CN114921729A - 高速钢刀具丝材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及粉末冶金技术领域，公开了一种高速钢刀具丝材及其制备方法，包含以下重量百分比的组分：C：1.2~2.3%，Mn：0.30~0.50%，Si：0.50~0.75%，Cr：4.0~5.5%，V或者Nb+V：3.0~5.5%，W：5.5~10.5%，Mo：3.5~5.5%，Co：7.5~9.5%，Ti：2.0~3.0%，La：1.0~2.0%，Yb：1.0~2.0%，N：0.1~0.2%，S：<0.03%，P：<0.05%，O+H：<0.005%，其余为Fe。本发明制备的高速钢纯净度更高，非金属夹杂物和有害气体含量减少90%，强度明显提升。

Description

高速钢刀具丝材及其制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，特别涉及一种高速钢刀具丝材及其制备方法。
背景技术
高速钢是一种重要的刀具材料，据最新统计，高速钢刀具销售额占全部刀具销售额的45%左右，而在齿轮刀具和拉刀等复杂刀具的销售额中要占85%。粉末冶金高速钢是高速钢中的上品，它的特点在于无论尺寸大小和形状如何，粉末冶金高速钢材均具有碳化物细小，分布均匀的显微组织。近年全世界其年产量约1万吨，在西方工业发达国家约占高速钢总产量为1/6。所有的高级高速钢刀具制造者均采用粉末冶金高速钢。我国工具厂中只有少数几个厂使用过粉末冶金高速钢，对它只有一个很拢统的概念，只知粉末冶金高速钢是一种性能优良的高级高速钢，而不知道目前在市场上同时存在有第一代、第二代和第三代质量不同的粉末冶金高速钢。这些钢的化学成分相同，而性能不同。本发明旨在公开一种第三代粉末冶金高速钢的制备方法，以提高我国高速钢的性能。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高速钢刀具丝材及其制备方法，制备的高速钢纯净度更高，非金属夹杂物和有害气体含量减少90%，强度明显提升。
技术方案：本发明提供了一种高速钢刀具丝材，包含以下重量百分比的组分：C：1.2~2.3%，Mn：0.30~0.50%，Si：0.50~0.75%，Cr：4.0~5.5%，V或者Nb+V：3.0~5.5%，W：5.5~10.5%，Mo：3.5~5.5%，Co：7.5~9.5%，Ti：2.0~3.0%，RE：2.0~4.0%，N：0.1~0.2%，S：<0.03%，P：<0.05%，O+H：<0.005%，其余为Fe。
本发明还提供了一种高速钢刀具丝材的制备方法，包括以下步骤：S1：按配比取用原料C、Fe、W、Mo、Co、V、Nb的纯组元或中间合金以及Si-Fe、Mn-Fe、Cr-Fe、RE-M、V-N或Nb-N、Ti-C的中间合金，并对所有原料进行干燥处理，采用真空感应熔炼技术熔炼母合金；在熔炼母合金的过程中，加入的Ti-C、V-N或Nb-N、RE-M中间合金分别占各自总重量的40~60%；在熔炼后期加入由Ti-C、V-N或Nb-N粉末压制成的颗粒料进行熔炼；在熔炼最后期加入RE-M中间合金进行熔炼；S2：电渣重熔雾化：将S1制备的母合金电渣重熔，一边电渣，一边加入剩余的Ti-C、V-N或Nb-N、RE-M中间合金；并在电渣重熔后不经过凝固和再次熔化的步骤而直接雾化制成合金粉末；S3：对合金粉末依次进行还原退火和粉末压坯，制备成粉末块体坯料；S4：对S3所得粉末块体坯料进行烧结；S5：对S4所得烧结后的粉末块体坯料进行分级热处理；S6：先对所述S5所得粉末块体坯料进行变形前退火处理，然后再对粉末块体坯料进行锻造和/或挤压、轧制、拉拔处理，在变形量达到5~30%时，再次进行所述变形前退火处理，然后再次对所述粉末块体坯料进行锻造和/或挤压、轧制、拉拔处理；所述变形前退火处理与所述锻造和/或挤压、轧制、拉拔处理交替进行，直至最终得到φ1-3mm的丝材；S7：对S6所得丝材再次进行分级热处理。在母合金熔炼后期加入TiC粉末颗粒，TiC粉末颗粒不熔化，为凝固提供大量的非均匀形核的核心，促进异质形核，起到细化晶粒和碳化物尺寸作用，有利于提高材料的硬度、耐磨性和抗弯强度等力学性能。
优选地，在所述S1中，在熔炼后期加入的Ti-C颗粒是由粒径为0.5~10μm的TiC粉末经高压压制而成的粒径为50~200mm的Ti-C颗粒。
优选地，在所述S1中，在加入Ti-C和RE-M中间合金时，不破坏真空环境，将Ti-C和RE-M中间合金压入熔池中下部，并进行机械搅拌1~2min。
优选地，在所述S2中，所述雾化制成合金粉末的方式为水、气联合雾化制粉，采用的气体为氩气，纯度为99.9%，雾化压力10~30MPa，水压8~50MPa，制备出来的合金粉末的D50为8~20μm。
优选地，在所述S3中，所述还原退火的工艺如下：氢还原，温度200~500℃，粉末松散状态半装满玻璃管，两端密封，一端通入氢气，另一端排出尾气，加热前，先通入氢气15~30min，然后加热，并不间断通入氢气，速度保持10~1000L/min；或者，碳还原，温度580~650℃，将碳粉和合金粉末混合均匀后，放入保护性惰性气体Ar的氛围中加热，保温1~12h，让C和O充分反应，生成CO/CO2气体，除去雾化粉末中的氧。
优选地，在所述S3中，所述粉末压坯的工艺为HIP压坯：将经还原退火后的合金粉末称重后放入自制包套模具中，经双向模压制成ΦD×Hmm 的圆柱坯料；压力300~800MPa，然后焊接封口，使粉末压坯密封在包套中；其中D为50~200mm，H为300~1500mm。
优选地，在所述S4中，所述烧结的方式为包套HIP烧结：（1）粉末坯料封装在包套内；（2）HIP炉加压至100MPa，预热，以5℃/min的速度升温至600℃，保温时间t=3min/cm×d；（3）以5℃/min的速度升温至1260℃，保温时间t=10min/cm×d；（4）随炉冷却至室温；其中，d为样品的最大壁厚，单位cm。
进一步地，在所述S5和/或S7中，所述分级热处理的工艺如下：（1）一次加热：以5~10℃/min的升温速度加热至580~620℃，保温时间t=3~5min/cm×d；（2）二次加热：以5~10℃/min的升温速度加热至840~860℃，保温时间t=2~4min/cm×d；（3）三次加热：以5~10℃/min的升温速度加热至1170~1260℃，保温时间t=2~4min/cm×d；（4）一次冷却：以103~105℃/s的降温速度降温至200~300℃，出炉空冷至室温；（5）回火：以5~10℃/min的升温速度加热至560~570℃，保温时间t=0.2~3h/cm×d；（6）二次冷却：随炉冷却至200~300℃，出炉空冷至室温；（7）重复（5）和（6）至少一次；其中，d为样品的最大壁厚，单位cm。粉末高速钢由于其特殊性，热处理工艺也区别与一般的金属，主要区别是需要预热、淬火温度较高和回火温度高且回火次数多；变形以后的粉末高速钢棒料内应力较大、硬度很高，因此必须首先进行退火。退火温度为840~880℃，退火时间t=2~20min/cm×d。高速钢中合金元素含量较多，导热性差，加热前必须进行预热，预热温度依次为580~620℃和840~880℃，预热时间t=2~5min/cm×d。淬火温度为1170~1260℃，淬火后水冷或油冷至室温。最后，560~570℃回火三次，每次保温时间t=1~3h×d。高速钢回火必须注意以下四点：（1）淬火后必须及时回火，否则会使奥氏体稳定化，不利于消除残余奥氏体（一般不超过8h），（2）回火温度力求均匀，最好在盐浴炉或带风扇井式回火炉中进行，力求加热均匀，（3）每次回火后必须冷至室温，才能重复以后的各次回火，（4）回火后必须冷至室温方可清洗，否则易变形开裂。此条件下制备出的粉末高速钢晶粒和第二相细化均匀，细小而弥散的颗粒状碳化物分布在回火马氏体基上。未闭合的孔隙呈圆形或者椭圆形。硬度达到67.5HRC，红硬性达到63.2HRC，抗弯强度可达4146.3MPa。
优选地，在所述S6中，所述变形前退火处理的工艺如下：将粉末块体坯料在真空炉或盐浴炉中以≤150℃/h的升温速率加热到850~870℃，保温80~130min后，以≤400℃/h的升温速率升温至1100~1300℃，保温10~20min，接着降温至850~870摄氏度，保温60~120min，然后在炉中以20~30℃/h的降温速率降温至500~600℃，然后空冷或随炉冷却到200℃左右后出炉空冷至室温。
有益效果：（1）将电渣和制粉同时进行，能够使得电渣后的母合金纯净度更高，不会因雾化制粉时再次熔化而造成二次污染，这样制备的粉末纯净度更高，非金属夹杂物和有害气体含量减少90%以上。
（2）本发明中，组分中加入RE稀土元素，主要是去除组分中的杂质元素氧。由于RE元素的化学性质非常活泼，几乎可以还原所有的金属氧化物，生成性质稳定的RE-O氧化物，不仅可以净化组分，减少有害元素O的危害，而且形成的RE-O氧化物还可以作为异质形核的核心，增大异质形核率，细化晶粒，提高强韧性。并且，在真空熔炼和电渣精炼阶段分别加入RE-M的中间合金，目的是提高RE-M的利用率，防止真空熔炼阶段全部加入时烧损过于严重，不能确保充分地除去熔体中的氧，最终使熔体更加纯净。
（3）本发明中，组分中加入Ti主要是起到细化基体组织和碳化物的作用，有助于材料的强度和韧性的提高。并且，通过加入TiC的形式加入Ti，且分为不同的阶段加入，具体优势有：①母合金熔炼后期加入TiC的优势在于，一是通过直接添加TiC的方式提高熔体内Ti的含量，为异质形核提供核心，细化晶粒；二是在后期加入，防止过早加入进入渣层，造成TiC的利用率低，为精确控制TiC的量造成困难；②边电渣边加入TiC粉末颗粒的优点：一是TiC粉末颗粒不熔化，为凝固提供大量的非均匀形核的核心，促进异质形核，起到细化晶粒和碳化物尺寸作用，有利于提高材料的硬度、耐磨性和抗弯强度等力学性能；二是在电渣阶段加入，减少了在熔炼阶段加入时的损耗，提高了TiC的利用率；③TiC粉末颗粒在熔炼后期和电渣阶段分别有加入，目的在于，不管是熔炼阶段，还是电渣阶段，都是液态熔体凝固的过程，都需要进行凝固过程的控制（比如除杂、细化晶粒、均匀化组分等），因此在两个阶段均加入TiC粉末颗粒都有利于获得晶粒更细、组分更均的产品。区别在于熔炼阶段加入影响的是熔炼阶段的凝固过程，在此阶段会造成TiC粉末颗粒进入表层的浮渣而浪费，是在真空环境下进行的；电渣阶段加入影响的是电渣凝固过程，在此阶段会造成TiC粉末颗粒进入表层的渣层而浪费，是在常压下进行的。至于在哪一种环境下会造成更多的TiC粉末颗粒的浪费不得而知，因此为确保TiC粉末颗粒的作用效果，本发明在两个阶段均加入部分的TiC。
（4）本发明中，不论是在熔炼阶段，还是在电渣雾化阶段，均有加入由粉末压制成的颗粒料，如Nb-N，益处在于粉末颗粒料成分均匀、组织细小，可以更好地调控整体合金的成分，使成分分布更加均匀；另外，在电渣雾化阶段加入粉末颗粒料，未熔化的质点正好作为非均匀形核的核心，使合金结晶快速以非均匀形核方式进行，细化晶粒。
附图说明
图1为分级热处理的工艺图；
图2为变形前退火处理的工艺图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的介绍。
本发明提供了一种粉末冶金高速钢丝材，包含以下重量百分比的组分：C：1.2~2.3%，Mn：0.30~0.50%，Si：0.50~0.75%，Cr：4.0~5.5%，V或者Nb+V：3.0~5.5%，W：5.5~10.5%，Mo：3.5~5.5%，Co：7.5~9.5%，Ti：2.0~3.0%，La：1.0~2.0%，Yb：1.0~2.0%，N：0.1~0.2%，S：<0.03%，P：<0.05%，O+H：<0.005%，其余为Fe。
上述粉末冶金高速钢丝材的制备方法如下：
实施例a：
S1：按配比取用原料C、Fe、W、Mo、Co、V、Nb的纯组元或中间合金以及Si-Fe、Mn-Fe、Cr-Fe、RE-M、V-N或Nb-N、Ti-C的中间合金，并对所有原料进行干燥处理，采用真空感应熔炼技术熔炼母合金；在熔炼母合金的过程中，加入的Ti-C、V-N或Nb-N、RE-M中间合金分别占各自总重量的50%；在熔炼后期加入由Ti-C、V-N或Nb-N粉末压制成的颗粒料进行熔炼；在熔炼最后期加入RE-M中间合金进行熔炼；
上述在熔炼后期加入的Ti-C颗粒是由粒径为0.5~10μm的TiC粉末经高压压制而成的粒径为50~200mm的Ti-C颗粒。在加入Ti-C和RE-M中间合金时，不破坏真空环境，将Ti-C和RE-M中间合金压入熔池中下部，并进行机械搅拌1~2min。上述熔炼母合金的具体工艺如下：在真空度10Pa的条件下，首先在1520℃熔化C、Fe、W、Mo、Co、V、Nb纯组元或中间合金，保温15min，然后在1480ºC加入Si-Fe、Mn-Fe、Cr-Fe的中间合金，保温10min，然后加入Ti-C、V-N或Nb-N粉末压制成的颗粒料进行熔炼，保温10min，然后在1350℃加入RE-M中间合金进行熔炼，保温3min，电磁搅拌3min，除渣，出炉。
上述原料形态为：纯金属、RE-M中间合金为铸锭料，其余中间合金C-Fe、Si-Fe、Mn-Fe、Cr-Fe、La-Fe、Yb-Fe、V-N或Nb-N、Ti-C为粉末料压制成的颗粒料；加料顺序为先加铸锭料，后加粉末料。上述Ti-C和V-N或Nb-N的粉末粒径为1~2μm。
S2：电渣重熔雾化：将S1制备的母合金电渣重熔，一边电渣，一边加入剩余的Ti-C、V-N或Nb-N、RE-M中间合金；并在电渣重熔后不经过凝固和再次熔化的步骤而直接雾化制成合金粉末；
上述雾化制成合金粉末的方式为水、气联合雾化制粉，采用的气体为氩气，纯度为99.9%，雾化压力10MPa，水压8MPa，制备出来的合金粉末的D50为12μm。
S3：对合金粉末依次进行还原退火和粉末压坯，制备成粉末块体坯料；
上述还原退火的工艺如下：
氢还原，温度500℃，粉末松散状态半装满玻璃管，两端密封，一端通入氢气，另一端排出尾气，加热前，先通入氢气15min，然后加热，并不间断通入氢气，速度保持10L/min；因为氧含量很高，采取氢还原或氧还原或烧结，产生CO/CO2气体，除去雾化粉末中的氧。
上述粉末压坯的工艺为以下任意一种：
HIP压坯：将经还原退火后的合金粉末称重后放入自制包套模具中，经双向模压制成ΦD×Hmm 的圆柱坯料；压力500MPa，然后焊接封口，使粉末压坯密封在包套中；其中D为200mm，H为500mm。
S4：对S3所得粉末块体坯料进行烧结；
上述烧结的方式为包套HIP烧结：（1）粉末坯料封装在包套内；（2）HIP炉加压至100MPa，预热，以5℃/min的速度升温至600℃，保温时间t=3min/cm×d；（3）以5℃/min的速度升温至1260℃，保温时间t=10min/cm×d；（4）随炉冷却至室温。
S5：对S4所得烧结后的粉末块体坯料进行分级热处理；
上述分级热处理的工艺如下（如图1）：
（1）一次加热：以10℃/min的升温速度加热至620℃，保温时间t=5min/cm×d；
（2）二次加热：以10℃/min的升温速度加热至860℃，保温时间t=4min/cm×d；
（3）三次加热：以10℃/min的升温速度加热至1260℃，保温时间t=4min/cm×d；
（4）一次冷却：以105℃/s的降温速度降温至300℃，出炉空冷至室温；
（5）回火：以10℃/min的升温速度加热至570℃，保温时间t=3h/cm×d；
（6）二次冷却：随炉冷却至300℃，出炉空冷至室温；
（7）重复（5）和（6）两次；
其中，d为样品的最大壁厚，单位cm。
S6：先对所述S5所得粉末块体坯料进行变形前退火处理，然后再对粉末块体坯料进行锻造和/或挤压、轧制、拉拔处理，在变形量达到10%时，再次进行所述变形前退火处理，然后再次对所述粉末块体坯料进行锻造和/或挤压、轧制、拉拔处理；所述变形前退火处理与所述锻造和/或挤压、轧制、拉拔处理交替进行，直至最终得到φ3mm的丝材；
上述变形前退火处理的工艺如下（如图2）：
将棒料在真空炉或盐浴炉中以150℃/h的升温速率加热到850℃，保温120min后，以400℃/h的升温速率升温至1250℃，保温15min，接着降温至870℃，保温120min，然后在炉中以30℃/h的降温速率降温至600℃，然后随炉冷却到200℃后出炉空冷至室温。
1）如果变形抗力大，就多次回炉加热到1200℃，到温之后根据厚度，每减少1毫米，保温时间减少0.5分钟；2）轧制到厚度12mm正公差之后，立刻回炉完全退火，在860℃下保温2小时，以每小时30℃/h的降温速率降到550℃，然后断电缓冷到200℃以下空冷。
上述锻造的工艺如下：
预热：首先以10℃/min的加热速度将坯料加热至620℃，保温时间t=5min/cm×d ；然后以10℃/min的升温速度加热至860℃，保温时间t=4min/cm×d；其中，d为样品的最大壁厚，单位cm；
锻造：对坯料进行锻造，每次减小量为15%，每次锻造完后直接将坯料重新放入860℃的炉中加热，加热时间t=3min/cm×d，直至将坯料锻造至所需尺寸；
冷却：将锻造完成的坯料放入炉中随炉冷却至300℃，然后出炉空冷至室温。
上述挤压的方式为热挤压，工艺如下：
预热：首先以10℃/min的加热速度将坯料加热至620℃，保温时间t=5min/cm×d；然后以10℃/min的升温速度加热至950℃，保温时间t=4min/cm×d；其中，d为样品的最大壁厚，单位cm；
热挤压：挤压方式为卧式挤压，挤压速度5mm/s，单次挤压截面减小5%，挤压模具预热温度650℃；
冷却：将挤压完成的坯料放入炉中随炉冷却至250℃，然后出炉空冷至室温。
S7：对S6所得丝材再次进行分级热处理。本步骤中的分级热处理工艺如图1，与上述S5中的工艺相同，此处不做赘述。
实施例b：
本实施例与实施例a大致相同，不同点仅在于，本实施方式中，在步骤S1中，原料形态为：除Ti-C、V-N或Nb-N为粉末料压制成的颗粒料以外，其余原料为100%的铸锭料。加料顺序为先加铸锭料，后加粉末料。上述Ti-C和V-N或Nb-N的粉末粒径为1~2μm。
除此之外，本实施例与实施例a完全相同，此处不做赘述。
实施例c：
本实施例与实施例a大致相同，不同点仅在于，本实施方式中，
S3：对合金粉末依次进行还原退火和粉末压坯，制备成粉末块体坯料；
上述还原退火的工艺如下：
碳还原，温度580~650℃，将碳粉和合金粉末混合均匀后，放入保护性惰性气体Ar的氛围中加热，保温1~12h，让C和O充分反应，生成CO/CO2气体，除去雾化粉末中的氧。
除此之外，本实施例与实施例a完全相同，此处不做赘述。
对比例1：
使用论文“彭翰林, 精冲模具用粉末冶金高速钢S390/S790的热处理规律研究,华中科技大学, 2020. ”中公开的配方和方法制备丝材。
通过下表1展示实施例1至3的配方分别使用实施例a至c制备得到的丝材性能以及对比例1制备得到的丝材性能。
表1
Figure 213781DEST_PATH_IMAGE002
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高速钢刀具丝材，其特征在于，包含以下重量百分比的组分：C：1.2~2.3%，Mn：0.30~0.50%，Si：0.50~0.75%，Cr：4.0~5.5%，V或者Nb+V：3.0~5.5%，W：5.5~10.5%，Mo：3.5~5.5%，Co：7.5~9.5%，Ti：2.0~3.0%，RE：2.0~4.0%，N：0.1~0.2%，S：<0.03%，P：<0.05%，O+H：<0.005%，其余为Fe。
2.一种权利要求1中高速钢刀具丝材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按配比取用原料C、Fe、W、Mo、Co、V、Nb的纯组元或中间合金以及Si-Fe、Mn-Fe、Cr-Fe、RE-M、V-N或Nb-N、Ti-C的中间合金，并对所有原料进行干燥处理，采用真空感应熔炼技术熔炼母合金；在熔炼母合金的过程中，加入的Ti-C、V-N或Nb-N、RE-M中间合金分别占各自总重量的40~60%；在熔炼后期加入由Ti-C、V-N或Nb-N粉末压制成的颗粒料进行熔炼；在熔炼最后期加入RE-M中间合金进行熔炼；
S2：电渣重熔雾化：将S1制备的母合金电渣重熔，一边电渣，一边加入剩余的Ti-C、V-N或Nb-N、RE-M中间合金；并在电渣重熔后不经过凝固和再次熔化的步骤而直接雾化制成合金粉末；
S3：对合金粉末依次进行还原退火和粉末压坯，制备成粉末块体坯料；
S4：对S3所得粉末块体坯料进行烧结；
S5：对S4所得烧结后的粉末块体坯料进行分级热处理；
S6：先对所述S5所得粉末块体坯料进行变形前退火处理，然后再对粉末块体坯料进行锻造和/或挤压、轧制、拉拔处理，在变形量达到5~30%时，再次进行所述变形前退火处理，然后再次对所述粉末块体坯料进行锻造和/或挤压、轧制、拉拔处理；所述变形前退火处理与所述锻造和/或挤压、轧制、拉拔处理交替进行，直至最终得到φ1-3mm的丝材；
S7：对S6所得丝材再次进行分级热处理。
3.根据权利要求2所述的高速钢刀具丝材的制备方法，其特征在于，在所述S1中，在熔炼后期加入的Ti-C颗粒是由粒径为0.5~10μm的TiC粉末经高压压制而成的粒径为50~200mm的Ti-C颗粒。
4.根据权利要求2所述的高速钢刀具丝材的制备方法，其特征在于，在所述S1中，在加入Ti-C和RE-M中间合金时，不破坏真空环境，将Ti-C和RE-M中间合金压入熔池中下部，并进行机械搅拌1~2min。
5.根据权利要求2所述的高速钢刀具丝材的制备方法，其特征在于，在所述S2中，所述雾化制成合金粉末的方式为水、气联合雾化制粉，采用的气体为氩气，纯度为99.9%，雾化压力10~30MPa，水压8~50MPa，制备出来的合金粉末的D50为8~20μm。
6.根据权利要求2所述的高速钢刀具丝材的制备方法，其特征在于，在所述S3中，所述还原退火的工艺如下：
氢还原，温度200~500℃，粉末松散状态半装满玻璃管，两端密封，一端通入氢气，另一端排出尾气，加热前，先通入氢气15~30min，然后加热，并不间断通入氢气，速度保持10~1000L/min；
或者，碳还原，温度580~650℃，将碳粉和合金粉末混合均匀后，放入保护性惰性气体Ar的氛围中加热，保温1~12h，让C和O充分反应，生成CO/CO2气体，除去雾化粉末中的氧。
7.根据权利要求2所述的高速钢刀具丝材的制备方法，其特征在于，在所述S3中，所述粉末压坯的工艺为HIP压坯：将经还原退火后的合金粉末称重后放入自制包套模具中，经双向模压制成ΦD×Hmm 的圆柱坯料；压力300~800MPa，然后焊接封口，使粉末压坯密封在包套中；其中D为50~200mm，H为300~1500mm。
8.根据权利要求2所述的高速钢刀具丝材的制备方法，其特征在于，在所述S4中，所述烧结的方式为包套HIP烧结：（1）粉末坯料封装在包套内；（2）HIP炉加压至100MPa，预热，以5℃/min的速度升温至600℃，保温时间t=3min/cm×d；（3）以5℃/min的速度升温至1260℃，保温时间t=10min/cm×d；（4）随炉冷却至室温；
其中，d为样品的最大壁厚，单位cm。
9.根据权利要求2所述的高速钢刀具丝材的制备方法，其特征在于，在所述S5和/或S7中，所述分级热处理的工艺如下：
（1）一次加热：以5~10℃/min的升温速度加热至580~620℃，保温时间t=3~5min/cm×d；
（2）二次加热：以5~10℃/min的升温速度加热至840~860℃，保温时间t=2~4min/cm×d；
（3）三次加热：以5~10℃/min的升温速度加热至1170~1260℃，保温时间t=2~4min/cm×d；
（4）一次冷却：以103~105℃/s的降温速度降温至200~300℃，出炉空冷至室温；
（5）回火：以5~10℃/min的升温速度加热至560~570℃，保温时间t=0.2~3h/cm×d；
（6）二次冷却：空冷冷却至200~300℃，保温时间t=0.3~1h/cm×d后，出炉空冷至室温；
（7）重复（5）和（6）至少一次；
其中，d为样品的最大壁厚，单位cm。
10.根据权利要求2所述的高速钢刀具丝材的制备方法，其特征在于，在所述S6中，所述变形前退火处理的工艺如下：
将粉末块体坯料在真空炉或盐浴炉中以≤150℃/h的升温速率加热到850~870℃，保温80~130min后，以≤400℃/h的升温速率升温至1100~1300℃，保温10~20min，接着降温至850~870℃，保温60~120min，然后在炉中以20~30℃/h的降温速率降温至500~600℃，然后空冷到200℃左右后出炉空冷至室温。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2063181A1 (de) * 1970-01-07 1971-07-22 Uddeholms Ab Legierung mit hohem Gehalt an primären Carbiden und Verfahren zu deren Her stellung
CN1454723A (zh) * 2003-05-29 2003-11-12 安泰科技股份有限公司 一种高速钢复合辊环
CN101274359A (zh) * 2007-03-28 2008-10-01 宝山钢铁股份有限公司 一种电磁离心铸造高速钢复合轧辊工作层材质
CN105755364A (zh) * 2016-05-13 2016-07-13 湖南化工职业技术学院 一种VCp增强复合耐磨合金材料及其制备方法
CN111850391A (zh) * 2020-06-18 2020-10-30 河冶科技股份有限公司 一种螺钉冲头用高速钢及其制备方法
CN114318135A (zh) * 2021-03-22 2022-04-12 武汉钜能科技有限责任公司 耐磨损高速钢

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2063181A1 (de) * 1970-01-07 1971-07-22 Uddeholms Ab Legierung mit hohem Gehalt an primären Carbiden und Verfahren zu deren Her stellung
CN1454723A (zh) * 2003-05-29 2003-11-12 安泰科技股份有限公司 一种高速钢复合辊环
CN101274359A (zh) * 2007-03-28 2008-10-01 宝山钢铁股份有限公司 一种电磁离心铸造高速钢复合轧辊工作层材质
CN105755364A (zh) * 2016-05-13 2016-07-13 湖南化工职业技术学院 一种VCp增强复合耐磨合金材料及其制备方法
CN111850391A (zh) * 2020-06-18 2020-10-30 河冶科技股份有限公司 一种螺钉冲头用高速钢及其制备方法
CN114318135A (zh) * 2021-03-22 2022-04-12 武汉钜能科技有限责任公司 耐磨损高速钢

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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贾成厂 等: "稀土元素对高速钢组织和性能的影响" *

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