一种耐磨超硬高速钢的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种耐磨超硬高速钢的制备方法，属于机械制造领域。一种耐磨超硬高速钢的制备方法，钢材的质量比例如下，C1.2%-1.8%；Si0.5%-2.2%；Mn0.2%-0.6%；Al0.6%-3.2%；Cr4.6%-7.4%；Mo1.5%-2.6%；V2%-3.2%；W3.3-4.8%；Nb0.3-1.8%；P≤0.03%；S≤0.03%；其余为Fe，经过熔铸后进行淬火，后进行一次的回火。本发明减小了W和Mo，加入比原先多的Si，Si的加入使得碳化物尺寸减小，经过特别的回火等工艺，使得硬度增加，在减少了高成本的W和Mo，加入了低价格的Si，使得整体材料成本降低，且硬度好，耐磨性能强；通过配比只需要进行一次的回火即可充分的对材料进行回火工序，节约了工时和能源，可靠性好。
【专利说明】一种耐磨超硬高速钢的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机械制造领域，更具体地说，涉及一种耐磨超硬高速钢的制备方法。
【背景技术】
[0002]尚速钢是一种具有尚硬度、尚耐磨性和尚耐热性的工具钢，又称尚速工具钢或锋钢，俗称白钢。高速钢是美国的F.W.泰勒和M.怀特于1898年创制的。高速钢的工艺性能好，强度和韧性配合好，因此主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具，也可制造高温轴承和冷挤压模具等。除用熔炼方法生产的高速钢外，20世纪60年代以后又出现了粉末冶金高速钢，它的优点是避免了熔炼法生产所造成的碳化物偏析而引起机械性能降低和热处理变形。高速钢是一种复杂的钢种，含碳量一般在0.70?1.65%之间。高速钢含合金元素量较多，总量可达10?25%。按所含合金元素不同可分为:①钨系高速钢(含钨9?18%)必钨钼系高速钢(含钨5?12%，含钼2?6%) 高钼系高速钢(含钨O?2%，含钼5?10%);④钒高速钢，按含钒量的不同又分一般含钒量(含钒I?2%)和高含钒量(含钒2.5?5%)的高速钢；⑤钴高速钢(含钴5?10%)。
[0003]合金高速钢淬火时即使在空气中冷却也能硬化，并且很锋利。它是一种成分复杂的合金钢，含有钨、钼、铬、钒、钴等碳化物形成元素。合金元素总量达10?25%左右。它在高速切削产生高热情况下(约500°C )仍能保持高的硬度，HRC能在60以上。这就是高速钢最主要的特性一红硬性。高速钢由于红硬性好，弥补了碳素工具钢的致命缺点，可以用来制造切削工具。钨系和钼系高速钢经正确的热处理后，洛氏硬度能达到63以上，钴系高速钢在65以上。现有高速钢在生产时候成本高，一直高居不下，且耐磨性和硬度一直不能在低成本下进行提高。且高速钢的热处理工艺较为复杂，必须经过淬火、回火等一系列过程。淬火时由于它的导热性差一般分两阶段进行。先在一定温度下预热，以免引起大的热应力，然后迅速加热到淬火温度，后油冷或空冷或充气体冷却。工厂均采用盐炉加热，现真空炉使用也相当广泛。淬火后因内部组织还保留约30%残余奥氏体没有转变成马氏体，影响了高速钢的性能。为使残余奥氏体转变，进一步提高硬度和耐磨性，一般要进行2?3次回火，后进行保温。现有的技术也对这些问题进行了改进。
[0004]中国专利申请，申请号200910264467.6，申请日2009年12月23日，
【公开日】2010年5月19日，公开了耐磨高速钢，本发明设计一种特殊性能高速钢，一种钻头丝锥等刀具专用的特殊性能高速钢，主要组成成分为C、W、Mo、Cr、V、Mn、S1、Nb、Co、P、S和Fe，各成分的质量百分比如下，C:0.88-0.98% ；ff:4.3-4.8% ；Mo:2.7-3.1% ；Cr:3.8-4.3% ；V:1.8-2.2% ；Mn:0.2-0.4% ；S1:1.1-1.5% ；Nb:0.08-0.16% ；Co:1.2-1.8% ；P ^ 0.03%,S ^0.03% ;其余为Fe。本发明具有一下有点，降低贵金属钨和钼的用量，添加了少量的铌和钴，以达到提高刀具切削性能的目的，但此类高速钢主要用在刀具制造方面且专门用于砖头等部件，应用范围小，且硬度不高，局限性大。
[0005]中国专利申请，申请号201010171962.5，申请日2010年5月10日，
【公开日】2010年
9月22日，公开了一种高速钢及其生产工艺，本发明公开了一种高速钢及其生产工艺，含有一下化学成分的质量百分含量:c:1.0-1.4% ；Cr:3.8-4.2% ；Mo:4.8-5.2% ；ff:6.3-6.5% ；V:
2.2-3.0% ；Nb:0.4-1.5% ；S1:1.1-1.5% ； ；P ^ 0.03%、S ( 0.03% ；Mn..( 0.4%，其余为 Fe 及不可避免的杂质。本发明将雾化沉积技术创造性的引入到制备高速钢，他客服了传统铸造坯件晶粒粗大、偏析严重的缺点，又摒弃了粉末冶金工艺的工序繁多、能耗高的不足，同时又兼有粉末冶金技术的优点，从而大大的提高了金属材料的各种性能，其优势十分显著和突出。但此方案对工艺之间的控制要求高，设备成本高，且生成的高速钢虽然硬度高，但成本依旧高居不下。
【发明内容】
[0006]1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的高速钢成本高、耐磨性不强、硬度低、生产工艺以及生产成本高问题，本发明提供了一种耐磨超硬高速钢的制备方法，它可以实现在兼顾了耐磨性和硬度高的情况下，成本低、生产工艺和设备简单的效果。
[0007]2.技术方案
本发明的目的通过以下技术方案实现。
[0008]一种耐磨超硬高速钢的制备方法，其步骤如下:
1)将所需要的材料进行配比，将废钢、Cr铁、Si铁、Mo铁、W铁、Mn铁混合进入电炉中进行加热融化；
2)将炉前温度进行调节，温度升到1620-1650°C，加入Al，加入V铁和Nb铁；
3)将Si铁劈碎至颗粒小于20mm小块，进行200°C烘干，置于浇包底部，对钢水进行变质处理；
4)钢水温度到达1550-1600°C时候，浇注成铸件；
5)对铸件进行退火，温度为830-850°C；
6)进行淬火和回火，温度为1020-1070°C，进行520-550°C的回火。
[0009]更进一步的，所述的步骤5)中退火时候保温时间为5-6小时；
更进一步的，所述的步骤6)中回火的次数为一次。
[0010]3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于:
(1)一定程度加入Cr可以使得高速钢在高温下具有抗氧化性能，且其热腐蚀性能大大提高，其与C结合可以形成硬质化合物，使得其具有良好的耐磨性和韧性；
(2)其中加入了Al作为脱氧元素，可以在采用上述的配比可以使得合金钢在高温下具有良好的硬度和耐腐蚀性；
(3)减小了W和Mo，加入比原先多的Si，Si的加入使得碳化物尺寸减小，经过特别的回火等工艺，使得硬度增加，在减少了高成本的W和Mo，加入了低价格的Si，使得整体材料成本降低，且硬度好，耐磨性能强；
(4)通过配比只需要进行一次的回火即可充分的对材料进行回火工序，节约了工时和能源，可靠性好。
【具体实施方式】
[0011]下面结合具体的实施例，对发明作详细描述。
[0012]实施例1
一种耐磨超硬高速钢，所述的质量比例如下，
C1.2%
Si0.5%
Mn0.6%
Al0.6%
Cr4.6%
Mo2.6%
V3.2%
W4.8%
Nb0.3
P彡 0.03%
S彡 0.03%
其余为Fe。
[0013]一种耐磨超硬高速钢的制备方法，制备步骤如下:
1)将所需要的材料按照上述比例进行配比，将废钢、Cr铁、Si铁、Mo铁、W铁、Mn铁混合进入电炉中进行加热融化；
2)将炉前温度进行调节，温度升到1620-1650°C，加入Al，加入V铁和Nb铁；
3)将Si铁劈碎至颗粒小于20mm小块，进行200°C烘干，置于浇包底部，对钢水进行变质处理；
4)钢水温度到达1550-1600°C时候，浇注成铸件；
5)对铸件进行退火，退火时候保温时间为5小时，温度为830-850°C；
6)进行淬火和回火，温度为1020-1070°C，进行520-550°C的回火，回火只需要进行一次。
[0014]本发明加入了 Al作为脱氧元素，可以在采用上述的配比可以使得高速钢在高温下具有良好的硬度，促进了二次硬化的作用，可以替代部分W的作用。
[0015]高含量的Nb用于增加钢种的MC型碳化物，增强钢的耐磨性，硬度好，虽然Nb的韩两过高会使得初生晶粒变大，由于Si的作用碳化物的颗粒控制在小的范围之内，其磨削性能依旧良好，可以保持很好的加工性能。
[0016]减少了 W和Mo，加入Si，高速钢的主要添加元素W和Mo是为了形成一定数量的一次碳化物，使得钢可以进行高温淬火，提高钢的耐磨性，回火时候形成二次碳化物，作为增加硬度的二次硬化和红硬性为主要因素。减小了 W和Mo，加入比原先多的Si，Si的加入使得碳化物尺寸减小，经过特别的回火等工艺，使得硬度增加，在减少了高成本的W和Mo，加入了低价格的Si，使得整体材料成本降低，且硬度好，耐磨性能强。
[0017]P和S为其中的杂质，会带来钢的热脆性，要求含量降低，控制其在0.03%以内，要求 Mn/S > 20。
[0018]通过配比只需要进行一次的回火即可充分的对材料进行回火工序，节约了工时和能源，可靠性好。
[0019]本种钢材可以使用在刀具以及铸造多种领域，切削性能好，高速钢表面硬度达到67HRC以上。硬度好，耐磨性好。
[0020]实施例2
一种耐磨超硬高速钢，所述的质量比例如下，
C1.6%
Si1.5%
Mn0.5%
Al1.7%
Cr4.8%
Mo2.1%
V2.3%
W4.2%
Nb1.3%
P彡 0.03%
S彡 0.03%
其余为Fe。
[0021]其制备步骤如下:
1)将所需要的材料按照上述比例进行配比，将废钢、Cr铁、Si铁、Mo铁、W铁、Mn铁混合进入电炉中进行加热融化；
2)将炉前温度进行调节，温度升到1620-1650°C，加入Al，加入V铁和Nb铁；
3)将Si铁劈碎至颗粒小于20mm小块，进行200°C烘干，置于浇包底部，对钢水进行变质处理；
4)钢水温度到达1550-1600°C时候，浇注成铸件；
5)对铸件进行退火，退火时候保温时间为5小时，温度为830-850°C；
6)进行淬火和回火，温度为1020-1070°C，进行520-550°C的回火，回火只需要进行一次。
[0022]实施例3
一种耐磨超硬高速钢，所述的质量比例如下，
C1.8%
Si2.2%
Mn0.2%
Al3.2%
Cr7.4%
Mo1.5%
V3.2%
W4.8%
Nb1.8%
P彡 0.03%
S彡 0.03% 其余为Fe。
[0023]其制备步骤如下:
1)将所需要的材料按照上述比例进行配比，将废钢、Cr铁、Si铁、Mo铁、W铁、Mn铁混合进入电炉中进行加热融化；
2)将炉前温度进行调节，温度升到1620-1650°C，加入Al，加入V铁和Nb铁；
3)将Si铁劈碎至颗粒小于20mm小块，进行200°C烘干，置于浇包底部，对钢水进行变质处理；
4)钢水温度到达1550-1600°C时候，浇注成铸件；
5)对铸件进行退火，退火时候保温时间为6小时，温度为830-850°C；
6)进行淬火和回火，温度为1020-1070°C，进行520-550°C的回火，回火只需要进行一次。
[0024]以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，实际的配比和工序并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。
【权利要求】
1.一种耐磨超硬高速钢的制备方法，其步骤如下: 1)将所需要的材料进行配比，将废钢、Cr铁、Si铁、Mo铁、W铁、Μη铁混合进入电炉中进行加热融化； 2)将炉前温度进行调节，温度升到1620-1650°C，加入Α1，加入V铁和Nb铁； 3)将Si铁劈碎至颗粒小于20mm小块，进行200°C烘干，置于浇包底部，对钢水进行变质处理； 4)钢水温度到达1550-1600°C时候，浇注成铸件； 5)对铸件进行退火，温度为830-850°C； 6)进行淬火和回火，温度为1020-1070°C，进行520-550°C的回火。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨超硬高速钢的制备方法，其特征在于:所述的步骤5)中退火时候保温时间为5-6小时。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨超硬高速钢的制备方法，其特征在于:所述的步骤6)中回火的次数为一次。
【文档编号】C22C33/04GK104480396SQ201410844487
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月31日 优先权日:2014年12月31日
【发明者】李大志 申请人:芜湖金龙模具锻造有限责任公司