[发明专利]一种高碳高钒耐磨钢

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐磨金属材料,更具体地涉及一种高碳高钒耐磨钢。

背景技术

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，高速钢的发明使切削中碳钢的速度由8m/min提高到大约30m/min；因此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，先后出现了钴高速钢、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。目前，高速钢常用于钻头、丝锥、锯条以及滚刀、插齿刀、拉刀等工具。

高碳高钒高速钢是近十多年来出现的一种新钢种。高钒高速钢不含W，同时加大碳元素的含量，形成VC和V₄C₃，使高速钢得到高的硬度和耐磨性。高钒高速钢以钒为主要添加元素，辅以铬钼等其他合金元素，充分利用钒碳化合物（VC）硬度高、形态好的特点来提高材料的韧性及耐磨性。作为新一代耐磨材料，高钒高速钢目前已被用于开挖石方用风钻合金钻头、破碎机锤头、钻井钻机用钻头、球磨机衬板和转子体等多种耐磨件。

实践证明，高钒耐磨合金的韧性比高铬铸铁高，耐磨性是高铬铸铁的3倍以上，裂纹敏感性比高铬铸铁低，性能价格比也高，具有广泛的推广应用前景，势必替代高铬铸铁，成为新一代高耐磨材料的主流。该合金可大大提高耐磨部件的使用寿命和主机运行效率，完全可替代各种用于磨料磨损工况的耐磨铸铁类材料。用高钒耐磨合金制造的风钻合金钻头、钻井钻机钻头、破碎机锤头、轧钢机导轮等，在农用机械、建材、矿山、电力等行业有着广泛应用，社会经济效益显著，对国民经济发展有重要促进作用。

发明内容

本发明的目的提供一种硬度高、耐磨性好的高碳高钒耐磨钢，本发明所述的高碳高钒耐磨钢成分质量百分比如下：

碳（C）2.0%-2.6%，钒（V）8.0%-9.0%，铬（Cr）5.5%-6.5%，钼（Mo）2.0%-3.0%，镍（Ni）0.5%-1.0%，铌（Nb）1.0%-2.0%，硅（Si）0.4%-1.0%，磷（P）＜0.04%，硫（S）＜0.04%，余量为铁（Fe）。

碳（C）对钢的强度、硬度、淬透性以及耐磨性都有非常重要的影响。碳是形成碳化物的基本元素，碳的含量过低则碳化物少，耐磨性低，但是碳含量太高容易增大材料的脆性，所以碳元素的含量要控制在一定范围，综合比较，碳含量控制在2.0%-2.6%。优选地，碳含量控制在2.2%-2.4%。

钒（V）对高速钢耐磨性的影响最为显著，有利于MC型碳化物的形成，提高钒的含量可获得大量尺寸细小、弥散分布的颗粒状MC型碳化物，从而提高高速钢的耐磨性。本发明的高碳高钒耐磨高速钢中的钒含量控制在8.0%-9.0%。优选地，钒含量控制在8.4%-8.7%。

铬（Cr）可以提高钢的淬透性，与碳、铁形成多种化合物(Fe,Cr)3C，可显著提高耐磨性，同时固溶强化基体，在提高强度和硬度的同时而不降低冲击韧度，是耐磨材料的基本元素之一，同时还具有较强的高温抗氧化、抗脱碳作用。本发明的高碳高钒耐磨高速钢中的铬含量控制在5.5%-6.5%。优选地，铬含量控制在5.8%-6.3%。

钼（Mo）在高速钢中能形成足够的二次碳化物，通过高温固溶淬火获得高钼马氏体。同时，钼可以减小碳化物的尺寸，细化组织，从而提高合金耐磨性，本发明的高碳高钒耐磨高速钢中的钼含量控制在2.0%-3.0%。优选地，钼含量控制在2.3％-2.7%。

铌（Nb）是一种强烈促进MC相形成的元素，添加铌的目的在于用铌取代钒参与MC型碳化物的形成，迫使钒固溶在基体组织中，以提高材料的二次硬化能力。钒、铌加入后，能明显提高亚共晶成分高速钢的耐磨性。本发明的高碳高钒耐磨高速钢中的铌含量控制在1.0%-2.0%。优选地，铌含量控制在1.6%-1.7%。

镍（Ni）能提高钢的强度，而不降低其塑性，改善钢的低温韧性，降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性，同时扩大奥氏体相区，是奥氏体化的有效元素，本发明的高碳高钒耐磨高速钢中的镍含量为0.5%-1.0%。优选地，镍含量控制在0.8％-0.9%。