专利名称：一种高耐磨性铸造高速钢的制作方法
技术领域：
本发明属于高碳、高钒、高铬型铸造用高速钢，适用于大型耐磨件、复合轧辊工作层。
本发明W和Mo主要合金元素按W当量＝W+2Mo≥12……(1)进行加入，加入量不应低于12，符合通用高速工具钢规则。为保证W、Mo、Cr、V和Nb形成碳化物元素，形成足够的碳化物及基体有一定量的碳含量，碳加入量不符合C当量＝0.033W+0.063Mo+0.06Cr+0.2V+0.112Nb……(2)计算规则，高于定比碳规则，与通用高速工具钢不同。通用高速工具钢采用大变形量变形，以破碎粗大共晶碳化物，经高温淬火，碳化物大部分溶解，再经高温回火，提高回火硬度。本发明是一种铸造高速钢，在快速冷却过程中，碳化物析出迅速，来不及聚集长大，形成细小、均匀分布的颗粒状碳化物。本发明碳含量高，熔点降低，所以淬火温度低于通常高速工具钢50-200℃。例如通用W6Mo5Cr4V2的M2及中国专利90103207低合金高性能高速钢均属于变形高速钢，与本发明相比合金成分不同，生产工艺不同，热处理制度不同，而且用途截然不同。
本发明的目的在于提供一种具有高耐磨性高红硬性，综合性能良好的铸造高速钢，可用于耐磨铸件及轧辊复合用材。
基于上述目的，本发明的具体化学成分(重量％)如下C 1.8-4.2％，W2-12％，Mo 3-12％，Cr 4-15％，Co 0-10％，V 2.5-10％，Nb 0.3-2.5％，Si 0.5-1.5％，Mn0.3-0.8％，Al 0.2-0.6％，N 0.02-0.10％，S≤0.03％，P≤0.03％，其余为Fe。
本发明特点高碳、高钒、高铬型铸造用高速钢，适用于大型耐磨件、复合轧辊工作层。本发明加入大量W、Mo、Cr及V和Nb碳化物形成元素，碳含量除形成足够数量的碳化物外，基体仍有过剩碳，增加回火硬度。大量的碳化物及基体的高硬度是提高耐磨性的重要因素。基体有一定的W、Mo含量及加入Co，可以提高红硬性。高速钢中碳化物的颗粒的形态、大小及分布是决定高速钢性能的重要因素。本发明中碳含量高，合金化元素高，通常铸造工艺难以控制碳化物形态大小和分布。本发明在铸造过程中，采用快速连续冷却工艺，获得细小的呈颗粒状MC及细小r+MC共晶体，使耐磨性达到最佳效果。
V和Nb是强碳化物形成元素，生成的碳化物极为稳定。在高碳的条件下，往往以先共析相析出，将对奥氏体均匀化产生影响。在快速冷却条件下，往往呈颗粒状存在，这是减少连续粗大共晶碳化物的有利条件。在有Nb存在的条件下，Nb是VC碳化物成核的核心，促进形成颗粒状碳化物的元素。在进行离心复合的条件下，往往因r相与VC相的比重相差较大，易形成比重偏析。加入Nb，增加VC的比重，减少偏析。
W和Mo是强化基体和形成碳化物元素，是高速钢中不可缺少的元素。W和Mo在高速钢中的强化作用相同，Mo比W强化效果高1倍。因此，在成分设计上Mo大于W，两种元素共同加入，起到复合强化的效果。两种元素都是促进形成γ+碳化物的共晶碳化物生成元素。因铸造高速钢，不通过变形和热处理改善碳化物，所以W和Mo含量，尽可能控制低含量。
Co是非碳化物形成元素，形成连续固溶体，提高高速钢的红硬性。由于在高速钢表面形成致密均匀的薄膜，不易剥落，是提高轧材表面质量不可替代的元素。
Cr是高速钢不可缺少的元素，通常加入4％就足以达到淬透性和抗氧化的要求。本发明碳含量高，为减少r+MC共晶碳化物W、Mo含量进行控制，为此，提高Cr量可以有效的生成M7C3，提高回火硬度，对耐磨性起到良好作用。在高碳、高钒的条件下，对提高抗氧化性能起到良好的作用。
Si是非碳化物形成元素，Si与C一样增加钢液的流动性，提高铸造性能。
Al是强脱氧剂，残留在钢中。
N可作为浇注时的保护气氛或在大气中冶炼，残留在钢液中。
在Al和N共存的情况下，易形成弥散的AlN，对细化组织和提高耐磨性是有益的。
本发明成分设计的综合结果，珠光体和贝氏体转变分为两个区，曲线右移，可在空冷条件下，获得马氏体组织。MS马氏体点＞100℃，残余奥氏体含量不超过10％。热处理后最终组织为回火马氏体，碳化物总含量＞20％，残余奥氏体＜10％。
本发明的制造工艺生产工艺可采用加速冷却的离心铸造工艺。比重偏析不可避免，解决的途径是增加Nb含量，以提高VC的重量、减少偏析。最佳复合工艺被称作连续复合技术，是一种在水冷结晶中不断注入钢水，并不断从结晶器中抽取，这种不断冷凝不断抽出的工艺，由于冷却速度大，可获得无偏析的、均匀分布的颗粒细小的MC及其细小的共晶碳化物，提高使用寿命。
热处理制度1000-1150℃×2h淬火 空冷450-580℃×1h回火，空冷，三次与现有技术相比，本发明的优点在于它属于一种高碳、高钒、高铬型铸造高速钢，铸造性能良好，耐磨性好。获得良好的组织和性能，取决于铸铸造工艺的冷却速度。适用于制造大型耐磨件、复合轧辊的工作层。
实施例根据本发明所设计的化学成分范围进行配料，先后冶炼了8炉钢，其具体的化学成分如表1所示。冶炼后采用离心铸造或连续复合技术，获得高耐磨性铸件，其具体热处理制度及性能如表2所示。
从试验结果看出，本发明的综合性能良好，能够获得非连续的颗粒状碳化物，耐磨性能高，红硬性良好。用本发明高速钢，用作复合轧辊工作层，比通用的高铬铸铁耐磨性能高5倍以上。表1实施例的化学成分(重量％)
表2本发明热处理制度及性能
权利要求
1.一种高耐磨性铸造高速钢，其特征在于它的具体化学成分(重量％)为C 1.8-4.2％，W 2-12％，Mo 3-12％，Cr 4-15％，Co 0-10％，V 2.5-10％，Nb 0.3-2.5％，Si 0.5-1.5％，Mn 0.3-0.8％，Al 0.2-0.6％，N 0.02-0.10％，S≤0.03％，P≤0.03％，其余为Fe。
全文摘要
一种高耐磨性铸造高速钢,适用于大型耐磨件、复合轧辊工作层。其特点是它的具体化学成分(重量%)如下:C1.8—4.2%,W2—12%,Mo3—12%,Cr4—15%,Co0—10%,V2.5—10%,Nb0.3—2.5%,Si0.5—1.5%,Mn0.3—0.8%,Al0.2—0.6%,N0.02—0.10%,S≤0.03%,P≤0.03%,其余为Fe,本发明特点是一种高碳、高钒、高铬型铸造高速钢,铸造性能良好,耐磨及红硬性好。
文档编号C22C38/36GK1264749SQ0010322
公开日2000年8月30日 申请日期2000年3月24日 优先权日2000年3月24日
发明者杨国明, 贾天聪, 王溪 申请人:冶金工业部钢铁研究总院