專利名稱：大截面刀具用高速鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域中的用于刀具的高速鋼，尤其是一種截面尺寸直徑彡(j5 200mm-350mm的大截面刀具用高速鋼。
背景技術(shù)：
大截面高速鋼材主要用于制作各種齒輪刀具、大型拉刀等精密復(fù)雜刀具和多輥冷軋機(jī)軋輥。近年來，隨著我國(guó)大型裝備制造業(yè)的飛速發(fā)展，制作裝備所使用的刀具規(guī)格越來越大，需求量也越來越大；國(guó)內(nèi)引進(jìn)的先進(jìn)多輥冷軋機(jī)的軋輥為高速鋼輥，性能優(yōu)越但多為進(jìn)口配套，急需國(guó)內(nèi)配套，替代進(jìn)口。因此，提供高質(zhì)量大截面高速鋼材或輥坯，實(shí)現(xiàn)大型刀具和多輥冷軋機(jī)軋輥國(guó)產(chǎn)化，已成為大型裝備制造業(yè)和冷軋板帶行業(yè)發(fā)展的要求。但是，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的大截面高速鋼材，因工藝技術(shù)和設(shè)備所限，以及高速鋼高碳高合金含量的特點(diǎn)，錠型最大到直徑Φ 500mm，大截面拉刀等截面尺寸直徑Φ 200_350mm，長(zhǎng)度均在 1. 5m-3. 5m之間，快鍛精鍛等只能拔長(zhǎng)，不能鐓粗，因此變形比太小僅有4倍左右，難以破碎，碳化物偏析嚴(yán)重、碳化物顆粒粗大和低倍疏松探傷不合格的問題，難以達(dá)到刀具要求的碳化物不均度、低倍等要求，不得已采用進(jìn)口材或粉末鋼，成本高，交貨期長(zhǎng)，這已成為我國(guó)高速鋼材料和刀具行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的技術(shù)難題。M2是鎢鉬系高速鋼，經(jīng)實(shí)踐證明用量最大，C及W、Mo、Cr、V等合金成分配置合理， 電渣重熔鋼錠鑄態(tài)共晶碳化物以片層狀的M2C型為主，碳化物類型匹配好，容易分解，有利于碳化物的破碎，改善碳化物偏析和顆粒度，但對(duì)于大截面鍛材用現(xiàn)行工藝生產(chǎn)仍難以達(dá)到直投刀具對(duì)碳化物不均勻度的要求?，F(xiàn)有的高速鋼中以M2高速鋼為基礎(chǔ)，增加了 Al元素，形成M2A1高速鋼，其主要目的是靠大幅提高碳含量，使其硬度提高到66-68HRC。由于碳含量的大幅提高，碳化物數(shù)量多，堆積嚴(yán)重，作為大截面高速鋼材仍然具有一定局限性。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種以標(biāo)準(zhǔn)M2成分為基礎(chǔ)，通過加入Al、稀土實(shí)現(xiàn)與C含量合理配合，進(jìn)而對(duì)高速鋼M2鑄態(tài)組織顯著的細(xì)化和改善的大截面刀具用高速鋼。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的大截面刀具用高速鋼，按重量百分比計(jì)，由下列組分制成C 0. 85-1. 05， Si 0. 20-0. 45， Mn 0. 15-0. 40，Cr 3. 80-4. 50， Mo 4. 50-5. 50， V 1. 75-2. 60，W 5.50-6.75， Al 0. 50-1. 50, 稀土元素 Y 0.01-0.10，P彡0.03，S彡0.030，余量為鐵和雜質(zhì)。作為上述方式的改進(jìn)，本發(fā)明的大截面刀具用高速鋼，按重量百分比計(jì)，由下列組分制成
C 0. 95-1. 00, Si 0. 35-0. 40, Mn 0. 25-0. 30,Cr 4. 00-4. 30, Mo 4. 90-5. 30, V 2. 00-2. 30,W 6.00-6.45， Al 0.80-1. 30, 稀土元素 Y 0.01-0.10，P彡0.03，S彡0.030，余量為鐵和雜質(zhì)。上述技術(shù)方案中；(1)通過系列試驗(yàn)研究表明，在標(biāo)準(zhǔn)M2的基礎(chǔ)上，加入0. 5% -1. 5%的Al，在高速鋼的凝固過程中Al不僅可以細(xì)化枝晶組織，隨著Al加入量的增加，碳化物總量有所減少， 而且可以細(xì)化共晶碳化物片層尺寸，熱塑性提高，減小共晶碳化物網(wǎng)的厚度。使鑄態(tài)組織細(xì)化可直接優(yōu)化大截面高速鋼材質(zhì)即達(dá)到了主要目的，熱塑性改善使提高累計(jì)變形量如采用墩-拔或扁-方變形成為可能或容易實(shí)施，這對(duì)大截面高速鋼材的生產(chǎn)(特別是鍛壓加工) 是很有利的。Al含量低于0. 5%時(shí)，效果不顯著，超過1. 5%時(shí)，碳化物大量減少，會(huì)出現(xiàn)鐵素體，相變點(diǎn)Acl提高太多使鋼退火難以實(shí)現(xiàn)，而且Al增加鋼的脫碳敏感性，因此確定Al 含量為0. 5-1. 5%。(2)V含量的確定由于加Al碳化物總量會(huì)減少，為保持鋼的耐磨性，適當(dāng)增加V 含量，使更高硬度的VC數(shù)量比例更增大，保持耐足夠的耐磨性。確定V含量為1. 75-2. 60%。(3)碳含量的確定本發(fā)明的目的是解決碳化物的問題，與M2A1提高硬度到 66-68HRC成為高性能鋼的目的不同，設(shè)計(jì)鋼種硬度仍保持在標(biāo)準(zhǔn)M264-66HRC，因此碳含量按平衡碳飽和度理論，適當(dāng)提高碳含量以補(bǔ)充因Al造成碳化物減少和提高V含量所需要的碳含量增加。碳含量確定為0. 84-1. 05%。(4)研究表明鋼中存在0. 01-0. 10%稀土元素Y，元素在鋼中有脫氧除氣，脫硫、改變夾雜物形態(tài)，使晶界凈化，細(xì)化鑄態(tài)組織，提高熱塑性和避免低倍夾雜等作用。此外，稀土元素Y還有細(xì)化枝晶的作用。由于奧氏體枝晶的細(xì)化，凝固后期，在奧氏體枝晶間由于偏析而形成的共晶鋼液熔池變小，從而使共晶碳化物得到細(xì)化。(5)電渣重熔鋼錠末端容易出現(xiàn)疏松缺陷，為防止此缺陷，通過選擇渣系調(diào)整重熔速度予以控制。按上述方案成分設(shè)計(jì)，經(jīng)過下述傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝制造的Φ 260大截面鍛材，碳化物不均度按GB/T14979-1994所附第三評(píng)級(jí)圖檢驗(yàn)D/4處為7Α，距表面15mm處為5A，并且沒有連續(xù)、封閉的碳化物網(wǎng)；低倍組織按GB/T1979評(píng)定，中心疏松為1. 5級(jí)，無一般疏松和偏析，達(dá)到用戶刀具直投使用入廠標(biāo)準(zhǔn)。交貨供應(yīng)某工具廠，制成Φ245拉刀，經(jīng)過1210°C 淬火，560°C回火3次，每次到溫后保溫1小時(shí)，所帶試樣檢測(cè)及刀具檢測(cè)硬度均達(dá)到HRC65、 HRC65. 5。綜上所述，本發(fā)明研究Al和稀土 Y對(duì)M2鑄態(tài)組織(碳化物網(wǎng)和形態(tài))和熱塑性的改善作用，優(yōu)化設(shè)計(jì)出在標(biāo)準(zhǔn)高速鋼M2基礎(chǔ)上加Al和稀土 Y新鋼種，解決大截面高速鋼材受傳統(tǒng)生產(chǎn)方式限制，鋼錠尺寸和變形量不足導(dǎo)致碳化物偏析嚴(yán)重和碳化物顆粒粗大，所生產(chǎn)大型刀具韌性差容易崩刃的難題。本發(fā)明的工序與制造普通高速鋼相差無幾，即不需要昂貴的設(shè)備投資與添加劑，性能在達(dá)到大截面刀具用高速鋼要求的同時(shí)，解決國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的大截面高速鋼材存在碳化物不均勻度合格率低和碳化物顆粒粗大的問題，在不明顯增加大截面刀具制造成本的前提下，使大截面刀具用高速鋼組織性能顯著改善，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。制備自耗電極采用計(jì)算機(jī)配料和調(diào)整成分，由1.5_3t中頻感應(yīng)爐冶煉，冶煉出鋼前將Al調(diào)整要求范圍，出鋼時(shí)鋼包內(nèi)加入稀土，采用滑動(dòng)水口鋼包澆注 (Φ 300-400) *2900mm 自耗電極。電渣重熔將電極裝卡在2t電渣爐上，將化好的熔渣注入 (Φ 400/500) * (1450-1550)mm 結(jié)晶器，經(jīng)重熔精煉生產(chǎn)出(Φ 400/500) * (1250-1350)mm 電渣錠。退火精整探傷(Φ400/500)*(1250-1350)mm電渣錠經(jīng)過退火、精整、探傷合格后
轉(zhuǎn)入下序?？戾戦_坯鋼錠快鍛煤氣加熱爐加熱，用8麗快鍛機(jī)鍛打開坯，鍛制成 (Φ 330-400)中間坯，經(jīng)退火修磨后轉(zhuǎn)入下序。精鍛機(jī)成材(Φ 330/400)中間坯經(jīng)環(huán)形天然氣加熱爐加熱，SX55精鍛機(jī)鍛打成品毛材 Φ200-350 ；退火成品毛材裝罐密封后經(jīng)臺(tái)車電退火爐退火。精整成品毛材退火后送精整序矯直、修磨、探傷、切頭、檢驗(yàn)合格入庫；生產(chǎn)出各種規(guī)格鍛材。


下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步詳細(xì)說明圖1是標(biāo)準(zhǔn)Μ2高速鋼電渣重熔后的高速鋼鑄態(tài)組織(X 100)；圖2是本發(fā)明高速鋼電渣重熔后的高速鋼鑄態(tài)組織(X 100)。
具體實(shí)施方式

權(quán)利要求
1.一種大截面刀具用高速鋼，其特征在于按重量百分比計(jì)，由下列組分制成 C 0. 85-1. 05， Si 0. 20-0. 45, Mn 0. 15-0. 40,Cr 3. 80-4. 50, Mo 4. 50-5. 50, V 1. 75-2. 60， W 5.50-6.75， A1 0. 50-1.50， 稀土元素 Y 0.01-0.10， P ^ 0.03, S ^ 0. 030，余量為鐵和雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大截面刀具用高速鋼，其特征在于按重量百分比計(jì)，由下列組分制成C 0.95-1.00， Cr 4. 00-4. 30， W 6. 00-6. 45， P 彡 0. 03，S 彡 0Si 0. 35-0. 40, Mn 0. 25-0. 30， Mo 4. 90-5. 30, V 2. 00-2. 30， Al 0. 80-1. 30, 稀土元素 Y 0. 01-0. 10, 030，余量為鐵和雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域中的用于刀具的高速鋼，尤其是一種截面尺寸直徑≥φ200mm-350mm的大截面刀具用高速鋼。該高速鋼由C、Si、Mn、Cr、Mo、V、W、Al、稀土元素Y、P、S≤0.030、鐵和雜質(zhì)制成。同時(shí)本發(fā)明高速鋼可以用常規(guī)的高速鋼制備方法，在不明顯增加制造成本的前提下，使大截面刀具用高速鋼鍛材組織性能顯著改善，實(shí)現(xiàn)了大截面鍛材直投生產(chǎn)大截面拉刀對(duì)碳化物的要求，節(jié)能降耗。
文檔編號(hào)C22C38/24GK102409239SQ20101028829
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2010年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者丁培道, 吳立志, 謝志斌 申請(qǐng)人:河冶科技股份有限公司