[发明专利]无碳化物偏析CFW高速钢及其加工工艺

说明书

技术领域

本发明涉及铸锻钢铁处理领域，特别涉及一种无碳化物偏析CFW高速钢及其加工工艺。

背景技术

高速钢已有百余年历史。生产高速钢的传统工艺是铸、锻工艺，即先铸成锭，然后锻、轧成材，简称CF工艺。

高速钢为莱氏体钢，其特点是在钢锭凝固的最后阶段将形成集中有大量碳化物的莱氏共晶。合金元素及碳含量愈高，莱氏共晶量愈多，碳化物也愈粗大。对钢锭进行锻、轧，可以粉碎莱氏共晶，但不能使碳化物分布完全均匀，也不能使碳化物充分细化。锻造比越大，莱氏共晶被粉碎程度越高，碳化物分布越均匀，碳化物也越细。人们用碳化物不均匀度来表示碳化物分布的不均匀程度。生产

上将碳化物不均匀度划分为八级，级别愈高，碳化物分布愈不均匀也愈粗大（图1. 高速钢碳化物不均匀分布）。碳化物分布的不均匀以及粗大碳化物的存在均将使高速钢的性能变坏（图2. 碳化物不均匀度对弯曲强度的影响）。因此在高速钢的生产中人们想方设法使碳化物分布均匀，使碳化物细化。对于用传统CF工艺生产的高速钢，一般采用以下三种方法来减少碳化物分布的不均匀性：

a.限制碳化物形成元素与碳的含量

   如通用高速钢W18、M2等的碳饱和度A一般均限制在0.8左右。由于限制了碳化物形成元素与碳的含量，使碳化物不均匀度有所降低，但硬度与耐磨性也随之下降，淬回火后的硬度仅64±1HRC，不能满足当前生产需要。

b. 提高锻造比

提高锻造比是降低高速钢碳化物不均匀度的有效方法，但对于大规格钢材仍无能为力。因此，生产上不得不允许大规格钢材有较高的碳化物不均匀度及粗大的碳化物的存在。国家标准规定，不同规格的高速钢允许的碳化物不均匀度如下：

碳化物不均匀度小于2级时对性能已无不良影响，故可将碳化物不均匀度小于2级视为无碳化物偏析。

c. 反复镦拔

有一定效果，但工艺复杂，生产成本及废品率高。

采用铸、锻工艺（CF工艺）生产高速钢难以解决碳化物偏析问题，尤其是大规格高速钢钢料。为了从根本上解决问题，发展了以下几种生产无碳化物偏析高速钢的工艺。

实践发现高速钢的晶粒大小对高速钢的性能产生着巨大的影响，高速钢中添加的合金含量越多，碳化物团块就越大。达到某一临界点时，可形成尺寸极大的碳化物团块（直径可达40μm）。出现大的碳化物团块的临界点根据钢锭的尺寸以及其它因素而略有不同，但一般是在碳化钒含量达到约4%时发生。通过对钢锭进行锻造、轧制等后续加工，可以粉碎其中一部分碳化物团块，但不可能将其完全消除， 虽然增加钢材中金属碳化物颗粒的数量可以改善材料的耐磨性，但随着合金含量的增加，碳化物的尺寸及团块数量也会随之增加，这对于钢材的韧性会产生极其不利的影响，因为大的碳化物团快可能成为产生裂纹的起始点。因此，国外很早就开展研究，追求高速钢的细晶粒化。随着当前汽车、飞机制造业的发展，各种大型成型高速钢刀具尺寸愈来愈大，消耗量越来越高。汽车制造的发展史也是高速钢刀具的发展史。近几年来高速钢的最大变革就是发展了粉末冶金高速钢。随着刀具尺寸加大，高速钢碳化物偏析愈加严重，难以满足要求。所以只有采用价格十分昂贵的粉末高速钢。

发明内容

本发明提供一种成本低的无碳化物偏析CFW高速钢及设备简单的工艺。

无碳化物偏析CFW高速钢，其特征在于采用无碳化物偏析的高速钢钢板代替高速钢粉末。

所述的无碳化物偏析CFW高速钢，用单向压代替等静压，在真空条件下通过压力焊将钢板焊成无碳化物偏析CFW高速钢。

无碳化物偏析CFW高速钢加工工艺（CFW工艺的生产流程见图3）首先用传统铸、锻工艺生产出碳化物不均匀度低于2级、碳化物最大颗粒小于8μm的高速钢钢板，将钢板两面磨光，裁成所需尺寸，然后用压力焊将钢板焊接成大规格高速钢钢棒或钢块。

所述工艺用单向压代替等静压。

所述的无碳化物偏析CFW高速钢加工工艺，用压力焊代替固相烧结。

本发明的有益效果是：

1、碳化物偏析CFW高速钢加工工艺称为CFW工艺，即铸、锻、焊工艺。 相对于HIP工艺，CFW工艺所用设备简单得多，CFW工艺的生产成本远低于粉末冶金工艺，故CFW高速钢的价格仅粉末高速钢要的1/3-1/5；无故CFW高速钢的价格远低于HIP高速钢，与Co超硬高速钢的价格相当。所述工艺与国际通用的粉末冶金工艺所不同的是用钢板代替粉末，用单向压代替等静压，用压力焊代替固相烧结。优点是设备简单，生产成本低。