专利名称：一种提高m42高速钢综合性能的工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种钢的工艺方法，具体涉及一种提高M42高速钢综合性能的工艺方法。
背景技术：
M42钢是一种超硬高速工具钢，其强韧性和可加工性比硬质合金等超硬材料高出一个档次，主要用于制作切削难加工材料(如各种耐热、耐蚀合金等)的工具，如深孔钻、拉刀、丝锥、铣刀、滚刀等。过去，我国不少厂家在采用高速钢制作特殊性能工具时，大多从日本、奥地利等国进口，进口高速钢均匀性好，但价格较为昂贵。近年来，国内已有部分厂家开始生产高速钢，并在部分用户中使用，其工艺方法为中频冶炼——电渣重熔——锻造成材或坯——轧制成材。但国内厂家生产的各种高速钢的性能不及进口高速钢，主要反映在工具的使用寿命与进口材相比存在较大差距。据上海工具公司所作的对比测试，国产通用高速钢寿命仅为进口材的60％左右，主要是淬回火硬度不均，进口材同一规格的硬度差值为HRC0.5～1，国产材的硬度差值为HRC1～2。国内同行也在进行该方面的研究，以期在使用寿命上使国产高速钢接近或达到进口高速钢的水平，以减少高性能高速钢的进口量，节约外汇，但效果并不是十分明显。
发明内容
针对现有M42高速钢工艺方法存在的上述不足，本发明的目的是提供一种能显著提高M42高速钢综合性能的冶炼工艺方法。
本发明的目的是这样实现的
一种提高M42高速钢综合性能的工艺方法，主要在成份控制方面将硅控制在中上限，钴控制在下限，同时加微量氮元素进行微合金化，并且在出钢前和出钢中特殊成分的加入上进行了改进，具体说来1、配料时，将硅的含量控制在占配料成分总重量的0.5％-0.55％，将钴的含量控制在占配料成分总重量的7.9％-8.1％，同时在钢中加入氮元素进行微合金化，使钢中氮含量为250-800ppm；2、出钢前，先在炉内加入占总加入量65％-80％的复合脱氧剂，复合脱氧剂的总加入量为2-5Kg/每吨钢；然后再在炉内加入占总加入量40％-60％的稀土元素，稀土元素的总加入量为配料成分总重量的0.05％-0.20％，计算时，稀土元素不包括在配料中；3、出钢中，按先加复合脱氧剂后加稀土元素的顺序将剩余的20％-35％的复合脱氧剂和剩余的40％-60％的稀土元素加入钢包内。
所述复合脱氧剂为SiAlBaCa或由主要成分分别含有Si、Al、Ba和Ca的四种物质中的任何两种或两种以上组合而成的混合物。所述稀土元素为铈或钇或混合稀土。
本发明通过在配料时改变硅、钴和氮的加入量，同时在出钢前、出钢中加入适量复合脱氧剂和稀土，进行微合金化以及脱氧和孕育处理，提高M42钢的纯净度，净化晶界，改善结晶组织，细化碳化物。与原工艺方法相比，按本工艺方法生产的M42高速钢其质量和使用性能明显提高。即使与进口材相比，在淬回火硬度值、红硬性、杂质元素含量和碳化物颗粒度等主要指标上也毫不逊色，甚至在个别方面还优于进口材。因此，按本工艺制造出的高速钢加工而成的切削工具，使用寿命能显著提高。
具体实施例方式
本发明的改进点主要在三方面体现1、配料时，将硅和钴的含量分别控制在占配料成分总重量的0.5％-0.55％和7.9％-8.1％，同时在钢中加入微量氮进行微合金化，将钢中氮含量提高到300-500ppm；2、在出钢前和出钢中，加入不同量的复合脱氧剂，以改善高速钢的铸态组织，净化钢的基体；3、在出钢前和出钢中，加入适量的稀土元素，以改善高速钢铸锭的铸态组织，从而改善高速钢的热塑性和大断面材的韧性。通过上述三方面的共同改进，使M42高速钢综合性能得以明显提升。
以下结合具体实施例对本发明的生产工艺进行详细说明。
实施例1一种提高M42高速钢综合性能的工艺方法，(1)、配料时，将硅的含量控制在占配料成分总重量的0.5％，将钴的含量控制在占配料成分总重量的7.9％，同时在钢中加入微量氮进行微合金化，使钢中氮含量由传统的150ppm左右提高到800ppm；(2)、出钢前，先在炉内加入占总加入量80％的复合脱氧剂SiAlBaCa，本实施例中复合脱氧剂SiAlBaCa的总加入量为4Kg/每吨钢，即出钢前，先在炉内加入3.2Kg复合脱氧剂SiAlBaCa/每吨钢；然后再在炉内加入占总加入量50％的稀土元素铈，本实施例中铈的总加入量为配料成分总重量的0.10％，即加入复合脱氧剂后再加入占配料成分总重量0.050％的稀土元素铈；(3)、出钢中，将剩余的20％的复合脱氧剂SiAlBaCa(即0.8KgSiAlBaCa/每吨钢)和剩余的50％的稀土元素铈(占配料成分总重量的0.050％)依次加入钢包内。
实施例2一种提高M42高速钢综合性能的工艺方法，(1)、配料时，将硅的含量控制在占配料成分总重量的0.55％，将钴的含量控制在占配料成分总重量的8.1％，同时在钢中加入微量氮进行微合金化，使钢中氮含量为400ppm；(2)、出钢前，先在炉内加入占总加入量70％的复合脱氧剂SiAlBaCa，复合脱氧剂SiAlBaCa的总加入量为5Kg/每吨钢；然后再在炉内加入占总加入量40％的稀土元素钇，钇的总加入量为配料成分总重量的0.20％；(3)、出钢中，将剩余的30％的复合脱氧剂SiAlBaCa和剩余的60％的稀土元素钇依次加入钢包内。
实施例3一种提高M42高速钢综合性能的工艺方法，(1)、配料时，将硅的含量控制在占配料成分总重量的0.52％，将钴的含量控制在占配料成分总重量的8.0％，同时在钢中加入微量氮进行微合金化，使钢中氮含量由传统的150ppm左右提高到250ppm。
(2)、出钢前，先在炉内加入占总加入量65％的复合脱氧剂SiAlBaCa，SiAlBaCa的总加入量为2Kg/每吨钢；然后再在炉内加入占总加入量60％的稀土元素铈，铈的总加入量为配料成分总重量的0.05％；(3)、出钢中，将剩余的35％的复合脱氧剂SiAlBaCa和剩余的40％的稀土元素铈依次加入钢包内。
上述工艺中，加氮的作用是提高高速钢的抗拉强度，二次硬度和红硬性。
复合脱氧剂的作用是对钢水进行孕育处理和终脱氧，改善高速钢的铸态组织，净化钢的基体。除了上述实施例的SiAlBaCa外，它还可以是由主要成分含有Si、主要成分含有Al、主要成分含有Ba和主要成分含有Ca的这四种物质中的任何两种或两种以上组合而成的混合物，如主要成分含有Si和主要成分含有Al的这两种物质形成的混合物，主要成分含有Si和主要成分含有Ca的这两种物质形成的混合物，主要成分含有Si、主要成分含有Ba和主要成分含有Al的这三种物质形成的混合物等。
稀土元素的作用是对钢进行孕育处理，它能显著改善高速钢铸锭的铸态组织，净化晶界，从而改善高速钢的热塑性和大断面材的韧性。同时稀土还有强化晶界的作用。稀土元素除了上述的铈、钇外，还可以是混合稀土。
本工艺生产的M42高速钢与采用原工艺生产的M42高速钢相比，质量和使用性能明显提高，与进口材奥地利伯乐M42高速钢相比，质量也不相上下。
以下为按本工艺生产的M42高速钢与进口材奥地利伯乐M42高速钢的一些主要技术指标之间的比较。
1.淬回火硬度比较按本工艺生产的M42钢与奥地利伯乐公司的M42钢在1170℃和1190℃淬火，在540℃回火条件下的淬回火硬度见表1。
表1 本发明M42高速钢与伯乐M42高速钢的淬回火硬度比较
2.红硬性比较按本工艺生产的M42高速钢与奥地利伯乐公司生产的M42高速钢在625℃补充回火四小时后的红硬性见表2。
表2 本发明M42高速钢与伯乐M42高速钢的红硬性比较
3.非金属夹杂物对孕育处理前的M42钢与孕育处理后的M42钢中非金属夹杂物进行了测试，测试结果见表3。
表3 M42钢原工艺与孕育处理和使用复合脱氧剂后钢中的非金属夹杂物比较
4.杂质元素含量比较按本工艺生产的M42钢与奥地利伯乐公司生产的M42钢中杂质元素的比较见表4。
表4 伯乐M42与本发明M42杂质元素检测结果
5.碳化物颗粒度本发明生产的M42(65.5×28)拉刀坯与伯乐进口M42材生产的拉刀坯(65.5×28)的共晶碳化物不均匀度级别与碳化物颗粒的对比见表5。
表5本发明生产拉刀坯与伯乐材生产拉刀坯的碳化物颗粒度
通过比较可得出如下结论(1)本发明生产的M42高速钢在1170℃淬火，540℃回火时的淬回火硬度值比伯乐材略高，在1190℃淬火，540℃回火时的硬度值相同，因此可以说，本发明的M42钢与伯乐M42钢在以上两种淬火温度下的硬度值相当。(2)在1170℃+540℃+625℃×4h的条件下，本发明M42钢的红硬性略高于伯乐M42钢。(3)As、Pb、Sb、Bi四元素，伯乐M42钢与本发明M42钢没有什么差别，而Ni元素伯乐材比本发明高一倍多，Sn、Cu两元素含量伯乐材也比本发明材高出许多，这说明本发明生产的M42钢在材质的纯净度方面并不比进口材差。(4)从碳化物颗粒度的情况可以看出，在较小尺寸的颗粒碳化物，伯乐材普遍比本发明材小1um，中等尺寸颗粒两家完全一样，而最大颗粒碳化物伯乐M42比本发明M42大。由此可见，按本发明提供的工艺方法生产的M42高速钢其综合性能已大大改进。
权利要求
1.一种提高M42高速钢综合性能的工艺方法，其特征在于(1)、配料时，将硅的含量控制在占配料成分总重量的0.5％-0.55％，将钴的含量控制在占配料成分总重量的7.9％-8.1％，同时在钢中加入氮元素进行微合金化，使钢中氮含量为250-800ppm；(2)、出钢前，先在炉内加入占总加入量65％-80％的复合脱氧剂，复合脱氧剂的总加入量为2-5Kg/每吨钢；然后再在炉内加入占总加入量40％-60％的稀土元素，稀土元素的总加入量为配料成分总重量的0.05％-0.20％；(3)、出钢中，按先加复合脱氧剂后加稀土元素的顺序将剩余的20％-35％的复合脱氧剂和剩余的40％-60％的稀土元素加入钢包内。
2.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于所述复合脱氧剂为SiAlBaCa或由主要成分分别含有Si、Al、Ba和Ca的四种物质中的任何两种或两种以上组合而成的混合物。
3.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于所述稀土元素为铈或钇。
全文摘要
本发明公开了一种提高M42高速钢综合性能的工艺方法，主要在配料方面将硅、钴分别控制在占配料成分总重量的0.5％－0.55％和7.9％－8.1％，同时使钢中氮含量为250－800ppm；并且在出钢前和出钢中分别加入一定量的复合脱氧剂和稀土元素。通过以上手段进行微合金化以及脱氧和孕育处理，能提高M42钢的纯净度，净化晶界，改善结晶组织，细化碳化物。按本工艺方法生产的M42高速钢其质量和使用性能明显提高。即使与进口材相比，在淬回火硬度值、红硬性、杂质元素含量和碳化物颗粒度等主要指标上也毫不逊色。因此，按本工艺制造出的高速钢加工而成的切削工具，使用寿命能显著提高。
文档编号C21C7/06GK1904107SQ20061009500
公开日2007年1月31日 申请日期2006年7月31日 优先权日2006年7月31日
发明者邹宗跃, 王周树, 李荣之, 祝吉海, 王渝 申请人:重庆钢铁(集团)有限责任公司