高硅锰高速钢材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高硅锰高速钢材料，该高硅锰高速钢材料的化学成分以重量百分数计由下列组分组成：C 0.80%～0.90%、Si 1.30%～2.20%、Mn 0.70%～1.20%、Cr 3.80%～4.4%、Mo 4.50%～5.50%、W 5.50%～6.25%、V 1.75%～2.20%、Nb 0.08%～0.20%、S<0.03%、P<0.03%，其余为Fe。本发明专利技术还提供一种制备该高硅锰高速钢材料的方法，其步骤包括熔化、精炼、真空脱气和钢液浇注及后处理。该高硅锰高速钢材料硬度高、耐磨性能好且具有良好的热塑性。

High - speed steel material and preparation method thereof

The invention provides a high - speed steel material, the chemical composition of high manganese high speed steel materials by weight percentage is composed of the following components: C 0.80% ~ 0.90%, 1.30% ~ 2.20% Mn, Si 0.70% ~ 1.20%, 3.80% ~ 4.4% Mo, Cr 4.50% ~ 5.50%, W 5.50% ~ 6.25%, 1.75% ~ 2.20% Nb, V 0.08% ~ 0.20%, S< 0.03%, P< 0.03%, the rest is Fe. The invention also provides a method for preparing the high manganese high speed steel material, comprising the steps of melting, refining, vacuum degassing and liquid steel casting and postprocessing. The hardness of high manganese steel with high speed, good abrasion resistance and good thermal plasticity.

【技术实现步骤摘要】
高硅锰高速钢材料及其制备方法
本专利技术涉及钢铁冶金
，具体的说，涉及了一种高硅锰高速钢材料及其制备方法。
技术介绍
高速钢是高碳高合金莱氏体钢，钢中含有大量的合金碳化物。高速钢在经过适当的热处理之后，具有很高的硬度，较好的耐磨性、韧性和红硬性。高速钢的主要用途是制造机床切削工具以及高档的模具、高温轴承和要求硬度高、耐磨性好的机械零件等，应用比较广泛。高速钢的主要合金元素有钨、钼、铬和钒等，都是碳化物形成元素，他们在地球上的储量有限，其中特别是钨和钼储量更少，贵重而且稀缺，属国家战略物资，必须节约使用。然而在高速钢中的钨、钼含量很高。例如目前用量最多的高速钢钢种是W6Mo5Cr4V2(M2)，钨和钼的含量分别为6％和5％，每年消耗掉大量的钨钼资源。另外，M2钢还存在着其它缺点，例如淬火温度范围窄(1200℃～1220℃)，制成刀具的使用寿命较低等。
技术实现思路
由鉴于此，本专利技术确有必要提供一种高硅锰高速钢材料及其制备方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种高硅锰高速钢材料，在通用高速钢基础上提高了硅锰的含量。该高硅锰高速钢材料的化学成分以重量百分数计由下列组分组成：C0.80％～0.90％、Si1.30％～2.20％、Mn0.70％～1.20％、Cr3.80％～4.4％、Mo4.50％～5.50％、W5.50％～6.25％、V1.75％～2.20％、Nb0.08％～0.20％、S<0.03％、P<0.03％，其余为Fe。上述各组分的重量百分比之和等于100％。基于上述，所述高硅锰高速钢材料的化学成分以重量百分数计由下列组分组成：C0.83％～0.88％、Si1.45％～2.10％、Mn0.80％～1.10％、Cr3.90％～4.35％、Mo4.65％～5.45％、W5.60％～6.20％、V1.80％～2.15％、Nb0.10％～0.18％、S<0.010％、P<0.028％，其余为Fe。上述各组分的重量百分比之和等于100％。基于上述，所述高硅锰高速钢材料的化学成分以重量百分数计由下列组分组成：C0.90％、Si1.92％、Mn0.91％、Cr4.30％、Mo4.85％、W6.01％、V2.15％、Nb0.18％、S<0.005％、P<0.0027％，其余为Fe。上述各组分的重量百分比之和等于100％。本专利技术还提供一种制备上述高硅锰高速钢材料的方法，其步骤包括：熔化：首先分别称取主物料和辅料，然后利用感应电炉熔化所述主物料，得到熔化钢液；其中，所述主物料包括锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、钨铁、钒铁、铌铁和废钢，所述辅料包括碳粉、铝丝、硅铁粉、硅钙丝、稀土丝和经烘烤后的石灰石；精炼：首先在所述熔化钢液的温度大于等于1620℃时，将所述熔化钢液从所述感应电炉中转移至LF钢包炉中，然后向所述熔化钢液中吹入氩气，最后向所述熔化钢液中加入所述辅料进行脱氧处理和脱硫处理，得到精炼钢液；真空脱气：在所述精炼钢液的温度为1620℃～1650℃时，将所述精炼钢液从所述LF钢包炉中转移至VD炉中，然后向所述精炼钢液中吹入氩气，并在控制所述VD炉型腔内的真空度为40Pa时对所述精炼钢液进行真空脱气处理，得到脱气钢液；钢液浇注及后处理：首先在所述脱气钢液的温度为1500℃～1510℃的条件下，对所述脱气钢液进行浇注处理得到钢锭，然后分别对所述钢锭进行锻造、热轧和热处理，得到高硅锰高速钢材料。基于上述，所述精炼的步骤包括：首先在所述熔化钢液的温度大于等于1620℃时，将所述熔化钢液从所述感应电炉中转移至所述LF钢包炉中，然后以0.2Mpa～0.4Mpa的气体压力和以30L/min～40L/min的气体流速，通过向所述熔化钢液中吹入氩气以控制所述熔化钢液表面的渣量厚度为150mm～200mm，最后向所述熔化钢液中加入所述辅料进行脱氧处理和脱硫处理，得到所述精炼钢液。基于上述，所述真空脱气的步骤包括：在所述精炼钢液的温度为1620℃～1650℃时，将所述精炼钢液从所述LF钢包炉中转移至所述VD炉中，然后以0.2Mpa～0.4Mpa的气体压力向所述精炼钢液中吹入氩气；其中，在向所述精炼钢液中吹入氩气的同时，对所述VD炉进行抽真空处理，使所述精炼钢液在真空度为40Pa的条件下真空脱气处理10min～15min，得到真空脱气处理后的所述精炼钢液；最后在常压下向真空脱气处理后的所述精炼钢液中软吹氩气10min～15min，得到所述脱气钢液；其中，控制所述脱气钢液的温度为1530℃～1540℃。基于上述，在所述钢液浇注及后处理的步骤中，分别对所述钢锭进行锻造、热轧和热处理的分步骤包括：首先所述钢锭加热至1130℃～1150℃并进行保温3小时，然后在开锻温度为1060℃、终锻温度为880℃的条件下，对所述钢锭进行锻造处理，得到锻造钢坯；在热轧加热温度为1120℃～1150℃、开轧温度为1050℃～1100℃、终轧温度为880℃的条件下，采用棒线材连轧生产线对所述锻造钢坯进行热轧处理得到热轧钢材；最后对所述热轧钢材进行退火处理，得到所述高硅锰高速钢材料，其中退火温度为880℃、保温时间为9h、退火出炉温度为500℃。基于上述，制备高硅锰高速钢材料的方法还包括：在对所述热轧钢材进行退火处理之后再对其进行冷拉处理，得到所述高硅锰高速钢材料。本专利技术所提供的高硅锰高速钢材料成分中各主要元素的作用如下：硅(Si)、锰(Mn)：本专利技术所述的高硅锰高速钢材料，在通用高速钢基础上较大幅度提高了硅锰的含量。该钢中含有重量百分数为1.30％～2.20％的硅，硅能促进铸态高速钢中的M2C碳化物分解成M6C和MC两种碳化物，因此细化了钢中的碳化物颗粒，对提高钢的淬、回火硬度有利；同时，硅能够固溶于钢的基体之中，起到了固溶强化作用。本专利技术所述的高硅锰高速钢材料中还含有重量百分数为0.70％～1.20％的锰，锰能固溶于钢的基体之中，起到了固溶强化作用，能够提高钢的强度，还能提高钢的耐磨性；同时，硅锰还提高钢的淬透性。因为硅是扩大钢的铁素体区的元素，而锰是扩大钢的奥氏体区的元素，本专利技术选用了上述特定质量百分比的硅和锰复合加入，使硅锰相互配合，从而对钢的相变点不产生影响，所以不会影响钢的热加工和热处理的温度，起到了强化高速钢基体的作用。本专利技术提供的高硅锰高速钢材料经过适当的淬、回火热处理之后抗弯强度比现在应用最多的通用高速钢种W6Mo5Cr4V2提高了500Mpa～700Mpa，提高了高速钢的耐磨性和使用性能。碳(C)：碳在高速钢中是碳化物的形成元素，其对高速钢的工艺性能和使用性能有十分重要的影响。含碳量过高或过低都将对高速钢的性能产生不利影响。若含碳量过低，则不能保证形成足够数量的合金碳化物，同时由于含碳量过少，在高温奥氏体和马氏体中的含量亦将减少，以致降低高速钢的硬度、耐磨性和高温强度。与之相反，若碳含量过高，则碳化物数量增多，同时基体组织中的碳化物分布不均匀性将会增加，以致使高速钢的塑形降低、脆性增加，在使用过程中表面极易发生脆性剥落。铬(Cr)：铬是高速钢中碳化物的形成元素之一，铬在高速钢中形成Cr23C6型的碳化物，并有部分地溶于其它碳化物。淬火加热时，Cr23C6全部溶于奥氏体。铬还能够促进钨和钼的碳化物的溶解。回火时，铬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高硅锰高速钢材料，其特征在于，该高硅锰高速钢材料的化学成分以重量百分数计由下列组分组成：C 0.80%～0.90%、Si 1.30%～2.20%、Mn 0.70%～1.20%、Cr 3.80%～4.4%、Mo 4.50%～5.50%、W 5.50%～6.25%、V 1.75%～2.20%、Nb 0.08%～0.20%、S< 0.03%、P< 0.03%，其余为Fe。

【技术特征摘要】
1.一种高硅锰高速钢材料，其特征在于，该高硅锰高速钢材料的化学成分以重量百分数计由下列组分组成：C0.80%～0.90%、Si1.30%～2.20%、Mn0.70%～1.20%、Cr3.80%～4.4%、Mo4.50%～5.50%、W5.50%～6.25%、V1.75%～2.20%、Nb0.08%～0.20%、S<0.03%、P<0.03%，其余为Fe。2.根据权利要求1所述的高硅锰高速钢材料，其特征在于，所述高硅锰高速钢材料的化学成分以重量百分数计由下列组分组成：C0.83%～0.88%、Si1.45%～2.10%、Mn0.80%～1.10%、Cr3.90%～4.35%、Mo4.65%～5.45%、W5.60%～6.20%、V1.80%～2.15%、Nb0.10%～0.18%、S<0.010%、P<0.028%，其余为Fe。3.根据权利要求1所述的高硅锰高速钢材料，其特征在于，所述高硅锰高速钢材料的化学成分以重量百分数计由下列组分组成：C0.90%、Si1.92%、Mn0.91%、Cr4.30%、Mo4.85%、W6.01%、V2.15%、Nb0.18%、S<0.005%、P<0.0027%，其余为Fe。4.一种制备权利要求1～3任一项所述的高硅锰高速钢材料的方法，其步骤包括：熔化：首先分别称取主物料和辅料，然后利用感应电炉熔化所述主物料，得到熔化钢液；其中，所述主物料包括锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、钨铁、钒铁、铌铁和废钢，所述辅料包括碳粉、铝丝、硅铁粉、硅钙丝、稀土丝和经烘烤后的石灰石；精炼：首先在所述熔化钢液的温度大于等于1620℃时，将所述熔化钢液从所述感应电炉中转移至LF钢包炉中，然后向所述熔化钢液中吹入氩气，最后向所述熔化钢液中加入所述辅料进行脱氧处理和脱硫处理，得到精炼钢液；真空脱气：在所述精炼钢液的温度为1620℃～1650℃时，将所述精炼钢液从所述LF钢包炉中转移至VD炉中，然后向所述精炼钢液中吹入氩气，并在控制所述VD炉型腔内的真空度为40Pa时对所述精炼钢液进行真空脱气处理，得到脱气钢液；钢液浇注及后处理：首先在所述脱气钢液的温度为1500℃～1510℃的条件下，对...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱昌宏，蒋荣坤，
申请(专利权)人：江苏精工特种材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32