[发明专利]喷射成形高速钢

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速钢，尤其涉及一种喷射成形高速钢。

背景技术

采用传统方式制备高速钢由于浇铸过程冷却速度缓慢，合金元素偏析严重，形成粗大的晶粒及碳化物，即使经过后续热变形工艺，组织的不均匀情况也难以完全消除，由此导致高速钢的性能处于较低水平。

为了抑制合金元素在工艺过程中的偏析以得到具有均匀组织形态的合金，最初于上世纪70年代由美国Crucible开发了采用粉末冶金工艺制备高速钢及工模具钢的技术，目前采用粉末冶金工艺制备高速钢的生产厂家有奥地利Böhler，瑞典Uddeholm，法国Erasteel，日本日立金属等。尽管粉末冶金工艺发展较为成熟，具备能力生产高品质高速钢，但粉末冶金工艺实施工艺流程长，生产成本和能源消耗高，导致产品价格昂贵。

如何以较低的工艺成本提升产品品质是当前高速钢制备需要解决的技术问题。喷射成形工艺为解决这一问题提供了途径。喷射成形是具备将钢液快速冷却成形的一种短流程工艺，能够解决传统铸锻工艺制备过程中出现的合金元素偏析问题以及粉末冶金工艺流程长带来成本增加问题。目前采用喷射成形工艺在低熔点合金制备方面已得到成功应用，在制备高熔点合金如高速钢领域也已开展了研究，取得了一些进展。采用喷射成形工艺制备高速钢面临的问题主要体现在随着喷射成形锭材横截面尺寸加大，喷射沉积过程中锭材端部钢液凝固速度相对降低，对于具有熔点温度高、凝固温度区间宽、相组成多等特点的高速钢，锭材局部容易出现合金元素偏析，形成粗大组织，从而影响产品品质。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种组织均匀的喷射成形高速钢。

为实现上述目的，本发明喷射成形高速钢，其化学组分按质量百分比计包括：C：0.85-1.65%，Si：0.1-1.2%，Cr：3.5-8.0%，W：4.0-6.5%，Mo：4.5-7.0%，V：1.0-4.0%，Co：1.0-8.0%，Mn：0.2-0.8%，Nb：0.2-3.5%，余量为铁和杂质。

本发明基于喷射成形工艺特点设计合适的化学组分配比，通过调节C、Cr、W、Mo、V、Nb、Co等主要合金元素含量，适当增加高温稳定相的生成，减缓易粗化相生长速度，抑制喷射成形过程中合金元素偏析及组织粗化，实现喷射成形锭材组织的均一化，提高力学性能。

C元素不仅是碳化物的组成元素，而且固溶于基体，对基体起到强烈强化作用；碳的含量至少大于0.85%，以保证合金元素能够充分析出，碳的最大含量不超过1.65%，避免导致基体韧性下降至过低，在上述范围内，能够获得最大硬度及韧性的配合。

Si元素不参与碳化物的形成，主要是作为一种脱氧剂和基体强化元素来使用，Si过多会使基体韧性下降，本发明Si含量范围是0.1%≤Si≤2.0%。

Cr能够促进碳化物的析出，同时在基体的固溶具有提高淬透性的作用，本发明的Cr含量为3.5%-8.0%。

W、Mo合金元素以碳化物M₆C或M₂C形式析出是高速钢具有高硬度的关键，本发明中W含量为4.0%-6.5%，Mo含量为4.5%-7.0%。

V主要参与MC碳化物形成，对耐磨性能提高具有显著作用，由于MC碳化物硬度高，应避免粗大MC碳化物形成，本发明V含量为1.0%-4.0%。

Nb的作用与V类似，主要参与MC碳化物形成，形成（V、Nb）C碳化物， Nb的添加能够改变C元素在不同碳化物中的分配，影响不同碳化物从钢液中的析出过程，使碳化物粒度细化，本发明Nb含量为0.2%-3.5%。

Co元素能够促进碳化物析出，提高高速钢的红硬性。本发明Co含量为1.0%-8.0%。

Mn的添加可以减少S有害作用，减少热脆性，另外Mn可增加高速钢的淬透性，在本发明中的Mn含量范围是0.2%-0.8%。

一方面添加适量Nb合金元素进行合金化，提高液相区MC碳化物的稳定性，更多C参与MC碳化物形成，从而抑制W、Mo等合金元素在液相区与C反应形成M₆C碳化物，这一反应部分转移至完全凝固的固相区发生；另一方面为了使M₆C碳化物有充分的析出量，保证高速钢有足够的硬度，通过添加适量Co合金元素，促使M₆C碳化物在固相区析出充分，同时析出碳化物的生长被抑制，碳化物粒度分布总体处于细小范围，从而使本发明钢具有足够韧性以满足应用需求。