耐磨工具钢制造技术

本发明专利技术提供了一种耐磨工具钢，采用快速凝固工艺制备，且其化学组分按质量百分比计包括：C：1.5％

【技术实现步骤摘要】
耐磨工具钢


[0001]本专利技术涉及工具钢材料
，特别涉及一种耐磨工具钢。

技术介绍

[0002]对于工具钢，尤其是冷作工具钢，对其耐磨性能及韧性有极高的要求，例如冲切、冲压、弯曲和深拉、金属粉末压制、冷轧轧辊等。就其应用工况而言，为了提高使用寿命，对工具钢的耐磨性能也提出了越来越高的要求。
[0003]现有的技术方案，主要以促进工具钢中形成大量碳化物来提高耐磨性能，例如M6C、M23C6、M7C3以及MC等，其中MC碳化物主要包括富V类或富Nb类。MC碳化物硬度相比其它类型碳化物硬度要高，能够更好地起到防止工具钢应用过程表面磨损的发生，所以MC碳化物在工具钢中被普遍使用。如一种典型商用牌号10V工具钢V合金质量分数9.75％，高V工具钢的生产需要注意一点，由于V与C具有很强的化学结合能力，所以在钢液的冷却凝固早期就开始形成并长大，容易导致偏析和碳化物粗大，从而影响工具钢需要的其它必要性能，如韧性、可加工性等。
[0004]粉末冶金工具钢合金中V含量可以设计到非常高的水平，如前述10V工具即为采用粉末冶金工艺制备，组织中合金元素仍能保持均匀分布。随着V合金元素在工具钢中使用量的提高带来成本的提升也是显而易见的，如何一方面提升合金的耐磨性能，同时提升合金的性价比是需要考虑的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种耐磨工具钢，以使其具有优异的耐磨性能。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]一种耐磨工具钢，所述耐磨工具钢采用快速凝固工艺制备，且其化学组分按质量百分比计包括：C：1.5％
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3.9％，Si：0.4％
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1.2％，Mn：0.3％
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1.0％，Cr：4％
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7％，Mo：1.0％
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3％，V：≤15％，Ti：0.5％
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6％，余量为Fe和杂质。
[0008]进一步的，其化学组分按质量百分比计包括：C：1.5％
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3.5％，Si：0.4％
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1.2％，Mn：0.3％
‑
0.8％，Cr：4％
‑
7％，Mo：1.0％
‑
3％，V：≤15％，Ti：0.5％
‑
3％。
[0009]进一步的，(V+Ti)范围为：5％
‑
16％。
[0010]进一步的，所述杂质包括O，且O：≤0.03％。
[0011]进一步的，所述杂质包括S，且S：≤0.3％。
[0012]进一步的，所述杂质包括P，且P：≤0.05％。
[0013]进一步的，所述快速凝固工艺包括粉末冶金工艺或喷射成形工艺。
[0014]进一步的，所述耐磨工具钢中富Ti型MX碳化物的体积分数为1
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15％。
[0015]进一步的，富Ti型MX碳化物颗粒尺寸≤7μm。
[0016]进一步的，至少80％的富Ti型MX碳化物颗粒尺寸≤3μm。
[0017]本专利技术中，特定的化学成分及配比是实现其耐磨性能的必要条件，各化学组分作
用及原理简述如下：
[0018]C元素一部分固溶于基体，有利于热处理后一定硬度的获得，另外C元素参与各类碳化物的形成，对于本实施例的耐磨工具钢，其耐磨性能的获得关键在于形成超高硬度富Ti类型MX碳化物，其中M代表以Ti为主的元素，X代表以C为主的元素，也可与N一同形成C、N混合型MX碳化物。
[0019]在此需要说明的是，对于本专利技术的耐磨工具钢，N不是一种必须元素，但出于成本考虑，在气雾化制粉环节，以氮气为雾化介质时，N的含量会增加到一定数值，在一定含量范围内，N能够发挥有益作用，主要是与C一起参与碳化物形成，此时需要对C的含量进行重新核定以维持合适的碳平衡系数。过高N的存在对于本专利技术的合金钢被认为是不利的，主要的原因在于：过量N的增加，会导致雾化过程存在钢液堵塞漏眼的风险。出于获得最佳综合力学性能角度考虑，C的合适的含量范围设定为1.5％
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3.9％，优选范围为1.5％
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3.5％，N的合适的含量范围为≤0.2％，在上述范围内能够获得最大耐磨性能以及强韧性的配合。
[0020]Si作为一种脱氧剂和基体强化元素来使用，但过高的Si导致基体脆性增加，因此本专利技术中，Si的合适的含量范围为0.4％
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1.2％。
[0021]Mn作为脱氧剂加入，可以弱化S的有害作用，适当Mn还可增加淬透性，但过高Mn增加脆性风险，因此本专利技术中，Mn的合适的含量范围为0.3％
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1.0％，优选范围为0.3％
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0.8％。
[0022]Cr在本专利技术中主要用来提高基体淬透性，Cr的合适的含量范围为4％
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7％。
[0023]Mo用来提高淬透性，以促使热处理后达到所需硬度，Mo的合适的含量范围为1.0％
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3％。
[0024]Ti与C或N反应形成高硬度富Ti型MX碳化物，其微观硬度达到HV3000以上，显著高于其他类型碳化物以及可能导致磨损的绝大多数硬质颗粒，所以在磨损性工况条件下能够实现更好保护基体的作用，从而提高耐磨性能。富Ti型MX碳化物在基体的存在不用担心类似表面涂覆TiC或TiN等方式存在表面脱落的风险，基于粉末冶金工艺，富Ti型MX碳化物能够在基体中以细小近似球状颗粒由外而内均匀分布于整个基体，能够在工件使用过程的全寿命周期内稳定发挥作用。由于过高的Ti会形成大量高熔点碳化物导致气雾化制粉过程变得不稳定，因此本专利技术中，Ti的合适的含量范围为0.5％
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6％，优选范围为0.5％
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3％。
[0025]V原则上可以全部或部分被替换为Ti，出于性价比的考虑V含量应当尽可能低，但是根据本专利技术的设计理念，虽然富V型MX碳化物对耐磨性能提升的有效性相对差一些，但V元素导致气雾化制粉过程中堵钢的风险较低，因此V合金元素可作为一种补充和Ti合金元素配合使用来满足极高耐磨性能的需求。在本专利技术中，V的合适的含量范围为≤15％，同时V+Ti的质量分数总量范围为5％
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16％。
[0026]除了上述设定的化学组分，本专利技术的耐磨工具钢，余量为Fe基体，当然还包括一些不可避免的残余微量元素，包括O、S、P等，为了防止对合金力学性能产生不利影响，要求O的合适的含量范围为≤0.03％，S的合适的含量范围为≤0.3％，P的合适的含量范围为≤0.05％。
[0027]除此以外，本专利技术的化学组分中，杂质还可包括Zr、Mg、Al、Co、Cu、Ni、Sn和Pb中的至少一种，且这些杂质的总量不大于1％。
[0028]本专利技术的耐磨工具钢，通过选定合适的化学组分及配比，工具钢中高硬度富Ti型
的MX碳化物体积分数为1
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15％，且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐磨工具钢，其特征在于，所述耐磨工具钢采用快速凝固工艺制备，且其化学组分按质量百分比计包括：C：1.5％
‑
3.9％，Si：0.4％
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1.2％，Mn：0.3％
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1.0％，Cr：4％
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7％，Mo：1.0％
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3％，V：≤15％，Ti：0.5％
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6％，余量为Fe和杂质。2.根据权利要求1所述的耐磨工具钢，其特征在于：其化学组分按质量百分比计包括：C：1.5％
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3.5％，Si：0.4％
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1.2％，Mn：0.3％
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0.8％，Cr：4％
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7％，Mo：1.0％
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3％，V：≤15％，Ti：0.5％
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【专利技术属性】
技术研发人员：李小明，
申请(专利权)人：武汉钜能科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：