高碳高钒耐磨钢及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高碳高钒耐磨钢，其化学组分按质量百分比计包括：C：2.0‑3.0％，W：3.5‑5.0％，Mo：2.0‑4.0％，Cr：4.0‑5.0％，V：7.0‑9.0％，余量为铁；所述高碳高钒耐磨钢的碳化物组成为MC碳化物和M6C碳化物，其中MC碳化物的类型为VC。本发明专利技术所述的高钒耐磨钢的具有均一的显微组织结构，具备优异的耐磨性能、硬度和加工组织性，用途广泛。本发明专利技术的制备方法成本低于粉末冶金工艺，整体降低了生产成本。

High carbon and high vanadium wear resistant steel and its preparation method

The invention provides a high carbon and high vanadium wear-resistant steel, whose chemical components include: C: 2.0_3.0%, W: 3.5_5.0%, Mo: 2.0_4.0%, Cr: 4.0_5.0%, V: 7.0_9.0% by mass percentage, and the carbide composition of the high carbon and high vanadium wear-resistant steel is MC carbide and MC carbide, in which MC carbide is MC carbide. The type is VC. The high vanadium wear-resistant steel has uniform microstructure, excellent wear resistance, hardness and processing microstructure, and is widely used. The preparation method of the invention is lower than the powder metallurgy process and reduces the production cost as a whole.

【技术实现步骤摘要】
高碳高钒耐磨钢及其制备方法
本专利技术涉及高速钢，特别涉及一种高碳高钒耐磨钢。同时，本专利技术还涉及一种高碳高钒耐磨钢的制备方法。
技术介绍
高速钢是高速工具钢的简称，是一种成分复杂的化合物，高速钢除含有高的碳量外，还有大量的W、Cr、V、Mo等合金成分；合金和碳元素形成了大量的碳化物，使高速钢具有高硬度、高红硬性、高耐磨性和足够的韧性，极大地提高了其切削速度，带来了机床工具行业的革命。随着被加工材料的不断变化及生产加工的需要，人们不断改变高速钢的成分，先后出现了高钼高速钢M1、钨钼高速钢M2、高碳高钒高速钢、加硫易切削高速钢、超硬高速钢M40系列。高速钢常用于钻头、丝锥、锯条以及滚刀、插齿刀、拉刀等精密工具，尤其适用于制造金属切削刀具。因此，高碳高钒耐磨钢对耐磨性的要求较高。目前，高碳高钒高速钢加大了碳元素的含量，形成VC，使高速钢得到高的硬度和耐磨性。专利CN104878304B公开了一种喷射成形耐磨耐腐蚀工具钢，这种工具钢虽然相较于其它高速钢在耐磨性能和耐腐蚀性能方面都显著提高，但其耐磨性能和硬度还有待提高，因此其在应用方面受到了一定程度的限制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种高碳高钒耐磨钢，以获得的具有均一的显微组织结构的钢材，使得钢材具备优异的耐磨性能、硬度和加工组织性，扩大其应用范围。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种高碳高钒耐磨钢，所述高碳高钒耐磨钢的化学组分按质量百分比计包括：C：2.0-3.0％，W：3.5-5.0％，Mo：2.0-4.0％，Cr：4.0-5.0％，V：7.0-9.0％，余量为铁；所述高碳高钒耐磨钢的碳化物组成为MC碳化物和M6C碳化物，其中MC碳化物的类型为VC。本专利技术通过采用高C、高V和含W的设计原则，并采用喷射成型工艺，促进合金元素在喷射成形工艺下参与碳化物的形核与细化，从而提高合金的耐磨性和韧性。C元素的作用：C元素是碳化物的组成元素之一，部分C元素部分固溶于基体，提高基体强度。C的含量不低于2.0％，以保证合金元素能够充分参与碳化物的析出，当C含量低于2.0％时，碳化物的数量相应减少，使钢的耐磨性和切削性能降低。C的最大含量不高于3.0％，以保证钢的均匀性和强韧性，当C含量高于3.0％时，则会形成大量的过剩碳化物，导致碳化物的分布不均匀性增加，使钢的塑性、韧性降低，锻造性能变差，而且淬火加热时，容易产生不良组织，造成性能下降。在上述C含量为2.0-3.0％范围内，能够获得最大的耐磨性、均匀性和强韧性的配合。在设计合金成分时，C元素的含量计算公式为：C％＝0.235V％+0.060Cr％+0.063Mo％+0.033W％，钢的耐磨性随着C元素含量的增大而得到提高。V元素的作用：V元素为强碳化物形成元素，在钢中与C元素结合形成高硬度、高强度的MC碳化物，是钢耐磨性的决定性组织因素。喷射工艺快速凝固的特点，可以制备超高含量C、V和N的钢，获得超高耐磨性，V元素的含量不低于7.0％，以保证能够形成足够数量的MC碳化物，当V的含量低于7.0％时，MC碳化物的数量相应减少，使钢的耐磨性和切削性能降低。V的最大含量不高于9.0％，否则会使钢的可加工性变差。随着V元素含量的增大，可获得大量尺寸细小、颗粒状MC型碳化物，从而提高高速钢的耐磨性。W元素的作用：普通高速钢中，W元素与C元素、Fe元素结合，形成一定数量的难以溶解的一次碳化物，即M6C碳化物。而本钢中W元素的主要作用为形成足够数量的二次碳化物，该二次碳化物为M6C，其通过高温固溶获得含有一定W元素的马氏体，保证了马氏体足够的合金度，进而提高钢的硬度。相比普通不含W元素高碳高钒高速钢，本专利技术高碳高钒耐磨钢在具有超高耐磨性的前提下，也具有高硬度，使其尤其适于制造金属切削刀具。W元素的含量不低于3.5％，以保证足够的合金度。W的最大含量不高于5.0％，以保证其加工性能。Mo元素的作用：Mo元素与W元素的主要作用相当，为形成足够数量的二次碳化物。但是，在二次硬化特性方面，Mo元素尚不能完全取代W元素，这是由于其抗回火性较差。本专利技术Mo元素的含量为2.0-4.0％。Cr元素的作用：Cr元素能够促进碳化物的析出，同时，部分Cr元素部分固溶于基体，提高钢的淬透性。本专利技术Cr元素的含量为4.0-5.0％。进一步的，所述高碳高钒耐磨钢的化学组分按质量百分比计包括：C：2.3-2.6％；W：3.8-4.5％；Mo：3.2-3.4％；Cr：4.0-4.5％；V：7.8-8.3％，余量为铁。为了达到更好的综合性能，本专利技术高碳高钒耐磨钢中的各化学组分应控制在要求的范围内。进一步的，所述MC碳化物的体积分数为16-20％。进一步的，至少5-7％体积分数的所述MC碳化物尺寸≤3μm，MC碳化物最大尺寸不超过12μm。进一步的，所述M6C碳化物的类型为(Mo、W)6(C、N)。进一步的，所述M6C碳化物的体积分数为3-5％。进一步的，所述M6C碳化物MC尺寸≤4μm。本专利技术还提供了一种高碳高钒耐磨钢的制备方法，以制备出如上述所述的高碳高钒耐磨钢。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种高碳高钒耐磨钢的制备方法，具体包括下列步骤：a、按上述化学组成要求制备钢水：通过熔炼炉冶炼钢水，然后采用炉外精炼的方法，去除夹杂物，提高钢水的纯净度。b、通过喷射工艺制备钢锭：采用200-250℃的过热度，制备出直径为350-550mm的钢锭。在传统冶炼工艺中V元素的含量一般控制在3％左右，而超过3％时MC碳化物形貌急剧恶化，而粉末冶金工艺中V元素的含量不受限制，由于其极快的凝固速度，MC碳化物一般控制在3μm左右。喷射成形工艺的凝固速度处于二者之间，在成分控制方面不受限制，同时，先共晶碳化物MC尺寸约为8μm，又存在一定数量的M6C、MC细小碳化物，这就决定了喷射钢的超高的耐磨性能。c、钢锭退火：采用余热退火的方式对钢锭进行退火。采用800℃保温1-4h，后以10℃/s的速度冷却至700℃，随炉冷却。d、钢锭加热：加热温度至1100-1120℃，保温10-15小时。喷射钢的致密度约为98％，不能达到100％，存在疏松等缺陷。为了克服该缺陷，提高钢的硬度和耐磨性，本专利技术设计对钢锭进行加热。由于空气的导热性要低于金属导热性，这就要求钢锭加热时间延长。同时，喷射钢锭因不存在成分偏析及组织偏析，温度可稍微降低。e、钢锭热加工：单次压下量60-100mm，得到锻材。为了焊和原始钢锭中存在的疏松，达到100％致密的效果，本专利技术设计对钢锭进行热加工。因为喷射钢原始组织不存在偏析，所以热变形抗力较小，可采用较大的单次压下量60-100mm。f、退火：采用900℃保温1-4h，后以10℃/s的速度冷却至700℃，随炉冷却，得到钢材。相对于现有技术，本专利技术具有以下优势：采用本专利技术的技术方案，获得高碳高钒耐磨钢的具有均一的显微组织结构，具备优异的耐磨性能、硬度和加工组织性，用途广泛。本专利技术的制备方法成本低于粉末冶金工艺，整体降低了生产成本。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例1.1所述的高碳高钒钢的组织图。具体实施方式需要说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高碳高钒耐磨钢，其特征在于：所述高碳高钒耐磨钢的化学组分按质量百分比计包括：C：2.0‑3.0％，W：3.5‑5.0％，Mo：2.0‑4.0％，Cr：4.0‑5.0％，V：7.0‑9.0％，余量为铁；所述高碳高钒耐磨钢的碳化物组成为MC碳化物和M6C碳化物，其中MC碳化物的类型为VC。

【技术特征摘要】
1.一种高碳高钒耐磨钢，其特征在于：所述高碳高钒耐磨钢的化学组分按质量百分比计包括：C：2.0-3.0％，W：3.5-5.0％，Mo：2.0-4.0％，Cr：4.0-5.0％，V：7.0-9.0％，余量为铁；所述高碳高钒耐磨钢的碳化物组成为MC碳化物和M6C碳化物，其中MC碳化物的类型为VC。2.根据权利要求1所述的高碳高钒耐磨钢，其特征在于：所述高碳高钒耐磨钢的化学组分按质量百分比计包括：C：2.3-2.6％；W：3.8-4.5％；Mo：3.2-3.4％；Cr：4.0-4.5％；V：7.8-8.3％，余量为铁。3.根据权利要求1-2中所述的任一项高碳高钒耐磨钢，其特征在于：所述MC碳化物的体积分数为16-20％。4.根据权利要求1-2中所述的任一项高碳高钒耐磨钢，其特征在于：至少5-7％体积分数的所述MC碳化物尺寸≤3μm，MC碳化物最大尺寸不超过12μm。5.根据权利要求1-2中所述的任一项高碳高钒耐磨钢，其特征在于：所述M...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜文华，默雄，孙瑞谦，张海军，辛栋梅，米永旺，申春杰，杨云峰，
申请(专利权)人：河冶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13