[发明专利]一种耐磨高速钢及其制备方法

说明书

一种耐磨高速钢及其制备方法，属于耐磨材料技术领域。高速钢化学组成及其质量分数为：1.6‑2.0％C，4.1‑4.3％V，1.2‑1.4％B，5.3‑5.7％Cr，4.6‑5.1％W，5.4‑6.1％Mo，1.0‑1.2％Co，1.0‑1.4％Ni，1.1‑1.3％Al，0.9‑1.3％Nb，1.0％Si，0.6％Mn，0.03％S，0.03％P，其余为Fe及不可避免的杂质元素。高速钢经1050‑1075℃奥氏体化60‑120分钟，然后空冷至室温，最后，在500‑530℃回火保温6‑8h，可获得孪晶马氏体与硬质碳化物和硼化物组成的复合组织，具有优异的耐磨性。

技术领域

本发明为一种高速钢及其热处理方法，特别涉及一种耐磨高速钢及其热处理方法，属于耐磨材料技术领域。

背景技术

钢铁型材的制造，主要依赖于冷轧与热轧工艺。轧辊是轧钢机的重要组成部件，轧辊的质量和性能直接影响了轧机的生产效率、带钢质量以及生产制造成本。由于长期承受高负荷、交变应力、持续摩擦和高温环境，热轧辊必须具备高硬度、优良的耐磨性和热稳定性。此外，为了应对冲击和振动，轧辊还需要具备一定的强度和韧性，以免造成断辊。近30多年来，使用高速钢作为轧辊材料取得了良好的成效。据报道，在20世纪80年代，我国生产每吨钢材所消耗的轧辊非常多，平均消耗量超过3.0kg/t钢，而随着高速钢轧辊技术的发展，目前我国生产每吨钢材所消耗的轧辊约为0.9kg/t钢材左右。

高速钢的优良耐磨性和红硬性与其组织构成密切相关。高速钢的金相组织主要是马氏体基体和共晶碳化物构成。高速钢中含有较多的碳和其他金属元素。这些元素中的一部分用来形成硬质合金碳化物，它们分布在组织中，增加高速钢的耐磨性；另一部分则固溶到马氏体中，造成晶格畸变，尤其是碳原子的间隙固溶强化作用，使马氏体的强度和硬度获得极大提升。此外，高速钢还具有二次硬化效应：在高温淬火时，一些合金元素(尤其是W、Mo)溶入基体，随后在550℃左右回火时，马氏体中析出细小的二次碳化物MC与M₂C，使钢的硬度变得更高。这使高速钢在600℃左右也有较好的硬度保持能力。因此，高速钢的优良性能得益于以下强化机制：固溶强化、第二相强化和弥散强化。然而，随着材料技术的发展，钢铁材料强度不断上升，变形量不断增大，轧辊的硬度与耐磨性仍有待提升。

为了进一步提高高速钢轧辊的耐磨性，中国发明专利CN202011606779.3公开了一种耐用型高速钢轧辊及其制造方法。该钢的化学成分及重量百分比为：1.50-2.50％C，0.90～1.50％Si，0.40～1.40％Mn，9.00～14.00％Cr，0.50～2.00％Ni，7.00～12.00％Mo，1.00-3.00％V，0.50-2.50％W，≤1.0％Nb，≤0.03％P；≤0.03％S，其余为Fe和不可避免的杂质。热处理工艺为：将铸件开箱后进行去应力退火，退火温度500℃～900℃，保温时间50～80h，保温结束后随炉冷却；然后机械加工需要的尺寸及精度；采用差温淬火方法对轧辊表面进行热处理，淬火温度1000℃～1200℃，淬火保温时间2～10h，采用喷雾或者吹风冷却方式冷却；回火温度450℃～550℃，回火时间共计120～170h。该高速钢组织为马氏体基体+碳化物，基体显微硬度580-670HV，辊身硬度达到了76-85HSD，耐磨性较好，但由于高速钢轧辊的高温红硬性差，高速钢在高温下硬度保持性不佳，轧辊高温耐磨性较差。