用耐蚀耐磨工具钢的碳化物组成为MC碳化物与M7C3碳化物，其中MC碳化物类型为(V、Nb)C，M7C3碳化物类型为(Cr、Fe)C，所述MC碳化物的体积分数为2～4％；所述M7C3碳化物的体积分数为16～18％。
进一步的，按质量百分比计，所述工具钢包括如下的化学组分：
C：1.1％-1.5％；
Si：0.55％-0.8％；
Mn：0.2％-0.6％；
W：0.05％-0.15％；
Mo：1.8％-2.5％；
Cr：15.4-16.0％；
V：1.6-4.0％；
Nb：1.05-1.2％；
Co：0.05％-0.3％；
O：≤0.002％；
S：≤0.01％；
P：≤0.03％；
余量为铁和杂质。
进一步的，至少1.5％体积分数的MC碳化物的尺寸≤2μm，MC碳化物的最大尺寸不超过8μm。
进一步的，至少15％体积分数的M7C3碳化物的尺寸≤8μm，M7C3碳化物的最大尺寸不超过14μm。
本发明的工具钢组分构成中除V之外，添加了与C亲和力更高的合金元素Nb，可进一步增加MC初生碳化物并减少富Cr碳化物析出，能够使更多的Cr固溶在基体中而为耐蚀性做出更多贡献，富Cr粗大碳化物的减少也改善了工具钢的热加工性，同时通过优化Mo的含量也可进一步提高工具钢的耐腐蚀性。因而本发明通过上述组分的设计可获得具备较好力学性能和耐蚀耐磨性的工具钢，以能够用于制作对耐腐蚀和耐磨损有较高要求的橡塑机械中的螺杆。
本发明同时也提供了制备如上所述的制备橡塑机械中螺杆的专用耐蚀耐磨工具钢的制备方法，且所述制备方法包括如下的步骤：
s1.电渣锭制备
s1.1.将原料采用LF精炼，精炼渣系为CaO+CaF2+Al2O3，炉渣碱度控制在4.0-6.5之间，通电10-15min后渣料熔清，再向钢包中钢液喂入φ10mm-φ15mm的铝粒并吹入氩气，吹氩量在200～400NL/min，保持钢液温度在材料液相线+(100℃±20℃)，保温40～50min，完成初步脱O、脱S并吸附杂质；
s1.2.采用VD真空脱气，并通过钢包底部吹氩搅拌，去除钢液中气体和杂质；
s1.3.采用双极串联抽锭式结晶器的电渣炉，选用萤石粉+铝氧粉+石灰渣系，填入钢料及渣系且将自耗电极棒插入渣池中，进行充氩进入保护气氛，在外加电流作用下以形成钢液熔池，且同时向加渣器中充入2.5～4L/min的氩气及至加渣结束，熔炼过程控制电极插入深度进行恒渣阻控制，再在结晶器壁和水底箱冷却下使钢液逐渐凝固，得到电渣重熔锭；
s2.锻打开坯
采用多火次小变形量将电渣重熔锭锻打开坯，且每次变形量在5-20mm之间，每次加热温度在1150～1170℃，加热120min，共2火次锻打，开坯后轧制得到棒材；
s3.热处理
采用真空炉淬火+回火工艺对棒材进行热处理，真空炉真空度为10Pa，淬火加热时先经550～600℃和800～850℃两次预热，且淬火温度1100-1200℃、保温15min；回火温度540-560℃、保温2h，并回火处理2次；回火处理后回填6～8bar高纯氮气炉内冷却。
进一步的，上述步骤s1.2中通过钢包底部吹氩搅拌包括如下阶段：
第一阶段：氩气流量为100L/min进行弱搅拌，并伴随弱搅拌以10-20L/min速率逐渐将吹气量升至200L/min，直至达到极限真空度；
第二阶段：达到极限真空度后，氩气流量调整至400L/min开始强搅拌，保持10-15min，完成VD真空脱气；
第三阶段：VD真空脱气结束后，氩气流量调整至5-15L/min进行软搅拌静吹，处理时间30～40min。
进一步的，步骤s1.3中，冷却时冷却水压在0.2-0.3MPa，且进水温度≤环境温度+10℃。
本发明上述制备方法获得的钢锭成分组织均匀、碳化物细小、纯净度高，可获得具备良好强度和韧性，同时有较好耐蚀耐磨性的工具钢，适用于制备橡塑机械中的螺杆。
此外，本发明还提供了一种用于橡塑机械的螺杆，所述螺杆即由如上所述的工具钢制成。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实例1所制备的工具钢的微结构图；
图2为本发明实例2所制备的工具钢的微结构图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本实施例首先涉及制备橡塑机械中螺杆的专用耐蚀耐磨工具钢。
本实施例的上述工具钢，按质量百分比计其包括有如下的化学组分：C：1.0％-1.5％；Si：0.55％-1.0％；Mn：0.2％-0.8％；W：0.05％-0.2％；Mo：1.8％-3.0％；Cr：15.4-18.0％；V：1.6％-4.5％；Nb：1.05％-1.5％；Co：0.05％-0.5％；O：≤0.0025％；S：≤0.01％；P：≤0.03％；余量为铁和杂质。同时，该工具钢的碳化物组成为MC碳化物与M7C3碳化物，且MC碳化物类型为(V、Nb)C，M7C3碳化物类型为(Cr、Fe)C，而其中MC碳化物的体积分数也为2～4％，M7C3碳化物的体积分数则为16～18％。
本实施例采用以上组分构成的工具钢，可获得具出色力学性能以及耐蚀耐磨性和热加工性能的橡塑机械螺杆专用工具钢。
具体而言，本实施例的工具钢组分在所要求的范围内通过添加Nb，使得C更多的形成富Nb和V的MC初生碳化物，可直接提高耐磨性，另一方面其也可阻碍富Cr碳化物的形成，从而增加基体中固溶的Cr含量，以使得工具钢获得期望的耐腐蚀性，并且富Cr粗大碳化物的减少也可改善工具钢的热加工性，因而通过平衡V、Nb和Cr的含量，本实施例能够获得同时改善耐蚀耐磨性能和热加工性能的工具钢。
更进一步来说，本实施例工具钢的组分中，C元素部分固溶于基体，可提高基体强度，且由于C元素同时也是碳化物的组成元素之一，本实施例使得C的含量不小于1.0％，可保证合金元素能够充分参与碳化物析出，而使得C的最大含量不超过1.5％，也能够避免过多的C固溶于基体导致韧性下降。在C含量为1.0％-1.5％范围内，本实施例能够获得最大耐磨性能以及强韧性的配合，同时需要指出的是C含量优选为1.1％-1.5％。
Si元素不参与碳化物形成，而是作为一种脱氧剂和基体强化元素来使用，Si过多会使基体的韧性下降并促进钢中形成铁氧体。本实施例中Si元素含量范围是0.55％-1.0％，且优选为0.55％-0.8％。
Mn元素作为脱氧剂加入，并可以固硫而减少热脆性，另外Mn元素的加入也可增加淬透性。在本实施例中Mn元素含量范围是0.2％-0.8％，优选为0.2％-0.6％。
W元素和Mo元素固溶于基体，可提高基体的淬透性。本实施例钢W元素含量范围是0.05％-0.2％，优选为0.05％-0.15％，Mo的含量范围是1.8％-3.0％，优选为1.8％-2.5％。
Cr元素一方面固溶于基体，可提高耐蚀性能及淬透性，另一面本实施例工具钢中Cr元素以M7C3碳化物形式的析出，本实施例Cr元素含量为15.4％-18.0％，可使Cr固溶于基体以及以碳化物形式析出之间形成平衡，而Cr元素含量优选为15.4％-16.0％。
V元素主要用于形成初生MC型碳化物，以提高工具钢的耐磨性能。本实施例V元素含量控制范围为1.6％-4.5％，优选为1.6％-4.0％。
Nb元素的作用与V类似，参与形成初生MC碳化物，以提高碳化物形核率和细化MC碳化物颗粒，而使工具钢的耐磨性和韧性提高，同时Nb元素的存在也可降低Cr在初生MC碳化物中的溶解度，使得更多的Cr固溶于基体中，而通过Nb间接提高工具钢的耐腐蚀性。本实施例Nb元素的含量范围为1.05％-1.5％，且优选为1.05％-1.2％。
Co元素主要固溶于基体，以促进热处理过程中碳化物的析出，本实施例Co元素含量的范围为0.05％-0.5％，优选为0.05％-0.3％。
O元素含量过高会导致工具钢韧性下降，本实施例控制O含量范围为O≤0.025％，且优选为O≤0.0020％。
基于以上描述，可以发现，作为优选的按质量百分比计，本实施例的工具钢包括如下的化学组分：C：1.1％-1.5％；Si：0.55％-0.8％；Mn：0.2％-0.6％；W：0.05％-0.15％；Mo：1.8％-2.5％；Cr：15.4-16.0％；V：1.6-4.0％；Nb：1.05-1.2％；Co：0.05％-0.3％；O：≤0.002％；S：≤0.01％；P：≤0.03％；余量为铁和杂质。该组分构成的工具钢可更好获得力学性能出色、及有着较好耐蚀耐磨性与热加工性的工具钢。
对于工具钢而言，除了基体硬度外，工具钢中细小分散的碳化物对耐磨性也是有效的，而在各种硬质第二相中，初生MC碳化物具有最高硬度，担当提供耐磨性的主要作用。发明人研究发现，初生碳化物体积分数越高则工具钢的硬度越高，耐磨性越好，相反韧性和热加工性越差。工具钢耐蚀性能的提高主要依赖于基体中固溶的Cr含量，由于Cr对C有高亲和性而会形成富Cr碳化物，导致基体中固溶的Cr减少，所以为了获得较好的耐腐蚀性，工具钢中的Cr在形成碳化物后仍应至少有12％的Cr固溶于基体。
发明人发现诸多工具钢中的Cr含量满足上述大于12％的条件，但其耐腐蚀性却难以达到期望值，分析其原因，这些工具钢中大量的Cr与C形成富铬碳化物，其不仅影响了耐腐蚀性也影响了耐磨性，且钢中粗大碳化物的存在也容易引起应力集中，使得工具钢韧性和塑性降低，导致在较低的外力加载下即发生断裂。因此为了改善耐磨性和耐腐蚀性，且同时提高工具钢的韧性，减少富Cr碳化物含量或细化碳化物粒度是重要手段。
本实施例的工具钢正是通过增加MC初生碳化物，且减少富Cr碳化物析出，因而使更多的Cr固溶在基体中，并使得富Cr粗大碳化物减少，而保证了工具钢的热加工性与耐磨、耐腐蚀性能。
其次，本实施例进一步也涉及制备如上专用工具钢的方法，由于具有较高的合金含量，发明人发现若采用传统电渣重熔工艺进行制备，由于凝固速度缓慢，容易发生偏析而导致工具钢性能下降。故，为保证制得工具钢钢锭成分组织均匀、碳化物细小且纯净度高，发明人创造性的采用气氛保护双极串联电渣重熔工艺进行钢锭的制备，且再经过锻制和轧制便能够获得所需的棒材产品。
具体来说，本实施例的制备方法包括有如下的步骤：
s1.电渣锭制备步骤
s1.1.LF精炼阶段，将原料采用LF精炼，精炼渣系为CaO+CaF2+Al2O3，炉渣碱度控制在4.0-6.5之间，通电10-15min后渣料熔清，再向钢包中钢液喂入φ10mm-φ15mm的铝粒并吹入氩气，吹氩量在200～400NL/min，保持钢液温度在材料液相线+(100℃±20℃)，保温40～50min，完成初步脱O、脱S并吸附杂质。此时，可使O元素含量控制在0.001％～0.002％，而S元素含量控制在0.005％-0.015％。
s1.2.VD真空脱气阶段，采用VD真空脱气，并通过钢包底部吹氩搅拌，进一步去除钢液中气体和杂质。其中，底部吹氩搅拌包括有三个阶段，并具体为：
第一阶段：氩气流量为100L/min进行弱搅拌，并伴随弱搅拌以10-20L/min速率逐渐将吹气量升至200L/min，直至达到极限真空度；
第二阶段：达到极限真空度后，氩气流量调整至400L/min开始强搅拌，保持10-15min，完成VD真空脱气；
第三阶段：VD真空脱气结束后，氩气流量调整至5-15L/min进行软搅拌静吹，处理时间30～40min。
上述LF阶段与VD阶段工艺完成后，可使得钢液中S≤0.01％，O≤0.0016％，且杂质级别满足要求。
s1.3.电渣重熔阶段，采用双极串联抽锭式结晶器的电渣炉，选用萤石粉+铝氧粉+石灰渣系，填入钢料及渣系且将自耗电极棒插入渣池中，合上保护气氛罩并连接氩气与通风罩连接器，进行20min充氩进入保护气氛，在外加电流作用下以形成钢液熔池，且同时开启流量控制器电子阀，向加渣器中充入2.5～4L/min的氩气及至加渣结束，熔炼过程控制电极插入深度进行恒渣阻控制，再在结晶器壁和水底箱冷却下使钢液逐渐凝固，得到电渣重熔锭。
其中，以上冷却时的冷却水压在0.2-0.3MPa之间，且进水温度≤环境温度+10℃。
s2.锻打开坯步骤
采用多火次小变形量将电渣重熔锭锻打开坯，且每次变形量在5-20mm之间，每次加热温度在1150～1170℃，加热120min，共2火次锻打，开坯后轧制得到棒材。
s3.热处理步骤
采用真空炉淬火+回火工艺对棒材进行热处理，真空炉真空度为10Pa，淬火加热时先经550～600℃和800～850℃两次预热，且淬火温度1100-1200℃、保温15min；回火温度540-560℃、保温2h，并回火处理2次；回火处理后回填6～8bar高纯氮气炉内冷却。
本实施例的工具钢通过气氛保护双极串联电渣重熔工艺制备得到钢锭，且后续经过锻轧加工以获得所需棒材，其与前述工具钢组分构成相结合，可通过控制V、Nb和Cr的含量平衡总体化学组成，以及利用合适的生产工艺实现组织和纯净度要求，由此得到具有独特的耐蚀耐磨性和热加工性组合，而能够使工具钢获得所期望的性能
下面将具体以具体制备实例和对比例，以及对应的性能检测来进一步的说明本实施例的工具钢及其制备。
其中，两个制备实例的工具钢的组分构成见如下表1中所示，且通过上述制备方法得到实例1和实例2两种具有不同成分组成的工具钢，并将其制成Φ57mm的棒材。
其中，在制备实例的工具钢具体制备时，LF精炼阶段炉渣碱度控制在5.0，通电12min后渣料熔清，钢液温度保持在材料液相线+(100℃±20℃)，保温40min。
在VD真空脱气阶段中，底部吹氩搅拌时，第一阶段的氩气流量为100L/min，并以15L/min逐渐将吹气量升至200L/min，及至达到极限真空度。第二阶段氩气流量调整至400L/min进行强搅拌，并保持12min，第三阶段氩气流量调整至8L/min进行软搅拌静吹，处理时间30min。
在电渣重熔阶段，为向加渣器中充入3L/min的氩气及至加渣结束，恒渣阻控制中，电极插入深度可通过预设控制曲线对电极升降进行控制而实现。冷却时的冷却水压设置在0.25MPa，且进水温度≤环境温度+10℃。
在锻打开坯步骤中，每次变形量控制在10mm，每次的加热温度在1150℃，且设置为加热2h，进行2火次锻打。
对比例为二种市场购买的工具钢，其分别为铸锻工具钢(合金A)和粉末冶金工具钢(合金B)。
表1合金成分
C W Mo Cr V Nb Co Si Mn S O
实例1 1.40 0.07 1.92 14.83 2.52 0.95 0.03 0.76 0.43 0.01 0.008
实例2 1.30 0.05 1.76 14.21 2.89 0.58 0.03 0.56 0.51 0.01 0.008
A 1.50 N.A 0.90 12.05 0.80 N.A N.A 0.30 0.35 0.01 N.A
B 0.80 N.A 1.30 7.50 2.75 N.A N.A 0.95 0.70 0.01 N.A
表中的N.A表示：未分析
(一)微结构分析
对实例1和实例2所制备的工具钢棒材进行碳化物分析，发现碳化物组成为MC碳化物及M7C3碳化物，其中MC碳化物类型为(V、Nb)C，主要成分组成为V、Nb、C以及少量Fe、Cr等合金元素，M7C3碳化物类型为(Cr、Fe)C，为富Cr型碳化物。
图1和图2分别是实例1和实例2所制备的工具钢的微结构示意图，图1中位置1代表MC碳化物，位置2代表M7C3碳化物，图2中位置3代表MC碳化物，位置4代表M7C3碳化物。与此同时，经分析，实例1和实例2制备的工具钢中，MC碳化物的体积分数为2-4％，M7C3碳化物的体积分数为16-18％，且其中至少1.5％体积分数的MC碳化物的尺寸≤2μm，而MC碳化物的最大尺寸不超过8μm。此外，至少15％体积分数的M7C3碳化物的尺寸≤8μm，M7C3碳化物的最大尺寸不超过14μm。
将实例1、实例2以及合金A、合金B中不同类型的碳化物进行EDS能谱分析，结果如下述表2所示，经表2可发现碳化物1、3是富含Nb的碳化物，其化学成分中含有大量的Nb和少量的V、Fe和Cr。碳化物2、4是富含Cr的碳化物，化学成分中含量大量的Cr和少量的Fe和V。
对比表2中的化学组成可以发现，本实施例中实例1和2的工具钢中MC碳化物的Cr含量少于合金A和合金B中MC碳化物的Cr含量，其表明本实施例制备的工具钢实现了平衡Cr、Nb和V含量，减少富Cr碳化物析出，以达到同时改善耐蚀性和耐磨性的目的。
表2工具钢中碳化物的EDS半定量化学组成
Figure GDA0003013867500000111
表中的-表示：不含有该元素，或该元素含量很少未做分析
(二)热处理硬度和耐磨性分析
为使得工具钢具备高耐腐蚀性能，可通过热处理手段促进基体中游离Cr含量，且适当的淬火加回火处理可使得基体合金含量处于过饱和状态，通过计算1000℃-1200℃范围内实例1中奥氏体相的合金元素组成，并根据耐点蚀当量数(PRE＝Cr+3.3*Mo+1.65*W+13*N)评价耐腐蚀性能，奥氏体成分组成及PRE计算值如以下表3所示。
表3实例1奥氏体成分组成及PRE值
Figure GDA0003013867500000112
Figure GDA0003013867500000121
表中的-表示：不含有该元素，或该元素含量很少未做分析
由表3可以看出，本实施例工具钢在奥氏体化温度大于1100℃时，基体中游离的Cr含量超过12％，此时棒材可具备较高的耐腐蚀性能。
此外，为了验证热处理制度对本实施例制备的工具钢性能的影响，设置不同淬火温度和回火温度的热处理工艺对制备的棒材进行热处理。
对实例1、2及合金A、B进行热处理，并采用钢球作为摩擦副检测耐磨性能，所得以下硬度及耐磨性能对比结果如表4所示。
表4硬度及耐磨性对比
Figure GDA0003013867500000122
由表4可以看出，较高温度的淬火温度可获得较高的硬度，且高温回火可以获得更好的耐磨损性能。
经过合适的热处理，发明人发现本实施例制备工具钢的硬度可达到HRC60以上，且仍由表4所示的耐磨性能对比结果表明，在硬度值接近的情况下本实施例制备工具钢的耐磨性能要远优于合金A和合金B。
(三)耐腐蚀性分析
采用5％HNO3+1％HCl溶液在室温条件下对本实施例制备的工具钢进行浸泡腐蚀。
同时，也选用具有高Cr合金组成的合金A作为耐蚀性能对比，两者耐蚀性能对比结果如下述表5所示。
表5耐蚀性能对比
Figure GDA0003013867500000131
由表5的对比数据可以看出，本实施例的工具钢表现出更优异的耐蚀性能。
需要说明的是，在相同淬火条件下，采用较低的回火制度时，较多Cr元素固溶于基体，能够获得较高耐蚀性能，而采用较高的回火制度时，较多Cr合金元素以碳化物形式析出，耐蚀性能将降低同时耐磨性能将升高，总体而言，在一个宽的热处理范围内，本实施例的工具钢能够同时具备优异的耐磨及耐蚀性能，故根据不同应用场合对耐磨性能及耐蚀性能的需求，可选择合适的热处理制度。
另外，由于碳化物颗粒数量统计的限制，在以上实施条件下制备本实施例的工具钢，组织中可能存在个别碳化物的尺寸超过所述碳化物最大尺寸，但由于其数量极少，对工具钢的韧性及其他力学性能不产生实质影响，因而可不予考虑。
综上，本实施例的工具钢可具备优异的综合性能，尤其是具备高的耐磨性能同时具备高的耐蚀性能，基于此性能特点，本实施例的工具钢特别适合于橡塑机械中螺杆的制备，当然除了橡塑机械中的螺杆，本实施例的工具钢也适合在具有磨损及腐蚀工况的其它场合中使用，例如其可用于制作橡塑机械领域的其它螺纹元件。
本发明的工具钢采用独特的合金设计以及电渣重熔工艺，在碳化物含量较高的情况下碳化物颗粒仍然能够保持细小且分布均匀，可获得高的韧性和可磨削性能，同时本发明工具钢制备时由于工艺特性，制备成本较普通工艺低，也具有高效低成本的特点，而能够有很好的实用性。
最后，本实施例还涉及有用于橡塑机械的螺杆，该螺杆即由上述制备的工具钢制成。
通过采用上述制备的工具钢制成，可利用所制备的工具钢成分组织均匀、碳化物细小、纯净度高的特点，能够具备好的力学性能和耐蚀耐磨性，而适于在对耐腐蚀和耐磨损有较高要求的橡塑机械中应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种制备橡塑机械中螺杆的专用耐蚀耐磨工具钢的制备方法，其特征在于：按质量百分比计，该工具钢包括如下的化学组分：C：1.0％-1.5％；Si：0.55％-1.0％；Mn：0.2％-0.8％；W：0.05％-0.2％；Mo：1.8％-3.0％；Cr：15.4-18.0％；V：1.6％-4.5％；Nb：1.05％-1.5％；Co：0.05％-0.5％；O：≤0.0025％；S：≤0.01％；P：≤0.03％；余量为铁和杂质；且所述橡塑机械用耐蚀耐磨工具钢的碳化物组成为MC碳化物与M7C3碳化物，其中MC碳化物类型为(V、Nb)C，M7C3碳化物类型为(Cr、Fe)C，所述MC碳化物的体积分数为2～4％；所述M7C3碳化物的体积分数为16～18％；
所述制备方法包括如下的步骤：
s1.电渣锭制备
s1.1.将原料采用LF精炼，精炼渣系为CaO+CaF2+Al2O3，炉渣碱度控制在4.0-6.5之间，通电10-15min后渣料熔清，再向钢包中钢液喂入φ10mm-φ15mm的铝粒并吹入氩气，吹氩量在200～400NL/min，保持钢液温度在材料液相线+(100℃±20℃)，保温40～50min，完成初步脱O、脱S并吸附杂质；
s1.2.采用VD真空脱气，并通过钢包底部吹氩搅拌，去除钢液中气体和杂质；
s1.3.采用双极串联抽锭式结晶器的电渣炉，选用萤石粉+铝氧粉+石灰渣系，填入钢料及渣系且将自耗电极棒插入渣池中，进行充氩进入保护气氛，在外加电流作用下以形成钢液熔池，且同时向加渣器中充入2.5～4L/min的氩气及至加渣结束，熔炼过程控制电极插入深度进行恒渣阻控制，再在结晶器壁和水底箱冷却下使钢液逐渐凝固，得到电渣重熔锭；
s2.锻打开坯
采用多火次小变形量将电渣重熔锭锻打开坯，且每次变形量在5-20mm之间，每次加热温度在1150～1170℃，加热120min，共2火次锻打，开坯后轧制得到棒材；
s3.热处理
采用真空炉淬火+回火工艺对棒材进行热处理，真空炉真空度为10Pa，淬火加热时先经550～600℃和800～850℃两次预热，且淬火温度1100-1200℃、保温15min；回火温度540-560℃、保温2h，并回火处理2次；回火处理后回填6～8bar高纯氮气炉内冷却。
2.根据权利要求1所述的制备橡塑机械中螺杆的专用耐蚀耐磨工具钢的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述工具钢包括如下的化学组分：C：1.1％-1.5％；Si：0.55％-0.8％；Mn：0.2％-0.6％；W：0.05％-0.15％；Mo：1.8％-2.5％；Cr：15.4-16.0％；V：1.6-4.0％；Nb：1.05-1.2％；Co：0.05％-0.3％；O：≤0.002％；S：≤0.01％；P：≤0.03％；余量为铁和杂质。
3.根据权利要求1或2所述的制备橡塑机械中螺杆的专用耐蚀耐磨工具钢的制备方法，其特征在于：至少1.5％体积分数的MC碳化物的尺寸≤2μm，MC碳化物的最大尺寸不超过8μm。
4.根据权利要求1或2所述的制备橡塑机械中螺杆的专用耐蚀耐磨工具钢的制备方法，其特征在于：至少15％体积分数的M7C3碳化物的尺寸≤8μm，M7C3碳化物的最大尺寸不超过14μm。
5.根据权利要求1所述的制备橡塑机械中螺杆的专用耐蚀耐磨工具钢的制备方法，其特征在于：步骤s1.2中通过钢包底部吹氩搅拌包括如下阶段：
第一阶段：氩气流量为100L/min进行弱搅拌，并伴随弱搅拌以10-20L/min速率逐渐将吹气量升至200L/min，直至达到极限真空度；
第二阶段：达到极限真空度后，氩气流量调整至400L/min开始强搅拌，保持10-15min，完成VD真空脱气；
第三阶段：VD真空脱气结束后，氩气流量调整至5-15L/min进行软搅拌静吹，处理时间30～40min。
6.根据权利要求1所述的制备橡塑机械中螺杆的专用耐蚀耐磨工具钢的制备方法，其特征在于：步骤s1.3中，冷却时冷却水压在0.2-0.3MPa，且进水温度≤环境温度+10℃。
7.一种用于橡塑机械的螺杆，其特征在于：所述螺杆由权利要求1的制备方法制备的工具钢制成。
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CN104894480A (zh) * 2015-05-15 2015-09-09 河冶科技股份有限公司 喷射成形冷作工具钢

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