[发明专利]一种高钒高速钢球形微粉及其制备方法和装置

说明书

本发明涉及一种高钒高速钢球形微粉及其制备方法和装置，其质量百分比为：C，1.0～4.0％；V，3.0～13％；Si，0.2～1.2％；Cr，2.0～12％；Mo，3.0～10.0％；Ta，0.05～2.0％；余量为Fe。所述高钒高速钢球形微粉的制备方法步骤包括原材料准备、中频炉熔化、预脱氧、二次加料、终脱氧、变质处理、雾化造粒、筛分处理等。所述的雾化造粒，采用惰性气体雾化与离心雾化相结合的方法进行充分的雾化造粒。本方法具有球形微粉一次收率高、粒径分布窄且可调控的优点，制得的高钒高速钢球形微粉产品具有球形度好、含氧量低的特点。

技术领域

本发明涉及增材制造和激光熔覆用金属合金微粉制备领域，具体涉及一种高钒高速钢球形微粉及其制备方法和装置。

背景技术

高速钢作为一种重要的工具钢得到了广泛的应用，例如，钢铁冶金行业的热轧轧辊、高速切削刀具钻头用工具钢、铁路道岔高温压制用模具、煤矿开采用钻头、高端轴承等都要用到高速钢。高速钢通常可分为钨系高速钢和钼系高速钢，但随着高速钢应用范围的不断扩大，对其红硬度、耐磨性的要求越来越高，高钒高速钢中由于钒和碳含量较高，使合金中形成大量细小又极硬的MC型碳化物，与其他高速钢相比，其红硬度和耐磨性更高，成为高速钢的一个重要发展方向。

对于高性能的高钒高速钢尤其是复杂结构工件的制造，采用增材制造技术和激光熔覆技术具有明显的优势。与传统的机加工工艺相比，金属合金构件增材制造技术是微粉材料经激光熔化后逐层累加的方法制造产品，因不受零件的几何形状限制、研发时间短、人力成本低、无需前处理和后处理工艺等，使其成为一个非常有潜力的技术；激光熔覆技术是通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层，可以显著提高金属材料的表面耐磨、耐蚀、耐高温、抗氧化等性能，是一种经济效益较高的表面改性技术。为了获得优质的高钒高速钢成形件，除工艺、设备和软件等重要条件外，用于增材制造和激光熔覆的低氧含量、球形度好的高钒高速钢球形微粉的制造显得尤为重要。由于高钒高速钢生产原料中涉及的钒和钽在600℃以上极易被氧化，所以高钒高速钢微粉制造过程中如何降低产品中的氧含量是一个较难解决的问题。另外，由于含钒量较高的高速钢熔融液的表面张力与普通钢和含钨高速钢具有明显的差异，提高微粉的球形度也是一个难题。

发明内容

本发明为解决目前技术中存在的问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明一种高钒高速钢球形微粉，其各元素质量百分比为：C，1.0～4.0％；V，3.0～13％；Si，0.2～1.2％；Cr，2.0～12％；Mo，3.0～10.0％；Ta，0.05～2.0％；余量为Fe。

优选的，其各元素质量百分比为：C，2.0～3.0％；V，5.0～10％；Si，0.4～0.8％；Cr，4.0～9.0％；Mo，5.0～8.0％；Ta，0.1～1.0％；余量为Fe。

一种高钒高速钢球形微粉的制备方法，包括以下步骤：

a.原材料准备：选取金属和合金原料，包括生铁、废钢、钒铁、低碳铬铁、钼铁和钽铁，进行水洗和超声波清洗，去除原料表面的杂质，干燥后得到待熔化的金属合金原料；

b.中频炉熔化：计算各待熔化的金属合金原料的用量并称重，首先将称重后的生铁、废钢、低碳铬铁、钼铁放入中频感应熔化炉中，开启感应熔化炉电源，开始对炉内金属进行加热至熔融；

c.预脱氧：向熔融液中加入原料总质量0.5～1.5％的硅铝钡钙铁脱氧剂，作为预脱氧剂进行预脱氧、脱硫和脱磷，然后继续升高温度至1600℃；

d.二次加料和终脱氧：向熔融液中加入称重好的钒铁和钽铁，保持2～5分钟，再向熔融液中加入原料总质量0.1～0.3％的纯铝，进行终脱氧，得到钢熔融液；

e.变质处理：在浇包中加入原料总质量0.3％的镧铈混合稀土变质剂，倾斜感应熔化炉，将钢熔融液倒入浇包中，雾化温度控制在1550℃以上；