CN1295370C - 高速工具钢及其稀土处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速工具钢，由碳、钨、钼、铬、钒、锰、硅、钴、磷、硫、稀土和铁组成，其方法为一种用于制造上述高速工具钢的稀土处理工艺：首先按比例，将碳、钨、钼、铬、钒、锰、硅、钴和铁加入炉内进行冶炼，得到钢水；再在钢包中加入铝块，进行沉淀脱氧，将钢水浇入模具，一次性匀速浇完每根电极坯，待铸坯完全凝固后脱模，经退火处理后得到电渣棒；最后把稀土包芯线压扁校直，切割成段，并固定在电渣棒上；以莹石粉及三氧化二铝为钢锭渣料，将其混合、熔化，将液体渣均匀地倒入结晶器内，熔炼，扩氢退火处理，最后，锻造、轧制成材。本发明具有高硬度、红硬性、方法简单、收得率较高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种高速工具钢及其处理工艺，尤其涉及一种高速工具钢及其稀土处理工艺。
背景技术
高速工具钢(简称高速钢)作为机械切削加工行业的主要原材料，广泛应用于制作车刀、钻头、铣刀、拉刀等机械加工工具，尤其是高速切削机床、难切削材料加工刀具，市场需求十分广阔。目前，我国对高速钢年需求量在10万吨以上，世界高速钢总需求量可达30万吨以上。
稀土元素在钢铁中具有净化钢液、夹杂物变性、细化晶粒、微合金化等多种有益的作用，提高了钢材的性能，因此，在高档次钢铁材料中得到一定程度的应用。目前，我国稀土处理钢有80多个牌号，年生产总量60万吨，大量应用稀土的主要钢种包括铜磷系耐大气腐蚀钢、锰铌系列低合金高强度钢、X系管线钢、铌稀土重轨钢，此外还有齿轮钢、轴承钢、弹簧钢、模具钢、工程机械用钢、低碳微合金深冲钢、不锈钢和耐热钢等，但在高速钢中的应用较少。此外，由于稀土元素非常活泼，通常添加稀土的方法以喂丝法为主，其次是稀土金属棒吊挂法，包内加入稀土硅铁合金法及包内喂入稀土硅铁合金包芯线法。
超硬高速工具钢M42(国际通用牌号W2Mo9Cr4VCo8)，由于其具有极高的硬度、红硬性以及耐磨性，号称“王牌高速钢”，被广泛应用于航空航天工业加工钛合金、高温合金等材料。但由于M42高速钢对组织、碳化物等的控制要求很高，控制难度很大。采用稀土处理可明显改善其组织、碳化物等的分布，提高其性能。因此，开发了一种高速钢M42稀土处理技术和工艺。
发明内容
本发明是一种能够改善高速钢的组织和碳化物分布高速工具钢及其稀土处理工艺。
本发明采用如下技术方案：
本发明所述的产品为一种高速工具钢，由碳、钨、钼、铬、钒、锰、硅、钴、磷、硫、稀土和铁组成，其重量配比为：碳(1.05～1.15)％、钨(1.15～1.85)％、钼(9.00～10.00)％、铬(3.50～4.25)％、钒(0.95～1.35)％、锰(0.15～0.40)％、硅(0.15～0.65)％、钴(7.75～8.75)％、磷(≤0.03)％、硫(≤0.03)％、稀土(0.02～0.20)％和余量为铁。
本发明所述的方法为一种用于制造上述高速工具钢的稀土处理工艺：
第一步：按上述碳、钨、钼、铬、钒、锰、硅、钴、磷、硫、稀土和铁的比例，将碳、钨、钼、铬、钒、锰、硅、钴和铁加入炉内进行冶炼，得到钢水；
第二步：在钢包中加入铝块0.4Kg/t，进行沉淀脱氧，再将钢水浇入模具，一次性匀速浇完每根电极坯，待铸坯完全凝固后脱模，经退火处理后得到电渣棒；
第三步：先把稀土包芯线压扁校直，切割成段，并固定在电渣棒上；电渣棒置于结晶器中央；抬升电渣棒于结晶器上方；以莹石粉及三氧化二铝为钢锭渣料，按莹石粉与三氧化二铝之重量比为(6～8)∶(2～4)的比例，将其混合、熔化，钢锭渣料的添加量为电极坯重量的4％～6％，上述莹石粉的纯度≥95％、SiO2的含量＜3％；三氧化二铝的纯度≥98％；化渣结束后，将液体渣均匀地倒入结晶器内，降低电渣棒并通电，当电渣棒与电渣接触时形成电流，开始熔炼，在通电熔炼过程中，每隔8～12min添加铝粉8～12克；电渣重熔结束后，再进行扩氢退火处理，最后，锻造、轧制成材。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明在高速工具钢中添加微量稀土，可以达到细化晶粒，使碳化物更加均匀弥散分布，从而使高速钢具有更高的硬度、红硬性等性能；同时由于本发明采用了电渣重熔过程中添加稀土包芯线的方法，稀土添加方法简单易操作，并可使稀土在整个棒中分布均匀；且不会造成稀土在浇铸成电渣棒的过程中大量氧化损失，收得率较高(一般可保证40％以上)。
附图说明
图1是稀土对碳化物分布影响的金相照片，图中标尺长度表示为100微米。从图中可以看到，未添加稀土的高速钢中(RE＝0％)，共晶碳化物呈粗大的网状分布，而采用稀土处理后，共晶碳化物变成细小的半网状分布。
图2是稀土对晶粒度影响的横截面金相照片，图中标尺长度表示为20微米。图3是稀土对晶粒度影响的纵截面金相照片，图中标尺长度表示为20微米。从图2、图3中可以看到，未添加稀土的高速钢中(RE＝0％)，晶粒较大，且大小不均，而采用稀土处理后，晶粒明显变细，且大小均匀。根据相关标准测量，M42RE中的晶粒度要比M42晶粒度小0.5-1级。
图4是稀土对退火组织影响的金相照片，图中标尺长度表示为20微米。从图中可以看到，未添加稀土的高速钢中(RE＝0％)，碳化物粗大且团聚在一起，呈粗大的网状分布；而采用稀土处理后，碳化物变成细小、弥散的颗粒状分布。
具体实施方式
实施例1
一种高速工具钢，其特征在于由碳、钨、钼、铬、钒、锰、硅、钴、磷、硫、稀土和铁组成，其重量配比为：碳(1.05～1.15)％、钨(1.15～1.85)％、钼(9.00～10.00)％、铬(3.50～4.25)％、钒(0.95～1.35)％、锰(0.15～0.40)％、硅(0.15～0.65)％、钴(7.75～8.75)％、磷(≤0.03)％、硫(≤0.03)％、稀土(0.02～0.20)％和余量为铁。本实施例可以具体采用如下之一的配方：
①碳1.05％、钨1.15％、钼9.00％、铬3.50％、钒0.95％、锰0.15％、硅0.15％、钴7.75％、磷0.03％、硫0.03％、稀土0.02％和余量为铁。
②碳1.15％、钨1.85％、钼10.00％、铬4.25％、钒1.35％、锰0.40％、硅0.65％、钴8.75％、磷0.01％、硫.01％、稀土0.20％和余量为铁。
③碳1.08％、钨1.65％、钼9.78％、铬4.00％、钒1.00％、锰0.20％、硅0.55％、钴8.55％、磷0.01％、硫0.01％、稀土0.12％和余量为铁。
④碳1.12％、钨1.27％、钼9.35％、铬3.75％、钒1.25％、锰0.32％、硅0.30％、钴8.13％、磷0.02％、硫0.02％、稀土0.04％和余量为铁。
实施例2
一种用于制造权利要求1所述高速工具钢的稀土处理工艺，其特征在于：
第一步：按上述碳、钨、钼、铬、钒、锰、硅、钴、磷、硫、稀土和铁的比例，将碳、钨、钼、铬、钒、锰、硅、钴和铁加入炉内进行冶炼，得到钢水；
第二步：在钢包中加入铝块0.4Kg/t，进行沉淀脱氧，再将钢水浇入模具，一次性匀速浇完每根电极坯，待铸坯完全凝固后脱模，经退火处理后得到电渣棒；
第三步：先把稀土包芯线压扁校直，切割成段，其长度与电极坯等长或大体相等，并固定在电渣棒上，其加入根数可根据稀土的加入量来确定；电渣棒置于结晶器中央；抬升电渣棒于结晶器上方；以莹石粉及三氧化二铝为钢锭渣料，按莹石粉与三氧化二铝之重量比为(6～8)∶(2～4)的比例，将其混合、熔化，钢锭渣料的添加量为电极坯重量的4％～6％，上述莹石粉的纯度≥95％、SiO2的含量＜3％；三氧化二铝的纯度≥98％；化渣结束后，将液体渣均匀地倒入结晶器内，降低电渣棒并通电，当电渣棒与电渣接触时形成电流，开始熔炼，在通电熔炼过程中，每隔8～12min添加铝粉8～12克；电渣重熔结束后，再进行扩氢退火处理，最后，锻造、轧制成材。
实施例3
一种用于稀土处理高速钢M42RE，成分包括，C、W、Mo、Cr、V、Mn、Si、Co、RE，其质量配比为：1.05∶1.15∶9.00∶3.75∶1.05∶0.25∶0.15∶7.75∶0.02，P＝0.023％；S＝0.015％，其余为Fe。经过上述生产工艺制造的产品，
| 淬火温度，℃ | 1170 | 1180 | 1190 |
| 晶粒度，级 | 11.5 | 11.5 | 11.0 |
| 545℃，60s，三次回火HRC | 66.5 | 67.1 | 66.2 |
比普通高速钢M42晶粒度细0.5级左右，淬火回火硬度高0.5HRC，碳化物弥散分布。见附图。
实施例4
一种用于稀土处理高速钢M42RE，成分包括，C、W、Mo、Cr、V、Mn、Si、Co、RE，其质量配比为：1.10∶1.50∶9.50∶3.51∶0.95∶0.15∶0.43∶8.23∶0.04，P＝0.024％；S＝0.012％，其余为Fe。经过上述生产工艺制造的产品，
| 淬火温度，℃ | 1170 | 1180 | 1190 |
| 晶粒度，级 | 11.5 | 11.5 | 11.0 |
| 545℃，60s，三次回火HRC | 67.6 | 68.8 | 67.8 |
比普通高速钢M42晶粒度细0.5级左右，大小更均匀，淬火回火硬度高1-1.5HRC，碳化物更弥散分布。见附图。
实施例5
一种用于稀土处理高速钢M42RE，成分包括，C、W、Mo、Cr、V、Mn、Si、Co、RE，其质量配比为：1.14∶1.51∶9.52∶3.77∶1.15∶0.34∶0.40∶8.27∶0.04，P＝0.022％；S＝0.012％，其余为Fe。经过上述生产工艺制造的产品，
| 淬火温度，℃ | 1170 | 1180 | 1190 |
| 晶粒度，级 | 11.5 | 11.5 | 11.0 |
| 545℃，60s，三次回火HRC | 68.6 | 69.5 | 68.8 |
比普通高速钢M42晶粒度细0.5级左右，大小更均匀，淬火回火硬度高1.5-2HRC，碳化物更弥散分布。见附图。
实施例6
一种用于稀土处理高速钢M42RE，成分包括，C、W、Mo、Cr、V、Mn、Si、Co、RE，其质量配比为：1.12∶1.44∶9.37∶3.49∶0.91∶0.26∶0.39∶8.28∶0.10，P＝0.025％；S＝0.011％，其余为Fe。经过上述生产工艺制造的产品，
| 淬火温度，℃ | 1170 | 1180 | 1190 |
| 晶粒度，级 | 11.5 | 11.5 | 11.0 |
| 545℃，60s，三次回火HRC | 67.9 | 69.1 | 68.8 |
比普通高速钢M42晶粒度细0.5级左右，大小更均匀，淬火回火硬度高1-1.5HRC，碳化物更弥散分布。见附图。
实施例7
一种用于稀土处理高速钢M42RE，成分包括，C、W、Mo、Cr、V、Mn、Si、Co、RE，其质量配比为：1.12∶1.50∶9.28∶3.38∶0.89∶0.31∶0.33∶8.06∶0.20，P＝0.020％；S＝0.008％，其余为Fe。经过上述生产工艺制造的产品，
| 淬火温度，℃ | 1170 | 1180 | 1190 |
| 晶粒度，级 | 11.5 | 11.5 | 11.0 |
| 545℃，60s，三次回火HRC | 67.1 | 67.9 | 67.5 |
比普通高速钢M42晶粒度细0.5级左右，淬火回火硬度高1HRC，碳化物更弥散分布。
Claims (1)
1、一种由碳、钨、钼、铬、钒、锰、硅、钴、磷、硫、稀土和铁组成的高速工具钢制备方法，其重量配比：碳(1.05～1.15)％、钨(1.15～1.85)％、钼(9.00～10.00)％、铬(3.50～4.25)％、钒(0.95～1.35)％、锰(0.15～0.40)％、硅(0.15～0.65)％、钴(7.75～8.75)％、磷(≤0.03)％、硫(≤0.03)％、稀土(0.02～0.20)％和余量的铁，其特征在于：
第一步：按上述碳、钨、钼、铬、钒、锰、硅、钴、磷、硫、稀土和铁的比例，将碳、钨、钼、铬、钒、锰、硅、钴和铁加入炉内进行冶炼，得到钢水；
第二步：在钢包中加入铝块0.4Kg/t，进行沉淀脱氧，再将钢水浇入模具，一次性匀速浇完每根电极坯，待铸坯完全凝固后脱模，经退火处理后得到电渣棒；
第三步：先把稀土包芯线压扁校直，切割成段，并固定在电渣棒上，电渣棒置于结晶器中央，抬升电渣棒于结晶器上方，以莹石粉及三氧化二铝为钢锭渣料，按莹石粉与三氧化二铝之重量比为(6～8)∶(2～4)的比例，将其混合、熔化，钢锭渣料的添加量为电极坯重量的4％～6％，上述莹石粉的纯度≥95％、SiO2的含量＜3％；三氧化二铝的纯度≥98％；化渣结束后，将液体渣均匀地倒入结晶器内，降低电渣棒并通电，当电渣棒与电渣接触时形成电流，开始熔炼，在通电熔炼过程中，每隔8～12min添加铝粉8～12克；电渣重熔结束后，再进行扩氢退火处理，最后，锻造、轧制成材。
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