專利名稱：高韌高耐磨滾刀用高速鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型高速鋼，具體地說(shuō)是一種高韌高耐磨滾刀用高速鋼及其制備方法。
背景技術(shù)：
高速鋼是一種具有高硬度、高耐磨性和高耐熱性的工具鋼，又稱高速工具鋼或鋒鋼。由于高速鋼的工藝性能好，強(qiáng)度和韌性配合好，因此主要用來(lái)制造復(fù)雜的薄刃和耐沖擊的金屬切削刀具，也可制造高溫軸承和冷擠壓模具等。目前通用的高速鋼M2已經(jīng)不能滿足通常的使用要求，滾刀材料主要使用高性能聞速鋼如M42和M35等，但是由于其中含有大量的貴重合金Co,使得生廣成本提聞，其中聞速鋼M35包含的化學(xué)成分以重量百分比計(jì)為C:0. 88 0. 95,Si:彡0. 04, Cr: 3. 80 4. 50，Mo:4. 75 5. 20,V: I. 75 2. 00,ff:6. 00 7. 00,Co:4. 60 5. 00,Mn: ( 0. 04,P ^ 0. 030，
S彡 0. 030。高速干式滾齒加工是近年來(lái)發(fā)展的一種全新高效率的綠色齒輪制造技術(shù)，它克服了傳統(tǒng)齒輪加工生產(chǎn)效率低下、生產(chǎn)成本高、污染環(huán)境及危害工人身體健康等缺點(diǎn)，正成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)滾刀高速切削或高速干切，對(duì)于刀具設(shè)計(jì)改進(jìn)、涂層等性能提高，最終體現(xiàn)在對(duì)刀具材率強(qiáng)度、韌性、紅硬性和耐磨性及可磨削性要求的整體提高。但由于涂層的發(fā)展，使得切削速度和切削壽命差距變小，而傳統(tǒng)高速鋼其碳化物碳粒比粉末鋼大，同樣情況下，耐磨性要高于粉末高速鋼，只是在高精度多次刃磨方面要求很高時(shí)，粉末冶金高速鋼不可替代，但其成本遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方法制造的高速鋼，因此在將來(lái)很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)傳統(tǒng)的高性能高速鋼仍是主要滾刀材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題，是提供一種高韌高耐磨滾刀用高速鋼及其制備方法，較傳統(tǒng)高性能高速鋼的化學(xué)成分上降低了貴重金屬鈷(Co)的用量，相應(yīng)增加了廉價(jià)的碳(C)和釩(V)的含量，使得高速鋼的晶粒組織細(xì)化，淬透性增加，在保證相應(yīng)的高韌高耐磨的功能的前提下降低了生產(chǎn)成本；利用本發(fā)明提供的高韌高耐磨高速鋼的制備方法，控制了N的含量在150ppm以下，削弱了大顆粒碳化物的形成，改善可磨削性能及韌性；同時(shí)在加工制作工藝上改善了金屬流線，適于滾刀切削受力方向，提高了滾刀滾齒使用壽命；涂層的應(yīng)用更加發(fā)揮了本發(fā)明滾刀滾齒的優(yōu)越性。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是
一種高韌高耐磨滾刀用高速鋼，它由以下重量百分比的化學(xué)成分組成
C:l. 05 I. 12，Si:0. 25 0. 45，Cr:3. 80 4. 50，
Mo:4. 50 5. 20, V:2. 50 3. 00, ff:5. 50 6. 50，
Co: I. 50 2. 50，Mn:0. 20 0. 40，P ≤ 0. 025，S ≤0. 015，其余為鐵及雜質(zhì)。
本發(fā)明還提供了上述高韌高耐磨滾刀用高速鋼的制備方法，它按照以下步驟順序進(jìn)行
(I)將含有上述化學(xué)成分的高韌高耐滾刀用磨高速鋼，采用中頻冶煉+爐外精煉+真空脫氣+電渣重熔的方式制備成電渣鋼錠；其中，爐外精煉脫硫時(shí)，鋼水在真空狀態(tài)下通入惰性氣體攪拌，至使含硫量S < 0. 015,鋼水在真空狀態(tài)通如惰性氣體攪拌，能夠降低N和0含量，改善鋼水純凈度(降低氮化物和氧化物夾雜)，同時(shí)降低N含量，使得含氮量[N] ( 150ppm,改善了電洛重熔過(guò)程碳化物顆粒尤其初生碳或初生氮化鑰;顆粒大小。(2)在1130 1160°C下，將上述電渣鋼錠保溫3 6h，使用快鍛和自由鍛變形的方式，充分破碎，同時(shí)使用精鍛機(jī)進(jìn)行拔長(zhǎng)，使其內(nèi)部組織及變形流線符合滾刀滾齒用中間坯規(guī)定的要求及形狀，形成中間坯；其中自由鍛+精鍛的變形方式為下一步十字鍛造提供了良好的金屬流線。

(3)將中間坯在1120 1150°C下，保溫100 280min，通過(guò)快鍛和自由鍛的方式進(jìn)十字方向鐓拔，改變金屬流線，適應(yīng)滾刀滾齒工作受力方向，形成鍛件；其中，十字鍛造工序僅能進(jìn)行I次，才能保證最終滾刀滾齒材料的良好的金屬流線。(4)將鍛件進(jìn)行裝罐保護(hù)退火，在860 880°C下保溫5 8小時(shí)，緩慢冷卻到500°C以下出爐，形成高速鋼坯體；
(5)將高速鋼坯體進(jìn)行探傷和精整，取樣檢驗(yàn)，形成合格的高速鋼鍛材或鍛件；
(6)將高速鋼鍛材或鍛件進(jìn)行機(jī)械初加工，并進(jìn)行600°C保溫4-6小時(shí)的去應(yīng)力退火，形成滾刀滾齒機(jī)加工毛坯料；
(7)將機(jī)加工毛坯料分級(jí)加熱，后經(jīng)300°C油淬空冷到室溫淬火，550-560°CX lhX4次回火，每次回火后必須冷卻到室溫再進(jìn)行下次回火；
(8)將熱處理好的機(jī)加工毛坯料上磨床進(jìn)行精加工后進(jìn)行涂層，形成最終高韌高耐磨高速鋼。作為本發(fā)明的一種限定，步驟(2)中所述的惰性氣體為氬氣。作為本發(fā)明的另一種限定，步驟(4)中所述的緩慢冷卻速率為彡15°C /小時(shí)。作為本發(fā)明的第三種限定，步驟(7)中所述的分級(jí)加熱的溫度分別為300°C、850°C、1050°C U180-1215°C。由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，所取得技術(shù)進(jìn)步在于
(I)較傳統(tǒng)高性能高速鋼的化學(xué)成分上降低了貴重金屬Co的用量，相應(yīng)增加了廉價(jià)的C和V的含量；
基于Co含量對(duì)高速鋼二次硬度的影響研究，Co的含量控制在0 3%范圍內(nèi)可使鋼的二次硬度迅速提高，在增加到5%時(shí)二次硬化提高最多，但是相應(yīng)的生產(chǎn)成本會(huì)顯著增加10-15%，且Co含量低于I. 5%或高于2. 5%-5% 二次硬化效果不明顯因此僅加入最有效的Co含量I. 5 2. 5%，保證硬度的提高，而與M35相比降低2-3%以上的Co成本，作到最有效地經(jīng)濟(jì)的使用，最終確定Co含量為I. 5 2. 5%。依據(jù)化學(xué)平衡碳理論，增加含碳量可在淬火加熱時(shí)增加高速鋼奧氏體中的含碳量，加強(qiáng)回火時(shí)的彌散硬化作用，從而提高看常溫和高溫硬度，但是碳含量過(guò)多會(huì)影響鋼本身的特性，根據(jù)合金化原理平衡碳計(jì)算公式c=0. 033W+0. 063MO+0. 060Cr+0. 2V，進(jìn)行碳含量的控制，最終確定碳的含量為I. 05 I. 12% ;碳的含量低于I. 05%時(shí)與合金搭配不充分，會(huì)降低材料的硬度，碳的含量高于I. 12%時(shí)將增加材料脆性，最終都將降低使用壽命。增加了釩的含量，使得鋼的晶粒組織的細(xì)化度增強(qiáng)，從而提高鋼的高溫硬度、高溫強(qiáng)度、韌性和耐磨性，當(dāng)其在高溫熔入奧氏體時(shí)可以增加鋼的淬透性，防止鋼的過(guò)熱敏感傾向，釩含量的增加使鋼中形成VC(碳化釩)碳化物與M35鋼相比大幅增加使得最大限度的發(fā)揮釩的作用，提高了鋼的耐磨性，但是如果釩的含量過(guò)高后會(huì)使得鋼回火后機(jī)械性能不佳，磨削性較差，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)最終確定本發(fā)明中使用的釩的含量為2. 50 3. 00%。(2)利用本發(fā)明提供的高韌高耐磨滾刀用高速鋼的制備方法，控制了 N的含量在150ppm以下，削弱了大顆粒碳化物的形成，改善可磨削性能。由于在制備過(guò)程中釩會(huì)形成VC (碳化釩)類型碳化物，V的增加使得鋼中高耐磨的MC (M為碳化物形成元素)碳化物比例顯著增加，從而顯著提高耐磨性，試驗(yàn)表明過(guò)量的N與V易在高溫情況下先形成VN(氮化釩)，析出成核后VC在其上長(zhǎng)大，是最終形成較多大顆粒碳化物的一個(gè)重要因素；另一個(gè)因素是過(guò)量的N使得鋼中形成大量AlN (氮化鋁夾雜)脆性相，對(duì)鋼的韌性極為不利。因此控制N的含量在150ppm以下時(shí)，可以削弱大顆粒碳化物的形成和夾雜的AlN脆性相減少，對(duì)鋼的韌性影響較小，同時(shí)控制VC顆粒，也有效的改善可磨削性能。本發(fā)明用于制備汽車和機(jī)械工程行業(yè)的滾刀滾齒等轉(zhuǎn)動(dòng)元件。本發(fā)明下面將結(jié)合具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
一種高韌高耐磨滾刀用高速鋼，它由以下重量百分比的化學(xué)成分組成
C:l. 08，Si:0. 25，Cr :3. 95，Mo :4. 85，V:2. 60，ff:5. 80，Co: I. 93，Mn :0. 32，P 彡 0. 03，S < 0.01，余量為鐵和雜質(zhì)。上述高韌高耐磨滾刀用高速鋼的制備方法，它按照以下步驟順序進(jìn)行
(I)將含有上述化學(xué)成分的高韌高耐滾刀用磨高速鋼，采用中頻冶煉+爐外精煉+真空脫氣+電渣重熔的方式制備成電渣鋼錠；其中，爐外精煉脫硫時(shí)，鋼水在真空狀態(tài)下通入惰性氣體攪拌；爐外精煉脫硫至含硫量S ( 0. 015，鋼水在真空狀態(tài)通如惰性氣體攪拌，降低N和0含量，改善鋼水純凈度(降低氮化物和氧化物夾雜)，同時(shí)降低N含量，使得含氮量[N] ( 150ppm,改善了電洛重熔過(guò)程碳化物顆粒尤其是初生碳或初生氮化鑰;顆粒大小。(2)在1130°C下，將上述電渣鋼錠保溫3h，使用快鍛和自由鍛變形的方式，充分破碎，同時(shí)使用精鍛機(jī)進(jìn)行拔長(zhǎng)，使其內(nèi)部組織及變形流線符合滾刀滾齒用中間坯規(guī)定的要求及形狀，形成中間坯；其中自由鍛+精鍛的變形方式為下一步十字鍛造中提供了良好的金屬流線。(3)將中間坯在1120°C下，保溫150min，通過(guò)快鍛和自由鍛的方式進(jìn)十字方向鐓拔，改變金屬流線，適應(yīng)滾刀滾齒工作受力方向，形成鍛件；其中，十字鍛造工序僅能進(jìn)行I次，才能保證最終滾刀滾齒材料的良好流線。(4)將鍛件進(jìn)行裝罐保護(hù)退火，在860°C下保溫6h，緩慢冷卻到500°C以下出爐，形成高速鋼坯體。(5)將高速鋼坯體進(jìn)行探傷和精整，取樣檢驗(yàn)，形成合格的高速鋼鍛材或鍛件。(6)將高速鋼鍛材或鍛件進(jìn)行機(jī)械初加工，并進(jìn)行600°C保溫5h的去應(yīng)力退火，形、成滾刀滾齒機(jī)加工毛坯料。(7)將機(jī)加工毛坯料分級(jí)加熱，后經(jīng)300°C油淬空冷到室溫淬火，550°C X lhX4次回火，每次回火后必須冷卻到室溫再進(jìn)行下次回火。(8)將熱處理好的機(jī)加工毛坯料上磨床進(jìn)行精加工后進(jìn)行涂層，形成最終高韌高耐磨高速鋼。實(shí)施例2-8
實(shí)施例2-8中所涉及的高韌高耐磨滾刀用高速鋼，它化學(xué)成分的重量百分比如表I所示，應(yīng)用同實(shí)施例相應(yīng)的制備方法制備而得，其中所涉及的步驟參數(shù)如表2所示，各實(shí)施例相應(yīng)的性能檢驗(yàn)情況如表3所示
權(quán)利要求
1.一種高韌高耐磨滾刀用高速鋼，其特征在于它由以下重量百分比的化學(xué)成分組成C:l. 05 I. 12，Si:0. 25 0. 45，Cr:3. 80 4. 50，Mo:4. 50 5. 20, V:2. 50 3. 00, ff:5. 50 6. 50，Co: I. 50 2. 50，Mn:0. 20 0. 40，P 彡 0. 025，S 彡 0. 015，其余為鐵及雜質(zhì)。
2.一種如權(quán)利要求I所述的高韌高耐磨滾刀用高速鋼的制備方法，其特征在于它按照以下步驟順序進(jìn)行 (1)將含有權(quán)利要求I所述化學(xué)成分的高韌高耐滾刀用磨高速鋼，采用中頻冶煉+爐外精煉+真空脫氣+電渣重熔的方式制備成電渣鋼錠；其中，爐外精煉脫硫時(shí)，鋼水在真空狀態(tài)下通入惰性氣體攪拌，控制氮含量[N] ( 150ppm ； (2)在1130 1160°C下，將上述電渣鋼錠保溫3 6h，使用快鍛和自由鍛變形的方式，充分破碎，同時(shí)使用精鍛機(jī)進(jìn)行拔長(zhǎng)，使其內(nèi)部組織及變形流線符合滾刀滾齒用中間坯規(guī)定的要求及形狀，形成中間坯； (3)將中間坯在1120 1150°C下，保溫100 280min，通過(guò)快鍛和自由鍛進(jìn)行十字方向鐓拔，形成鍛件； (4)將鍛件進(jìn)行裝罐保護(hù)退火，在860 880°C下保溫5 8小時(shí)，緩慢冷卻到500°C以下出爐，形成高速鋼坯體； (5)將高速鋼坯體進(jìn)行探傷和精整，取樣檢驗(yàn)，形成合格的高速鋼鍛材或鍛件； (6)將高速鋼鍛材或鍛件進(jìn)行機(jī)械初加工，并進(jìn)行600°C保溫4-6小時(shí)的去應(yīng)力退火，形成滾刀滾齒機(jī)加工毛坯料； (7)將機(jī)加工毛坯料分級(jí)加熱，后經(jīng)300°C油淬空冷到室溫淬火，550-560°CX lhX4次回火； (8)將熱處理好的機(jī)加工毛坯料上磨床進(jìn)行精加工后進(jìn)行涂層，形成最終高韌高耐磨高速鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高韌高耐磨滾刀用高速鋼的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的惰性氣體為氬氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高韌高耐磨滾刀用高速鋼的制備方法，其特征在于步驟(7)中所述的緩慢冷卻速率為< 15°C /小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高韌高耐磨滾刀用高速鋼的制備方法，其特征在于步驟(7)中所述的分級(jí)加熱的溫度分別為300°C、850°C、1050°C、1180_1215°C。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高韌高耐磨滾刀用高速鋼及其制備方法，較傳統(tǒng)高性能高速鋼的化學(xué)成分上降低了貴重金屬鈷的用量，相應(yīng)增加了廉價(jià)的碳和釩的含量，使得高速鋼的晶粒組織細(xì)化，淬透性增加，在保證相應(yīng)的高韌高耐磨的功能的前提下降低了生產(chǎn)成本；利用本發(fā)明提供的高韌高耐磨高速鋼的制備方法，控制了N的含量在150ppm以下，削弱了大顆粒碳化物的形成，改善可磨削性能。本發(fā)明用于制備汽車和機(jī)械工程行業(yè)的滾刀滾齒等轉(zhuǎn)動(dòng)元件。
文檔編號(hào)C22C38/30GK102747293SQ20121025909
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月25日
發(fā)明者吳立志, 孫宗林, 張占普, 鄭偉 申請(qǐng)人:河冶科技股份有限公司