CN1811003A - 无Co超硬型高速钢 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种无Co超硬型高速钢。它的重量比组成为：碳1.00－1.20、钨6.50－7.50、钼3.50－5.00、铬3.50－4.50、钒1.60－2.20、硅0.60－1.20、锰0.20－0.60、氮0.04－0.10和余量的铁。本发明产品中不含Co，而性能水平近于和达到含Co高速钢，达到或超过无Co超硬高速钢M₂Al，并且生产工艺性能优良，热加工塑性、热处理工艺优于含Co高速钢及M₂Al，在超硬型高速钢中成材率最高，成本最低。

Description

无Co超硬型高速钢

(一)技术领域

本发明涉及的是一种钢材，具体地说是一种超硬型高速钢。

(二)背景技术

高速钢分为通用型和超硬型，本发明专利属无Co超硬型。通用型用于制造一般通用各种刀具，而超硬型用于制造高性能、长寿命、高速度和精密、多刃、成型的切削工具。对于高温合金、耐热钢、高碳轴承钢及高强度结构钢等，许多具有较高硬度的材料，由于其加工难度大，要求刀具材料综合性能优良，尤其硬应达到HRC67-70(通用型HRC62-66)，加工上述难加工材料必须用超硬型高速钢刀具，归纳国内外应用最广泛的有二大类：

1、含Co类，代表性钢号：美国ASTM600-99中：

M42(W₂Mo₉Cr₄VCo₈)   M41(W₇Mo₄Cr₄V₂Co₅)

M36(W₆Mo₅Cr₄V₂Co₈)  M35(W₆Mo₅Cr₄V₂Co₅)

含Co类高速钢具有优良的超硬性、红硬性、可磨削性，国内也早已生产，但由于其热加工塑性差、工艺性能不良、易氧化脱C等问题，使钢材成材率及刀具成品率很低，尤其含Co量在5％以上，Co是战略短缺物资，目前时价44万元/吨，价昂贵，造成钢材成本高，售价贵，难于推广应用。

2、无Co类，代表性钢号：中国GB/T9943-88中：

M₂Al(W₆Mo₅Cr₄V₂Al)是在美国ASTMA600-99中M2钢的基础上添加1％Al。

我国研制的无Co超硬型高速钢，有良好的使用性能，很受用户的欢迎，但冶金厂深吃苦头，普便不愿生产，原因是冶金厂生产过程中工艺性能不良，Al熔点低(660℃±)，易氧化、烧损，炼钢过程中加入Al后生成大量氧化物，使Al收得率不稳，影响成品化学成分的稳定性，钢中溶于大量Al₂O₃夹杂物，钢锭表面不良，不易修磨，钢材易氧化脱C，修磨量大，成材率低，至使成本高于M₂钢。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种性能水平近于和达到含Co高速钢，达到或超过无Co超硬高速钢M₂Al，并且生产工艺性能优良，热加工塑性、热处理工艺优于含Co高速钢及M₂Al，在超硬型高速钢中成材率最高，成本最低的无Co超硬型高速钢。

本发明的目的是这样实现的：它的重量比组成为：碳1.00-1.20、钨6.50-7.50、钼3.50-5.00、铬3.50-4.50、钒1.60-2.20、硅0.60-1.20、锰0.20-0.60、氮0.04-0.10和余量的铁。

本发明定位于无Co超硬型高速钢，是因为本发明产品中不合Co，而性能水平近于和达到含Co高速钢，达到或超过无Co超硬高速钢M₂Al，并且生产工艺性能优良，热加工塑性、热处理工艺优于含Co高速钢及M₂Al，在超硬型高速钢中成材率最高，成本最低。

本发明与现有技术相比主要优点体现在：

1、本发明产品中不含Co为什么还能近于和达到含Co钢水平？提高Si含量加N是本发明产品的新亮点，用Si、N代替Co可达到事半功倍的效果。Si在地球广泛存在，资源丰富，FeSi是铁合金中最便宜的，可显著降低成本并节省大量昂贵的Co。

含Co高速钢热塑性差，Co含量越高，越难加工，成材率越低，本发明专利不含Co易于生产，热加工塑性、工艺性能、钢锭成材率及刀具成品率均优于含Co类，在当前世界性Co短缺情况下，节省资源，降低成本，推出新产品更具有经济和战略意义。

2、本发明专利达到和超过无Co超硬高速钢M₂Al质量水平，并且克服掉了M₂Al工艺性能不良，大量Al₂O₃夹杂物难于消除，钢锭表面不良，成材率低，钢材易氧化脱C，成本高等缺点。

本发明专利的主要技术特征体现在：

1、目前原材料持续涨价，市场竞争激烈，售价高用户不接受，本发明高性能、价格低廉，成本是超硬型高速钢中最低的钢号。

2、冶炼时利于操作，化学成分易于控制，确保成品结果稳定。

3、工艺性能良好：易于锻造、轧制、拔丝，且不易脱C，成材率高。

4、可磨削性、强度、韧性、红硬性均不低于M₂、M₂Al。

5、淬回火硬度不低HRC67。

本发明产品成分设计，正体方案及理论依据：

1、本发明专利确定为W-Mo系，W、Mo是高速钢的必要元素，能与C形成碳化物，是形成碳化物的主要元素。高速钢特征就是含有大量碳化物，在淬火时因溶于基体中，在回火时析出细小弥散分布的碳化物，从而起到提高硬度、红硬性、高温硬度等作用。在钢中1％W与2％Mo的作用相当，因此可以在一定的范围内按此关系改变W、Mo配比，而基本不改变钢的性能。根据实践经验：W、Mo配比合适，W-Mo系比单一W系或Mo系综合性能好，所以在保证综合性能前提下，尽力节省资源，降低成本，确定钨当量(W+2Mo)＝15。

2、Cr是高速钢中重要元素，作用机理是：一部分Cr在淬火、回火状态下，固溶于碳化物及基体中，起到固溶强化作用，大部分Cr与C形成碳化物，并且能保证高速钢的淬透性，抗氧化、耐腐蚀性等。但Cr过高时，对热塑性有不良影响，所以本发明专利按常规含量统一为4％。

3、V是高速钢中重要的碳化物形成元素，V与C结合力很强，易生成VC型碳化物，颗粒细小，弥散在钢中，可以控制钢在淬火时的晶粒度，细化晶粒，并且可提高耐磨性，高温性能。但V含量超过2％时，将会降低钢的可磨削性，使刀具难于磨削，因此本发明专利加入量不超过2％。

4、Si不作为主要元素在钢中有一定含量，能起到良好的脱氧作用， ，减少钢中气体夹杂含量。Si作为主要元素已广泛应用于弹簧钢、结构钢等，高速钢已有部分钢号应用，本发明专利在高合金高速钢中提高Si含量加N是该钢号的新亮点。

提高Si含量能在高速钢中减少大块和棒状碳化物：促使钢液凝固时形成的对性能有害的M₂C再次加热时分解为M₆C、MC，即 细化碳化物，提高韧性。

Si在钢中超饱和渗碳时，在渗碳层形成细小且分布均匀的碳化物和氮化物：SiC、Si₃N₄，提高红硬性及淬火时的硬度，细化回火时析出的二次碳化物，使回火硬度升高，显著提高二次硬化效果，从而改善切削性能及可磨削性能，1％Si可相当2％Co的作用。

5、N在高速钢中的作用与C相似，可以代替一部分C，加N后的高速钢再次加热时，能促进M2C型共晶碳化物分解转变为M6C、MC，有和Si相同的功能，提高硬度、红硬性、韧性，并能提高淬火温度，降低过热敏感性，从而改善钢的性能，提高切削性能。

在高速钢中主要是Cr、V、Si吸收N，形成弥散细小的氮化物，存在于复合碳化物中，在复合碳化物中置换一部分C原子，而形成氰化物相，而另一部分溶于奥氏体中，由于N增多了氰化物相和氮化物，有效的阻止晶粒长大，可细化晶粒，成品钢中含有0.04％N就可以提高淬回火硬度HRC0.5-1.0。

6、Mn在钢中有一定的含量起到脱氧作用： ，减少钢中气体、夹杂物。有足够的Mn可以消除S的有害作用，即S的热脆性，提高热塑性，使低熔点的FeS(985℃)变成高熔点的MnS(1620℃)： 。Mn在高速钢中有害的一面与Ni相似，可增多残留奥氏体量，增加回火工艺过程的困难，过热敏感性大，过量的Mn能促进加热时晶粒长大，含量超过0.6％时有害影响明显，主要降低了高温硬度，因此在高速钢中Mn不能过分提高，在我国标准中一般≤0.40％。提高热塑性的最好办法是降低钢中S含量，S越低越好，稍提高Mn，使Mn/S≥40，显著改善塑性，本发专利可达到。

7、C是高速钢中必要，是最主要的元素，C与W、Mo、Cr、V等元素形成复合碳化物，靠这些复合碳化物提高硬度、红硬性、耐磨性等。C低会使这些元素不能充分形成碳化物，浪费资源又降低性能。增加C会提高硬度，若过高溶于基体，C过多会使韧性下降，增加脆性，刀具易崩刃，因此本发明专利采用先进的C、N饱和度计算方法来确定合适的C含量，按steven公式计算：

(1)中限平衡C值：

CP＝0.033W+0.063Mo+0.06Cr+0.2V

  ＝1.129

(2)中限C、N饱和度值：

$\mathrm{Ac},N=\frac{\mathrm{Cs}+N}{\mathrm{Cp}}=1.054$

从而确定本发明钢号C含量范围在1.00-1.20％，在此范围内可保证有足够的一次、二次碳化物，确保钢的硬度、红硬性、高温硬度、耐磨性、韧性等综合性能良好。

(四)具体实施方案

下面举例对本发明作更详细的描述：

按照下表所列成分范围配制原料：

钢号	C	W	Mo	Cr	V	Si	Mn	N
									YLHSSW7	1.00/1.20	6.50/7.50	3.50/5.00	3.50/4.50	1.60/2.20	0.60/1.20	0.20/0.60	0.04/0.10

原料配制好之后，按照电弧炉冶炼的方法冶炼制成超硬型高速钢。

Claims (1)

1、一种无Co超硬型高速钢，其特征是：它的重量比组成为：碳1.00-1.20、钨6.50-7.50、钼3.50-5.00、铬3.50-4.50、钒1.60-2.20、硅0.60-1.20、锰0.20-0.60、氮0.04-0.10和余量的铁。