[发明专利]一种含钴高速钢的取代钢种

说明书

本发明公开了一种含钴高速钢的取代钢种，所述钢种成分及重量百分比为：C含量为1.0～2.5％，Si含量为0.72～2.0％，Mn含量为0.31～1.5％，Cr含量为4.0～8.0％，Mo含量为5.5～10.0％，V含量为2.0～9.0％，W含量为2.0～10.0％。所述钢种利用喷射成形的超高速凝固提高Mo、V、W、Si等合金元素的固溶能力以取代Co对高速钢基体和碳化物的固溶强化作用和高温稳定性，同时用Si来消除较高Mo、V、W含量带来的不利影响，用较经济的成分达到或超过含钴高速钢的使用性能和寿命。本发明应用于高性能高速钢制造。

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，特别涉及高速钢技术领域。

背景技术

高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，又称高速工具钢或锋钢。因其工艺性能好，强度和韧性配合好，主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具，也可制造高温轴承和冷挤压模具等。高度钢一般分为普通高速钢、高性能高速钢和粉末冶金高速钢。高性能高速钢是在普通高速钢成分中再添加一些C、V、Co、Al等合金元素，与普通高速钢相比进一步提高了耐热性能和耐磨性，其耐用度为普通高速钢的1.5～3倍。在高性能高速钢一般分为含钴高速钢和含铝高速钢，其中含钴高速钢中的钴元素可以提高高速钢的红硬性和切削速度，因此含钴高速钢具有良好的综合性能。但是，近年来由于从手机到电动汽车蓄电池对钴的大量需求，使得钴价在一年内涨了近3倍，目前金属钴价格为420元/公斤，其加入量成本占T15M炉料成本37％，占M42炉料成本55％，这使得含钴高速钢的价格也相应急剧上涨。

目前高速钢生产工艺有两种，即传统熔炼工艺和粉末冶金工艺。高速钢的品质基础是纯净度和组织，为改善纯净度，冶炼工序广泛采用了精炼技术，如炉外精炼LF、真空脱气VD、电渣重熔ESR和真空感应熔炼VIM；为改善铸态组织，研究了电渣重熔ESR、粉末冶金工艺PM和喷射成形工艺SF。其中喷射成形具有致密度高，成形后合金的氧含量低，具有快速凝固的显微组织特征，材料性能优异且易加工成形，工艺流程短，成本低等优点，逐渐成为制备高速钢的主要方法。

喷射成形的原理是将熔融金属或合金在惰性气氛中雾化为细小固态、半固态或液态熔体射流，随后直接喷射到较冷的衬底表面上，熔滴在沉积器表面附着、堆积、铺展、融合、固结而形成沉积坯件。这一短暂时间内发生并完成的复杂的物理冶金过程，可分成金属释放、雾化、喷射、沉积、沉积体凝固等5个阶段。因此合金在熔融状态下的粘度是影响喷射成形工艺的重要因素之一。

专利号为CN201210433966公开了一种无钴高速钢，但是这篇专利中公开的成分为：C为1.5～1.7％，Cr为4.4～4.8％，Mo为4.8～5.2％，W为7.0～7.4％，V为3.2～3.6％，Nb为0.6～1.0％，Ti为0.2～0.4％，Si为0.5～0.7％，Mn为0.1～0.3％，N为0.06～0.1％；从这篇专利公开的合金成分可知，此种合金含N量较高，较高的N元素会增大钢液的粘度，从而使得此种钢种难以进行喷射成形；此种钢种含有较高的Ti，Ti对N、O、C均有较强的亲合力，可以形成TiN、TiC、TiO，在这其中Ti与C的结合力极强，并且TiC很稳定，不易分解，并且TiC熔点高，体积大，所以增加了钢液的粘度，使得喷射成形技术难以应用；过高含量的V、Mo、W元素还增大了奥氏体的稳定性，特别是喷射钢这些元素的固溶量较高，致使淬火后残余奥氏体急剧增加并极难回火消除，致使刀具硬度和使用寿命不高；Mo，W等元素可以提高高速钢的红硬性，V等元素可以提高高速钢的二次硬化和耐磨性，但是这些元素都是强碳化物形成元素，尽管其含量较高，但这些合金元素大多与C结合形成碳化物，很少一部分能取代Co的固溶强化作用和减慢合金K的析出与聚集长大。

发明内容

本发明提供一种含钴高速钢的取代钢种，利用喷射成形的超高速凝固提高Mo、V、W、Si等合金元素的固溶能力以取代Co对高速钢基体和碳化物的固溶强化作用和高温稳定性，同时用Si来消除较高Mo、V、W含量带来的不利影响，用较经济的成分达到或超过含钴高速钢的使用性能和寿命。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案。