专利名称：一种高钒高速钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种耐磨金属材料，更具体地涉及一种高钒高速钢。
背景技术：
高速钢是高速工具钢的简称，是一种成分复杂的化合物，高速钢除含有高的碳量夕卜,还有大量的W、Cr、V、Mo等合金成分；合金和碳元素形成了大量的碳化物，使高速钢具有高硬度、高红硬性、高耐磨性和足够的韧性，极大地提高了其切削速度，高速钢的发明使切削中碳钢的速度由8m/min提高到大约30m/min ;因此带来了机床工具行业的革命。随着被加工材料的不断变化及生产加工的需要，人们不断改变高速钢的成分，先、后出现了钴高速钢、高钥高速钢Ml、钨钥高速钢M2、高碳高钒高速钢、加硫易切削高速钢、超硬高速钢M40系列。目前，高速钢常用于钻头、丝锥、锯条以及滚刀、插齿刀、拉刀等精密工具，尤其适用于制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具。高钒高速钢是近十多年来出现的一种新钢种，高钒高速钢不含W，同时加大碳元素的含量，形成VC和V4C3,使高速钢得到高的硬度和耐磨性。高钒高速钢以钒为主要添加元素，辅以铬钥等其他合金元素，充分利用钒碳化合物(VC)硬度高、形态好的特点来提高材料的韧性及耐磨性。作为新一代耐磨材料，高钒高速钢目前已被用于生产轧辊、锤头、球磨机衬板和转子体等多种耐磨件。实践证明，高钒耐磨合金的韧性比高铬铸铁高，耐磨性是高铬铸铁的3倍以上，裂纹敏感性比高铬铸铁低，性能价格比也高，具有广泛的推广应用前景，势必替代高铬铸铁，成为新一代高耐磨材料的主流。该合金可大大提高耐磨部件的使用寿命和主机运行效率，完全可替代各种用于磨料磨损工况的耐磨铸铁类材料。用高钒耐磨合金制造的破碎机锤头、轧钢机导轮、轧辊等，在工程机械、建材、矿山、电力等行业有着广泛应用，社会经济效益显著，对国民经济发展有重要促进作用。
发明内容
本发明的目的提供一种硬度高、耐磨性好的高钒高速钢，本发明所述的高钒高速钢成分质量百分比如下碳(C)2.4%-3. 0%,钒(V)5. 0%_6. 0%,铬(Cr)4. 0%_5. 5%,钥(Mo)4. 0%-6. 0%, If(Ni)0. 5%-l. 0%，铌(Nb) I. 0%-2. 0%，硅(Si)O. 4%-l. 0%，磷(P) < 0. 04%，硫(S) < 0. 04%，余量为铁(Fe)。碳(C)对钢的强度、硬度、淬透性以及耐磨性都有非常重要的影响。碳是形成碳化物的基本元素，碳的含量过低则碳化物少，耐磨性低，但是碳含量太高容易增大材料的脆性，所以碳元素的含量要控制在一定范围，综合比较，碳含量控制在2. 4%-3. 0%。优选地，碳含量控制在2. 5%-2. 8%。钒(V)对高速钢耐磨性的影响最为显著，有利于MC型碳化物的形成，提高钒的含量可获得大量尺寸细小、弥散分布的颗粒状MC型碳化物，从而提高高速钢的耐磨性。本发明的高钒高速钢中的钒含量控制在5. 0%-6. 0%。优选地，钒含量控制在5. 6%-5. 8%。铬(Cr)可以提高钢的淬透性，与碳、铁形成多种化合物(Fe，Cr) 3C，可显著提高耐磨性，同时固溶强化基体，在提高强度和硬度的同时而不降低冲击韧度，是耐磨材料的基本元素之一，同时还具有较强的高温抗氧化、抗脱碳作用。本发明的高钒高速钢中的铬含量控制在4. 0%-5. 5%。优选地，铬含量控制在4. 5%-5. 3%。钥(Mo)在高速钢中能形成足够的二次碳化物，通过高温固溶淬火获得高钥马氏体。同时，钥可以减小碳化物的尺寸，细化组织，从而提高合金耐磨性，本发明的高钒高速钢中的钥含量控制在4. 0%-6. 0%。优选地，钥含量控制在4. 2%-5. 7%。铌(Nb)是一种强烈促进MC相形成的元素，添加铌的目的在于用铌取代钒参与MC型碳化物的形成，迫使钒固溶在基体组织中，以提高材料的二次硬化能力。钒、铌加入后，能明显提高亚共晶成分高速钢的耐磨性。本发明的高钒高速钢中的铌含量控制在I. 0%-2. 0%。优选地，铌含量控制在I. 4%-1. 9%。镍(Ni)能提高钢的强度，而不降低其塑性，改善钢的低温韧性，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性，同时扩大奥氏体相区，是奥氏体化的有效元素，本发明的高钒高速钢中的镍含量为0. 5%-1. 0%。优选地，镍含量控制在0. 6%-0. 8%。硅(Si )能强化铁素体，提高钢的强度和硬度，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性，增加钢的回火稳定性，提高钢的耐热性。和铬、钥结合，能够提高钢的抗腐蚀性和抗氧化性，本发明的高钒高速钢中的硅含量为0. 4%-1. 0%。优选地，硅含量控制在0. 6%-0. 8%。硫(S)和磷(P)均是钢中的有害元素，其含量均要求< 0.04%。本发明提供的高钒高速钢，增加了钥和钒的含量以取代钨元素增加高速钢的淬透性和耐磨性，同时又满足了其力学的性能要求。本发明中的高钒高速钢制备过程如下利用IOOkg中频感应电炉进行熔炼，所用炉料为已经称量好的废钢和生铁，当温度达到1420°C时候加入铬铁、硅铁，待钢液温度达到1520°C时，加入钥铁、Ni和铌铁，1560°C时候加入钒铁，目的是为了减少烧损，搅拌，按Ikg铝条/吨钢液的量插入铝条进行脱氧；将稀土元素铈放在浇包内对钢液进行孕育，出钢液时温度不低于1560°C，当温度维持在1450-1480°C时，可以在离心机上直接浇注成轧辊。根据其实际的应用效果，其硬度值为62-66HRC，冲击韧性值14-18J / cm2，抗拉强度950-1 IOOMPa。其硬度高、组织致密，耐磨性能优良。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明作进一步描述实施例I利用IOOkg中频感应电炉进行熔炼，所用炉料为已经称量好的废钢和生铁，当温度达到1420°C时候加入铬铁、硅铁，待钢液温度达到1520°C时，加入钥铁、Ni和铌铁，1560°C时候加入钒铁，目的是为了减少烧损，搅拌，按Ikg铝条/吨钢液的量插入铝条进行脱氧；将稀土元素铈放在浇包内对钢液进行孕育，出钢液时温度不低于1560°C，当温度维持在1450-1480°C时，可在离心机上直接浇注成轧辊。浇注后的铸件需要进行热处理，其热处理工艺为1000-1050°C高温淬火，480-530°C回火。轧辊组织致密，无裂纹，耐磨性达到高铬铸铁的4. 6倍，经检测，其硬度值为64HRC，冲击韧性值15-17J / cm2，抗拉强度960-1000MPa，力学性能符合使用要求，其化学成分如表I所示。实施例2利用IOOkg中频感应电炉进行熔炼，所用炉料为已经称量好的废钢和生铁，当温度达到1420°C时候加入铬铁、硅铁，待钢液温度达到1520°C时，加入钥铁、Ni和铌铁，1560°C时候加入钒铁，目的是为了减少烧损，搅拌，按Ikg铝条/吨钢液的量插入铝条进行脱氧；将稀土元素铈放在浇包内对钢液进行孕育，出钢液时温度不低于1560°C，当温度维持在1450-1480°C时，可在离心机上直接浇注成轧辊。浇注后的铸件需要进行热处理，其热处理工艺为1000-1050°C高温淬火，480-530°C回火。轧辊组织致密，无裂纹，耐磨性达到高铬铸铁的4. I倍，经检测，其硬度值为66HRC，冲击韧性值14-16J / cm2，抗拉强度1020-1080MPa，力学性能符合使用要求，其化学成分如表I所示。实施例3利用IOOkg中频感应电炉进行熔炼，所用炉料为已经称量好的废钢和生铁，当 温度达到1420°C时候加入铬铁、硅铁，待钢液温度达到1520°C时，加入钥铁、Ni和铌铁，1560°C时候加入钒铁，目的是为了减少烧损，搅拌，按Ikg铝条/吨钢液的量插入铝条进行脱氧；将稀土元素铈放在浇包内对钢液进行孕育，出钢液时温度不低于1560°C，当温度维持在1450-1480°C时，可在离心机上直接浇注成轧辊。浇注后的铸件需要进行热处理，其热处理工艺为1000-1050°C高温淬火，480-530°C回火。轧辊组织致密，无裂纹，耐磨性达到高铬铸铁的3. 4倍，经检测，其硬度值为62HRC，冲击韧性值16-18J / cm2，抗拉强度1000-1050MPa，力学性能符合使用要求，其化学成分如表I所示。实施例4利用IOOkg中频感应电炉进行熔炼，所用炉料为已经称量好的废钢和生铁，当温度达到1420°C时候加入铬铁、硅铁，待钢液温度达到1520°C时，加入钥铁、Ni和铌铁，1560°C时候加入钒铁，目的是为了减少烧损，搅拌，按Ikg铝条/吨钢液的量插入铝条进行脱氧；将稀土元素铈放在浇包内对钢液进行孕育，出钢液时温度不低于1560°C，当温度维持在1450-1480°C时，可在离心机上直接浇注成轧辊。浇注后的铸件需要进行热处理，其热处理工艺为1000-1050°C高温淬火，480-530°C回火。轧辊组织致密，无裂纹，耐磨性达到高铬铸铁的3. 8倍，经检测，其硬度值为63. 5HRC，冲击韧性值15. 5_17. 5J / cm2，抗拉强度980-1020MPa，力学性能符合使用要求，其化学成分如表I所示。实施例5利用IOOkg中频感应电炉进行熔炼，所用炉料为已经称量好的废钢和生铁，当温度达到1420°C时候加入铬铁、硅铁，待钢液温度达到1520°C时，加入钥铁、Ni和铌铁，1560°C时候加入钒铁，目的是为了减少烧损，搅拌，按Ikg铝条/吨钢液的量插入铝条进行脱氧；将稀土元素铈放在浇包内对钢液进行孕育，出钢液时温度不低于1560°C，当温度维持在1450-1480°C时，可在离心机上直接浇注成轧辊。浇注后的铸件需要进行热处理，其热处理工艺为1000-1050°C高温淬火，480-530°C回火。轧辊组织致密，无裂纹，耐磨性达到高铬铸铁的4. 3倍，经检测，其硬度值为64. 5HRC,冲击韧性值14. 5-16. 5J / cm2,抗拉强度1040-1100MPa，力学性能符合使用要求，其化学成分如表I所示。表I高钒耐磨钢化学成分(重量％)
权利要求
1.一种高钒高速钢，其成分质量百分比如下 碳 2. 4%-3. 0%,钒 5. 0%-6. 0%,铬 4. 0%-5. 5%,钥 4. 0%-6. 0%,镍 0. 5%-1. 0%,铌I.0%-2. 0%，硅 0. 4%-1. 0%，磷< 0. 04%，硫< 0. 04%，余量为铁。
2.根据权利要求I所述的高钒高速钢，其中碳含量为2.5%-2. 8%。
3.根据权利要求I所述的高钒高速钢，其中钒含量为5.6%-5. 8%。
4.根据权利要求I所述的高钒高速钢，其中铬含量为4.5%-5. 3%。
5.根据权利要求I所述的高钒高速钢，其中钥含量为4.2%-5. 7%。
6.根据权利要求I所述的高钒高速钢，其中镍含量为0.6%-0. 8%。
7.根据权利要求I所述的高钒高速钢，其中铌含量为I.4%-1. 9%。
8.根据权利要求I所述的高钒高速钢，其中硅含量为0.6%-0. 8%。
全文摘要
本发明涉及一种高钒高速钢，其成分质量百分比为碳(C)2.4%-3.0%，钒(V)5.0%-6.0%，铬(Cr)4.0%-5.5%，钼(Mo)4.0%-6.0%，镍(Ni)0.5%-1.0%，铌(Nb)1.0%-2.0%，硅(Si)0.4%-1.0%，磷(P)＜0.04%，硫(S)＜0.04%，余量为铁(Fe)。本发明提供的高钒高速钢，增加了钼和钒的含量以取代钨元素增加高速钢的淬透性和耐磨性，同时又满足了其力学的性能要求。
文档编号C22C38/56GK102978536SQ20121057830
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者南红艳, 黄帅, 胡佰林, 郑喜平, 尚显光, 曹建彬, 崔秀芳 申请人:河南理工大学