作工具钢由于Nb、N合金元素的添加， 促进了 MC碳化物析出，有利于耐磨性能提高，MC碳化物类型为（V、Nb) (C、N)，碳化物粒度 细小，分布均匀，具备优异的耐磨性能和韧性，热处理硬度能够达到HRC60以上，可以满足 不同类型的应用需求，用途广泛。本发明喷射成形冷作工具钢采用喷射成形工艺制备，合金 制备成本相比粉末冶金工艺要低，有利于降低合金整体成本。
【附图说明】
[0031] 下面结合附图及【具体实施方式】对本发明作更进一步详细说明： 图1为本发明喷射成形冷作工具钢的组织图。
【具体实施方式】
[0032] 实施例一 本实施例涉及一组喷射成形冷作工具钢，其化学组分如表1. 1所示： 表1. 1实施例一喷射成形冷作工具钢的化学组分表
米用如下制备步骤： a、 将本发明工具钢钢液装入喷射成形熔炼钢包中，钢液装载重量为3. 5吨； b、 采用石墨电极对钢包内钢液上表面覆盖的保护渣通电加热，钢包底部透气孔通入氩 气搅拌钢包中钢液，钢液过热度达到l〇〇°C _150°C时打开钢液导流管； c、 将钢液通过钢包底部的导流管流入预加热至800°C的中间包，控制导流管入口大小， 使钢液流量为100 kg/min -200 kg/min，钢水进入中间包后埋没钢液导流管下端面时施加 保护澄； d、 喷射沉积过程对中间包持续补偿加热，使钢液过热度维持在100°C -150°C ; e、 钢液通过中间包底部开口漏眼进入喷射沉积室，开启气体喷射阀门，采用氮气作 为气体介质进行雾化沉积，氮气纯度多99. 999%，氧含量< 2ppm，气体喷嘴出口压力为 1.0 MPa-L 5MPa ;钢液在惰性气体喷射作用下被破碎成半凝固熔滴，随之与气体混合形成雾 化锥，熔滴飞行至喷射沉积接收盘被捕获沉积形成沉积锭；喷射沉积过程维持钢液温度稳 定、钢液流量稳定，喷射沉积接收盘缓慢下降同时水平旋转，喷射沉积接收盘下降速度与喷 射沉积锭生长速度保持一致使喷射沉积锭上端面高度恒定；喷射沉积开始前后，喷射沉积 室内部保持保护性氮气气氛，沉积过程控制气体进气及出气流量，保持喷射沉积室惰性气 体保护气氛； f、 喷射沉积完成后得到单根> 3吨，尺寸为Φ550_锭材，将喷射沉积锭转移至氮气气 氛保护退火炉退火后随炉冷却。
[0033] 将获得的实施例1. 1~1. 4的喷射成形冷作工具钢再制成Φ50mm的棒材。
[0034] 实施例二 本实施例涉及实施例一的喷射成形冷作工具钢的碳化物含量及粒度、热处理硬度、冲 击韧性、耐磨性能的验证，其中碳化物含量及粒度基于扫描电镜获取组织图像进行分析，热 处理硬度、冲击韧性、耐磨性能分别参考GB/T 230. 1、GB/T 229、GB/T 12444-2006进行测 试。
[0035] 将实施例1. 1、1. 2的喷射成形冷作工具钢与购买的铸锻冷作工具钢(合金A)和粉 末冶金冷作工具钢(合金B)进行对比分析，其结果如下： 表2. 1实施例1. 1、1. 2与合金A、B的成分组成对比
上表中N. A表;^未分析。
[0036] 对本发明工具钢的碳化物进行分析，碳化物组成为MC碳化物及M7C3碳化物，其中 MC碳化物类型为（V、Nb) (C、N)，主要成分组成为V、Nb、C、N以及少量Fe、Cr等合金元素， M7C3碳化物为富Cr型碳化物。如图1的本发明喷射成形冷作工具钢的组织图所示，碳化物 主要为富Cr的M 7C3碳化物，另外有MC碳化物的析出。
[0037] 表2. 2实施例1. 1、1. 2与合金A、B的碳化物含量及粒度对比
上表中碳化物粒度为至少80V〇1%碳化物的尺寸。
[0038] 由表2. 2可看出，本发明喷射成形冷作工具钢MC碳化物至少80V〇1%尺寸彡2 μπι， 最大MC碳化物尺寸不超过3 μ m，析出的MC碳化物粒度接近粉末冶金工艺制备的合金B的 水平；M7C3碳化物至少80V〇1%尺寸为3-12 μ m，最大M 7C3碳化物尺寸不超过22 μ m ;碳化物 粒度分布整体细小于合金A，有利于获得较高的韧性。
[0039] 表2. 3实施例1. 1、1. 2与合金A、B的热处理硬度、冲击韧性对比
由表2. 3可以看出，本发明喷射成形冷作工具钢的碳化物含量与对比合金A相近，由于 碳化物粒度的细化，本发明喷射成形冷作工具钢表现出更高的冲击韧性，有利于在具有冲 击载荷加载情况下使用寿命的提高。由于总体碳化物含量较高，本发明喷射成形冷作工具 钢冲击韧性稍低于粉末冶金工艺制备合金B。
[0040] 表2. 4实施例1. 1、1. 2与合金A、B的耐磨性能对比
由表2. 4可以看出，本发明喷射成形冷作工具钢的耐磨性能高于普通铸锻工艺制备的 合金A，接近粉末冶金工艺制备的合金B。
[0041] 综上所述，本发明的喷射成形冷作工具钢具备优异的耐磨性能和韧性，原因在于 一方面由于合金成分的设计，促进了具有高硬度MC碳化物的析出，提高耐磨性能；另外由 于采用喷射成形工艺进行制备，形成的碳化物粒度细小，分布均匀，使韧性表现优异；热处 理后本发明的喷射成形冷作工具钢能够获得HRC60以上硬度，能够满足不同类型的应用需 求，用途广泛，如可应用于冲裁模、滚丝模、压印模具、修剪冲模、精冲工具等冲压裁剪模具， 冷轧辊，工业剪切刀片，输送耐磨介质泵体零部件、废钢切碎机、轮胎破碎机等耐磨零部件， 注塑机螺杆、螺杆套、螺杆头等塑料机械零部件等等。由于合金制备成本相比粉末冶金工艺 要低，有利于降低合金的整体成本。
【主权项】
1. 一种喷射成形冷作工具钢，其特征在于，其化学组分按质量百分比计包括：c: I. 0%-L5%,W：0.l%-0. 5%,Mo2. 0%,Cr：11. 1%-15. 2%,V：0. 6%-l. 5%,Nb：0. 2%-l. 0%,Co： 0. 05%-0. 5%，Si:彡0. 5%，Mn:0. 2%-0. 6%，N:0. 1%-0. 8%，余量为铁和杂质；所述喷射成形冷 作工具钢的碳化物组成为MC碳化物和M7C3碳化物，其中MC碳化物的类型为（V、Nb)(C、N)。2. 根据权利要求1所述的喷射成形冷作工具钢，其特征在于：所述杂质包括0， 0^0. 01%〇3. 根据权利要求2所述的喷射成形冷作工具钢，其特征在于，其化学组分按质量百分 比计包括：C:1. 0%-L4%，W:0? 1%-0. 3%，Mo:彡L5%，Cr:11. 5%-14. 0%，V:0? 7%-L5%，Nb: 0? 4%-1. 0%，Co:0? 05%-0. 3%，Si:彡 0? 4%，Mn:0? 2%-0. 5%，N:0? 1%-0. 6%，0 彡 0? 008%，余量 为铁和杂质。4. 根据权利要求1所述的喷射成形冷作工具钢，其特征在于：所述杂质包括S， S彡 0? 1%〇5. 根据权利要求1所述的喷射成形冷作工具钢，其特征在于：所述杂质包括P， P^O. 03%〇6. 根据权利要求1所述的喷射成形冷作工具钢，其特征在于：所述MC碳化物的体积分 数为 1%-2. 5%。7. 根据权利要求1所述的喷射成形冷作工具钢，其特征在于：所述MC碳化物至少 80V〇1%MC碳化物尺寸彡2ym，最大MC碳化物尺寸不超过3ym。8. 根据权利要求1所述的喷射成形冷作工具钢，其特征在于：所述M7C3碳化物为富Cr 碳化物。9. 根据权利要求1所述的喷射成形冷作工具钢，其特征在于：所述M7C3碳化物的体积 分数为12%-16%。10. 根据权利要求1所述的喷射成形冷作工具钢，其特征在于：所述M7C3碳化物至少 80V〇1%M7C3碳化物尺寸为3-12ym，最大M7C3碳化物尺寸不超过22ym。
【专利摘要】本发明涉及一种喷射成形冷作工具钢，其化学组分按质量百分比计包括：C：1.0%-1.5%，W：0.1%-0.5%，Mo：≤2.0%，Cr：11.1%-15.2%，V：0.6%-1.5%，Nb：0.2%-1.0%，Co：0.05%-0.5%，Si：≤0.5%，Mn：0.2%-0.6%，N：0.1%-0.8%，余量为铁和杂质；所述喷射成形冷作工具钢的碳化物组成为MC碳化物和M7C3碳化物，其中MC碳化物的类型为（V、Nb）（C、N）。制得的喷射成形冷作工具钢碳化物粒度细小，分布均匀，具备优异的耐磨性能和韧性。本发明采用喷射成形工艺制备，制备成本相比粉末冶金工艺要低，有利于降低合金整体成本。
【IPC分类】B22F3/115, C22C32/00, C22C38/30, C22C38/60
【公开号】CN104894480
【申请号】CN201510249673
【发明人】米永旺, 李小明, 吴立志, 况春江, 方玉诚
【申请人】河冶科技股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月15日