专利名称：：高硬度高耐磨粉末冶金高速钢的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种高性能高速钢，尤其是一种采用粉末冶金方法制造的含A1的高硬度高耐磨粉末冶金髙速钢。
背景技术：
：粉末冶金高速钢的研究开发始于1965年，并于20世纪70年代由美国Crucible厂和瑞典Stora厂(现属法国Erasteel公司)相继投入工业性生产，主要工艺路线釆用的是"气雾化制粉+HIP热等静压成型+精锻"技术。粉末冶金工艺生产的高速钢可去除钢中几乎所有杂质，进一步提高材料軔性，显著改善刀具的抗崩刃能力，其不仅解决了传统冶金工艺中存在的碳化物组织粗大问题，而且还开辟了一条一般铸锻工艺难于或不可能生产的超高合金含量的高速钢的新途径。目前，国外有代表性的粉末冶金高速钢生产企业有3~5家，处于领先水平的生产厂有法囯Erasteel和奥地利Bohler公司，其代表性产品有法国Erasteel公司的ASP2030、ASP2060、ASP2080和奥地利Bohler公司的S390、S290等。在国内"六五"期间钢铁研究总院曾研制了T15粉末冶金高速钢钢锭，使我国在粉末冶金高速钢生产方面取得一定进展，后来也有不少研究单位进行了粉末高速钢的研究工作，但性能还是达不到相应要求。随着我国工业现代化技术的迅猛发展，尤其在航空、航天、轮船、汽轮机、汽车等制造业在加工制造方面不仅需要大型的、整体性和复杂形状的刀具，而且不断发展的高速切削技术和曰益增多的难加工特种材料，对刀具材料的性能等也提出了愈来愈高的要求。由于粉末冶金高速钢中碳化物颗粒细小且分布均匀，因此与碳化物含量相同的普通高速钢相比，其强韌性大大提高。凭借这一优势，粉末冶金高速钢刀具非常适合用于切削冲击大和金属切除率高的加工场合(如挠曲切削、断续切削等)。此外，由于粉末冶金高速钢的强軔性不会因金属碳化物含量的增加而削弱，因此钢材生产商可以在钢中添加大量合金元素，以提高刀具材料的性能。中国发明专利ZL98121315.4(公告号为CN1215091)公开了一种高硬度粉末冶金高速钢件，该钢件的基本组成以重量％包括2.4-3.9的碳、0.8以下的锰、0.8以下的珪、3.75~4.75的铬、9.0~11.5的鸽、4.75~10.75的钼、4.0~10.0的钒和8.5~16.0的钴以及任选的2.0~4.0的铌，釆用该技术方案，使生产的高速钢件具有高硬度和高耐磨性，但由于本技术方案中，釆用了高含量的贵金属元素钴(8.5-16.0%)，使得该钢件的成本大幅提高，因此，导致该粉末冶金高速钢价格较贵，一般约为普通高速钢的25倍，因此，该类似技术的粉末冶金高速钢还得不到全面推广。
发明内容为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种在充分利用资源、有效的降低成本基础上，具有高硬度、高耐磨性的粉末冶金高速钢。为实现上述发明目的，本发明的高硬度高耐磨粉末冶金高速钢，其通过粉末冶金法制备，其具有下列的化学组分，以重量％计，含有C:l~2.5，Si:0~1.2,Cr:3.5~4.5,Mo:2~5,V:2~5,W:6~12,Nb:0~l，Mn:O-O.8,Co:0~5,Al:O.2~1.5，佘量为铁和杂质。作为上述方案的化学组分优选配比，所述的化学组分以重量％计，含有C:1.7~1.9，Si:0.9~1.1，Cr:3.8~4.2，Mo:2.5~3.5，V:2.5~4.9，W:11—12,Nb:O.4~0.8,Mn:0—0.8，Co:0—5.0,Al:O.4~1.4，余量为铁和杂质。上述的Al所占优选重量百分比为0.7~1.3。上述的Al所占最佳重量百分比为1.2。釆用上述技术方案，其效果如下1、钴、铝都是非碳化物形成元素，都能提高钢的相变点及在回火时析出弥散碳化物的量，对钢的耐热性有非常明显的作用。但钴会降低钢的冷、热塑性而增加脆性，并且价格昂贵，所以在本发明中加入部分A1用于完全或部分替代昂贵的CO以降低成本，同时会对钢的冷、热塑性及軔性有利。铝增加了碳在奥氏体中的活度，从而有利于碳原子的偏聚，进而增加了碳化物的形核率，提高了钢在回火时析出的弥散碳化物的数量，最终提高二次硬化效果，另一方面铝与铁及合金元素有较强的交互作用，可降低W、Mo、Cr、V等合金元素在奥氏体中的活度，从而降低合金元素在奥氏体中的扩散系数，也就降低了碳化物的长大速度，阻止了碳化物的长大，最终提高了钢的红硬性。但铝的加入也不能过量，过多的4吕会增加钢的混晶倾向性同时增多游离铁素体，从而影响到钢的最终组织降低了刀具的使用寿命。因此，基于上述考虑，本发明中铝含量在0.2~1.5%,优选重量百分比含量为0.7~1.3%，最佳重量百分比含量为1.2%;2、钨、钼都是高速钢形成碳化物的主要元素，其主要作用是形成一定数量难以溶解的一次碳化物，使钢可接受近熔点的高温淬火，并且提高钢的耐磨性，并形成足够量的二次碳化物，通过高温固溶淬火获得高W(Mo)的马氏体，后者回火时，W(Mo)所形成的M2C及MC的脱溶是二次硬化和红硬性的主要因素。但钨、钼有着各自的特点，本专利利用钨钢较高熔点及碳化钨较高硬度，选择较高钨含量来提高本钢种的过热敏感性、抗脱碳性、红硬性及耐磨性，选择较低的钼含量，在增加钢的淬透性的同时，可降低Mo对钢的过热敏感性和脱碳倾向性。因此，基于上述考虑，本发明中锡含量在6~12%、钼含量在2.5~3.5%，优选锡含量在11~12%。3、钒、铌在高速钢中都形成非常稳定的碳化物，其主要作用是提高了钢的耐磨性、红硬性，改善回火稳定性并产生二次硬化作用。普通铸锻高速钢钒一般在1—3%，而用粉末冶金方法制造的高速钢钒(或钒+铌)含量可到5%也不太影响可磨削性，基于上述考虑，本发明中钒含量在2~5%,优选含量在4~5%。而铌及铌的碳化物熔点较钒及钒的碳化物高，加入少量的铌除可以提高耐磨性，还能阻止晶粒长大，因此，本发明中铌含量在01.0%,优选含量为0.4~0.8%。4、铬在本发明的高速钢中，主要是提高淬透性和回火硬度，以及增加抗氧化及抗腐蚀能力，但其也会降低高速钢热塑性、冷塑性和热处理后的抗弯强度。因此，本发明铬含量3.5~4.5%。5、碳为高速钢中的基本元素，对其性能的影响极为显著。它和高速钢中的碳化物形成元素形成各种合金碳化物，而赋予高速钢各项性能最基本的影响。当高速钢中含碳量过低时，会出现一定数量的铁素体，使钢硬度大大降低，碳量不足时，碳化物数量也相应减少，使钢的耐磨性能和切削性能都要降低。反之含碳量过高，则会使钢的塑性、韧性降低，锻造性能变坏，而且使淬火加热时，易产生各种不良组织，造成钢的各项性能下降。所以碳含量的选择应根据碳化物形成元素含量进行选择，即根据合金化原理，C=0.033W+0.063Mo+0.060Cr+0.2V+0.13Nb,进行碳含量控制，有效的发挥合金元素的作用，如本发明的一个优选实施方案中，碳含量在1.7~1.9%。本发明的高硬度高耐磨粉末冶金高速钢采用采用常规的粉末冶金工艺进行制备。即高速钢返回料、工业纯铁、铝块、鵠铁、钼铁、铬铁、钒铁、铌铁、钴等，经1.5吨中频+电渣重熔(或炉外精炼)—母合金—真空气雾化—包套—热等静压一精锻机锻打—精整—小100mm圆钢即为成品材。图l是本发明实施例一形成的500倍碳化物形貌；图2是本发明实施例一形成的IOOO倍碳化物形貌。具体实施例方式<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>在制备过程中，将上述原料按相应含量选去后，经1.5吨中频+电渣重熔(或炉外精炼)—母合金—真空气雾化—包套—热等静压—精锻机锻打—精整—小100mm圆钢即为成品材。其中，精锻机锻造加热温度113(Tll6(TC，最适宜锻造温度950—1050°C,锻后应缓慢冷却，退火应加热到90(TC保温4小时后以小于2(TC/小时的速度降至72(TC，炉冷，退火硬度最大300HB。对于实施例一形成碳化物形貌如图1、图2所示，其碳化物分布均勾而且细小，大部分碳化物在l3)am之间，最大6um。对上述实施例试样经盐洛热处理后，检验结果如下(其中，红硬性实验为淬回火试样在60(TC保温4小时后冷到室温的洛氏硬度。)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>以上结果表明，釆用本技术方案的高硬度高耐磨粉末冶金高速钢，其淬回火硬度在67.5HRC以上，红硬性及耐磨性较好，制备的d)100圆钢抗弯强度较强，成本较低。权利要求1、一种高硬度高耐磨粉末冶金高速钢，其通过粉末冶金法制备，其特征在于其具有下列的化学组分，以重量％计，含有C1～2.5，Si0～1.2，Cr3.5～4.5，Mo2～5，V2～5，W6～12，Nb0～1，Mn0～0.8，Co0～5，Al0.2～1.5，余量为铁和杂质。2、根据权利要求l所述的高硬度高耐磨粉末冶金高速钢，其特征在于所述的化学组分以重量％计，含有C:1,7~1.9，Si:0.9~1.1，Cr:3.8~4.2,Mo:2.5~3.5,V:2.5~4.9,W:ll~12，Nb:O.4~0.8，Mn:0~0.8,Co:0~5.0，Al:O.4~1.4,余量为铁和杂质。3、根据权利要求1或2所述的高硬度高耐磨粉末冶金高速钢，其特征在于所述的Al所占重量百分比为0.7-1.3。4、根据权利要求3所述的高硬度高耐磨粉末冶金高速钢，其特征在于所述的Al所占重量百分比为1.2。全文摘要本发明涉及一种高性能高速钢，尤其是一种采用粉末冶金方法制造的含Al的高硬度高耐磨粉末冶金高速钢。该高速钢由C、Si、Cr、Mo、V、W、Nb、Mn、Co、Al及铁和杂质组成。采用本技术方案制备的高速钢，淬回火硬度在67.5HRC以上，红硬性及耐磨性较好，抗弯强度较强，成本较低。文档编号C22C38/26GK101586214SQ20091007456公开日2009年11月25日申请日期2009年6月29日优先权日2009年6月29日发明者吴立志,方玉诚,伟郑,金成海申请人:河冶科技股份有限公司