一种高钒高钴高速钢的制造方法技术

本发明专利技术提供一种高钒高钴高速钢的制造方法，其成分质量百分比为：Ｃ１．１～２．１８，Ｗ５．０～８．０，Ｍｏ４．０～６．０，Ｃｒ３．０～５．０，Ｖ１．２～８．３，Ｃｏ６．５～１１．５，其余为Ｆｅ。工艺步骤包括制备母合金、喷射成形、热锻、淬火回火处理、车削铣削和磨削处理或进行ＴｉＮ／ＡｌＴｉＮ涂层处理。本发明专利技术省略了粉末冶金中粉末的筛分、混批、封装、冷、热等静压等工序，不需要昂贵的设备投资，且性能达到甚至超过粉末高速钢，节省了工艺成本，降低了高速钢的使用价格，广泛使用于各种刀具，如制造难加工材料的切削工具，特别适合制作高速切削、高热硬性、高寿命刀具如大型拉刀、剃齿刀和加工齿轮的滚刀、插齿刀、数控机床用各类铣刀等，还可用于制作模具等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超高合金化高速钢的制造方法，特别涉及高钒高钴高 速钢的制造方法，以生产不同场合下使用的刀具。
技术介绍
高钒高钴高速钢是一种高合金钢种。人们通常采用粉末冶金方法生产该类钢种，如中国专利公开号CN1087358C、 CN1156595C所公开的高钒 高钴高速钢，其组织均匀、无宏观偏析、碳化物弥散分布且无方向性。它 兼具韧性与耐磨性，广泛用于制造难加工材料的切削工具，特别适合制作 对于要求高速切削、高热硬性、高寿命的刀具如大型拉刀、剃齿刀和加工 齿轮的滚刀、插齿刀、数控机床用各类铣刀等。但是，粉末冶金的工序相当复杂，包括熔炼、雾化、筛分、混批、封装、冷等静压、热等静压、热锻或热轧、解除封装、铣削、热处理和磨肖U等过禾呈(C.Spiegelhauer."Industrial production of tool steels using the spray forming technology" .Proceedings of the 6th International Tooling Conference, Karlstad, Sweden, 10-13 September 2002: 1101 1108.)。这些工序进行过程中，需要热等静压等设备昂贵的投资以及雾化装置的尺寸要 求比较大，而且粉末冶金材料的收得率比较低，能源利用率不高，因此粉 末冶金高速钢的价格相当昂贵。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，其工序比粉 末冶金工序简单得多，省略了粉末冶金中粉末的筛分、混批、封装、冷等 静压、热等静压等工序，不需要昂贵的设备投资，且最终材料的性能达到 甚至超过成分相近的粉末高速钢，节省了工艺成本，降低了粉末冶金高速 钢的使用价格，有利于机械制造业的广泛使用。为达到上述目的，本专利技术的高钒高钴高速钢的制造方法，包括如下步1) 制备母合金，其化学成分质量百分比为C 1.1~2.18， W 5.0 8.0， Mo4.0 6.0' Cr3.0 5.0， V 1.2 8,3， Co6.5 11.5，其余为Fe和不可避免杂质；2) 采用喷射成形工艺，将高钒高钴高速钢母合金棒料置于其坩埚内，并施加电流进行加热重熔，在高于熔点100 25(TC温度下保持一段 时间，使熔体的温度和成分达到均匀；通过喷嘴雾化器，其射流气 体与金属液相互作用的距离短，使得液滴细化，细小液滴飞行并沉 积在收集基板上，冷却凝固并形成块体；获得高钒高钴高速钢坯体;3) 热锻，将喷射成形坯体表面剥皮，退火，将高速钢坯体加热到奥氏 体化温度850 880°C，保温lOhr以上后缓冷至小于等于600。C出炉 空冷，冷却速度。0K/hr;4) 热锻加热温度在 1100 1180 °C ; 加热保温时间 t=dx(1.0~2.0)min/mm， d为锻造样品的厚度;热锻的锻造比为29:1;5) 锻打后再进行退火，将高速钢加热到奥氏体化温度850-880°C，保 温lOhr以上后缓冷至小于等于60(TC出炉空冷，冷却速度。0K/hr;6) 热锻后淬火处理，在电极盐浴炉中进行预热，预热温度S50 88(TC， 盐浴介质为70 80%BaCl2+30 20%NaCl;采用电极盐浴炉加热到淬 火温度1140°C 1230°C，盐浴介质是100%BaCl2;7) 将试样放到冷却介质50%BaCl2+30%KCl+20%NaCl中冷却到 600 650。C温度，空冷；8) 回火处理，将试样放到温度为500 58(TC的介质100%NaNO3中进行 回火处理，回火时间为0.5~lhr，回火次数1 4次；进一步，还可对试样进行TiN或AlTiN涂层处理。 步骤6)所述的冷却介质采用50%BaCl2+30%KCl+20%NaCl。 本专利技术得到的高钒高钴高速钢使用性能达到甚至超过成分相近的粉 末高速钢。在本专利技术的具体生产工艺中(1)制备高钒高钴高速钢铸态母合金采用真空感应炉冶炼冶高钒高钴高速钢的母合金，并将合金熔液浇铸到特制的耐火材料多孔模中，获得满足设计成分的母合金棒料；(2) 喷射成形按喷射成形中频感应炉容量大小和形状要求，将高钒高钴高速钢母合 金棒料按合理的尺寸大小置于其坩埚内，并施加电流进行加热重熔。由于 合金含量比较高，在常规熔炼过程中容易出现合金元素的偏析和如鱼骨 状、网状、块状共晶莱氏体碳化物。而喷射成形过程属于亚快速凝固过程， 其冷却速度足以防止鱼骨状、网状、块状等共晶莱氏体碳化物和合金元素 的偏析。不过，由于在喷射成形过程中，高钒高钴高速钢颗粒和液滴冲击 基板后，在沉积成坯的同时会使坯的温度升高。如果过热度比较高的话， 在沉积过程中存在的未凝固液滴里就有可能会出现影响材料性能的网状 共晶莱氏体。因此对于高钒高钴高速钢来说，应遵循低温快浇的原则。但 喷射成形的过热度也不能太低，因为如果太低，会使沉积的坯内孔洞增多。 总之，在喷射成形过程中，控制钢液的过热度是关键因素之一。本专利技术采 用的过热度高于钢的固液两相温度100~250°C。此外，目前普遍用于喷射成形的雾化喷嘴是环缝非限制式喷嘴，容易 实现连续生产，但其射流气体与金属液相互作用的距离长，气体的射流衰 减快，因此能量利用率低，生产的粉末较粗。由于本专利技术中要求材料的显 微组织晶粒非常细小，因此必须使熔体雾化时产生的液滴要非常细小，本 专利技术使用的喷射成形雾化器是选用环孔紧密耦合型喷嘴，其射流气体与金 属液相互作用的距离短，使得液滴细化，能量利用率高，该喷嘴为现有技 术，在此不再赘述。(3) 热锻加工通过热锻，可以达到两个目的 一方面，可以使高钒高钴高速钢喷射 成形坯体致密化，密度接近理论密度；另一方面，由于喷射成形的雾化过 程屮，不可避免地出现大尺寸液滴，大液滴在沉积过程中因为冷却速度稍 慢会出现共晶莱氏体。这些共晶莱氏体的存在会影响材料的性能，因此必 须运用热加工的方法将其去除或粉碎。要达到这两个目的，必须严格控制 热锻的温度和变形量。对于高钒高钴高速钢而言，需要控制热锻的加热温 度和保温时间，如果温度太高，则会出现碳化物明显粗化和角状化，造成 随后的热锻过程中容易产生裂纹。保温时间太长也会造成晶粒的长大。为达到上述两个目的，本专利技术所用的热锻加热温度为1100 1180°C，保温时 间遵循t:dxl.Omin/mm (d为锻造样品的厚度)。热锻的锻造比为29:1。此外，在高钒高钴高速钢喷射成形坯体中，由于冷却速度较快，使得 喷射成形坯体显微组织以马氏体组织为主，因此材料的硬度非常高，可以 达HRC59以上，其脆性也比较大。如此高的硬度，会使得材料在锻打过 程中出现高的抗应变力，造成锻打过程中材料易开裂。因此为防止材料在 锻打过程中出现开裂，同时有利于碳化物的分解和扩散，在锻打之前，对 高钒高钴高速钢喷射成形坯体进行表面剥皮后退火处理。在锻打之后，由 于锻造材料存在一定的残余应力，且空冷下因合金度高而发生马氏体相 变，还存在一定量屈氏体组织，使得材料的硬度比较高，不利加工，因此 在锻打后还需要对材料进行退火处理，降低硬度，消除残余应力，改善切 削加工性，为淬火做好组织准备。锻打前后的退火工艺是将高速钢加热到 奥氏体化温度850-880°C，保温10hr以上后缓冷(冷却速度《30K/hr)至 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高钒高钴高速钢的制造方法，包括如下步骤：１）制备母合金，其化学成分质量百分比为：Ｃ１．１～２．１８，Ｗ５．０～８．０，Ｍｏ４．０～６．０，Ｃｒ３．０～５．０，Ｖ１．２～８．３，Ｃｏ６．５～１１．５，其余为 Ｆｅ和不可避免杂质；２）采用喷射成形工艺，将高钒高钴高速钢母合金棒料置于其坩埚内，并施加电流进行加热重熔，在高于熔点１００～２５０℃温度下保持一段时间，使熔体的温度和成分达到均匀；通过喷嘴雾化器，形成分散、细小液滴，并沉积在收集基板 上，冷却凝固成块体，获得高钒高钴高速钢坯体；３）热锻前，将喷射成形得到的高速钢坯体表面剥皮，退火，将高速钢坯体加热到奥氏体化温度８５０～８８０℃，保温１０ｈｒ以上后缓冷至小于等于６００℃出炉空冷，冷却速度≤３０Ｋ／ｈｒ；４） 热锻，加热温度在１１００～１１８０℃；加热保温时间ｔ＝ｄ×（１．０～２．０）ｍｉｎ／ｍｍ，ｄ为锻造样品的厚度；热锻的锻造比为≥９∶１；５）锻打后再进行退火，将锻打后高速钢样品加热到奥氏体化温度８５０～８８０℃，保温１０ｈｒ以上后缓冷 至小于等于６００℃出炉空冷，冷却速度≤３０Ｋ／ｈｒ；６）热锻后淬火处理，在电极盐浴炉中进行预热，预热温度８５０～８８０℃，盐浴介质为７０～８０％ＢａＣｌ↓［２］＋３０～２０％ＮａＣｌ；采用电极盐浴炉加热到淬火温度１１４０℃～１２３０ ℃，盐浴介质是１００％ＢａＣｌ↓［２］；将试样冷却到６００～６５０℃温度，空冷；７）回火处理，将试样放到温度为５００～５８０℃的介质５０％～１００％ＮａＮＯ↓［３］＋５０％～０％ＫＮＯ↓［３］中进行回火处理，回火时间为０．５～１ｈｒ ，回火次数１～４次。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周灿栋，祝新发，樊俊飞，许辉，乐海荣，陈顺民，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，上海工具厂有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]