专利名称：：高硬度铸态含硼低合金耐磨高速钢及制备方法
技术领域：
：本发明涉及一种铸态高速钢及其制备方法，特别涉及一种高硬度铸态含硼低合金耐磨高速钢及其制备方法，属于耐磨材料
技术领域：
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背景技术：
：磨损是一种普遍存在的现象，磨损造成材料的极大消耗和能源的巨大浪费，开发耐磨性高、成本低廉的耐磨材料是国内外普遍关注的课题。高速钢是一种优异的耐磨材料，已广泛用于冶金、机械、矿山等领域。如国内广泛应用的怖Mo5Cr4V2高速钢用作工模具，具有使用寿命长和使用安全性好等特点。为了进一步提高高速钢耐磨性，在怖Mo5Cr4V2高速钢基础上，增加钒、碳含量，以生成高硬度的MC型碳化物，发展了高碳高钒型高速钢。中国发明专利CN1264749公开了一种高耐磨性铸造高速钢，适用于大型耐磨件、复合轧辊工作层。其特点是它的具体化学成分(重量％)如下:1.8-4.2%C，2-12%W，3-12%Mo，4_15%Cr，2.5-10%V，O-腦Co，0.3-2.5%Nb，O.5-1.5%Si，O.3-0.8%Mn，O.02-0.10%N，S《0.03%，P《0.03%，其余为Fe，该发明特点是一种高碳、高钒型铸造高速钢，铸造性能良好，耐磨及红硬性好。中国发明专利CN101153376还公开了一种高钒高钴高速钢的制造方法，其成分质量百分比为C1.12.18，W5.08.0，Mo4.06.0，Cr3.05.0，V1.28.3，Co6.511.5，其余为Fe。工艺步骤包括制备母合金、喷射成形、热锻、淬火回火处理、车削铣削和磨削处理或进行TiN/AlTiN涂层处理。该发明省略了粉末冶金中粉末的筛分、混批、封装、冷、热等静压等工序，不需要昂贵的设备投资，且性能达到甚至超过粉末高速钢，特别适合制作高速切削、高热硬性、高寿命刀具如大型拉刀、剃齿刀和加工齿轮的滚刀、插齿刀、数控机床用各类铣刀等，还可用于制作模具等。中国发明专利CN1631565也公开了高钒高速钢复合轧辊及生产工艺，轧辊分为辊芯和轧辊耐磨层，轧辊耐磨层采用高钒高速钢材料，该高钒高速钢的主要元素含量为:C:1.8-3.5%、V:7-12%、Cr:4-5%、Mo:2-4%、Ni:0.5-1.5%，余量为铁。中国发明专利CN101225500也公开了一种轧辊用高钼高钒微偏析铸造高速钢。其具体化学成分如下(wt%):C1.22.8%，Si0.21.0%，Mn0.21.0%，Ni0.31.2%，Cr3.06.0%，Mo5.010.0%，V5.012.0%，Al0.10.7%，P《0.025%，S《0.025%，其余为铁。本发明特点是在高速钢中增加Mo、V含量来替代传统轧辊用高速钢中的W元素，以减少重元素W在离心铸造时造成的比重偏析，从而使轧辊径向性能均匀，提高使用稳定性。该发明涉及的高钼高钒高速钢具有铸造偏析小，硬度高，耐磨性强，红硬性好，强韧性优等特点。中国发明专利CN1873039还公开了一种高碳含硅超硬高韧高速钢及热处理工艺，所述的高速钢的化学成分以重量百分比计算，分别为C:0.6-1.l，W:5.50-6.75，Mo:4.50-5.50，Cr:3.80-4.40，V:1.75-2.20，Mn:0.15-0.40，S:《0.03，P:《0.03，Si0.8-1.2，余量为Fe;所述的热处理工艺为首先1180_1220°C淬火，然后550-560。C回火三次，每次1-2小时；含碳量为0.6-0.85时在淬火前需要进行超饱和渗碳使表面碳含量达到0.95-1.10;本发明产品价格低廉，强韧性好，热处理后硬度-2.20、硅0.60-1.20、锰0.20-0.60、氮0.04-0.10和余量的铁。本发明产品中不含Co，而性能水平近于和达到含Co高速钢，达到或超过无Co超硬高速钢M2A1，并且生产工艺性能优良，热加工塑性、热处理工艺优于含Co高速钢及M2A1，在超硬型高速钢中成材率最高，成本最低。中国发明专利CN1824820也公开了一种新型合金高速钢，尤其涉及一种新型铬钢系高速钢及其热处理工艺，按重量百分比计该高速钢包括碳C0.85%1.05%，硅Si0.2%0.4X，锰Mn0.2X0.4X，铬Cr9.0%11.0%，鸨W2.5%3.5%，钼MoO.6%2.0X，钒V0眉2.0%，镍附0.1%0.3X，钴Co0.2%5.0%，铌翻.81.2%，硫S《0.015X，磷P《0.02X，其余量为铁Fe。该发明的新型铬钢系高速钢具有足够的韧性和耐磨性，适合制作各种冷冲模、切削工具、刀具，并且生产成本低。但是，上述高速钢都要进行复杂的高温热处理，能耗高，工件表面氧化严重，且高温热处理过程中工作易变形、开裂。
发明内容本发明的目的是解决高速钢生产中存在的上述问题，提供一种钨、钼、钒、铌和钴加入量少的低合金含硼高速钢材料，提高高速钢铸态硬度，取消高温热处理，使铸态含硼高速钢具有高硬度和优异的耐磨性，以及制备方法。本发明目的可以通过以下措施来实现本发明高速钢的具体化学成分(质量分数，％)为0.5-0.8C，1.5-1.8B，8.0-11.0Cr，2.2-2.5Si，1.5-3.5(W+2Mo)，0.5-0.8V，0.05-0.15RE，0.10-0.20Ti，Mn<0.4，S<0.04，P<0.05，余量为Fe。本发明高速钢可采用电炉生产，其制造工艺步骤是①将废钢、铬铁、硅铁、钨铁和钼铁混合加热熔化；②炉前调整成分合格后将温度升至1550-158(TC，加入脱氧剂铝，而后依次加入钒铁、硼铁和钛铁；③将稀土硅铁破碎至粒度小于15mm的小块，经200°C以下烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行变质处理；④钢水温度达到1460-1480°C时，直接浇注成铸件，最后将高速钢铸件在200-35(TC下进行去应力退火处理，保温时间2-10小时，然后空气冷却至室温。本发明与现有技术相比具有以下优点1)本发明高速钢铸态硬度高，达到66-68HRC，取消了高温热处理，具有能耗低、生产周期短等优势，在200-35(TC下进行去应力退火处理后，硬度仍维持在64-67HRC;2)本发明高速钢中，钨、钼、钒等昂贵合金元素加入量少，且不含铌、钴等价格昂贵的合金元素，主要合金元素是廉价的硼、硅和铬，因此成本低廉；3)本发明高速钢硬度高，耐磨性好，比高铬铸铁提高2-3倍，而生产成本仅提高20%左右。具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步详述实施例1:采用500公斤中频感应电炉熔炼本发明高速钢，其制造工艺步骤是①将废钢、铬铁、硅铁、钨铁和钼铁混合加热熔化；②炉前调整成分合格后将温度升至1578t:，加入脱氧剂铝，而后依次加入钒铁、硼铁和钛铁；③将稀土硅铁破碎至粒度小于15mm的小块，经200°C以下烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行变质处理；④钢水温度达到1475t:时，直接浇注成铸件，最后将高速钢铸件在20(TC进行去应力退火处理，保温时间10小时，然后空气冷却至室温。高速钢的具体成分见表l，其硬度达到66.8HRC，冲击韧性达到9.3J/cm2。实施例2:采用750公斤中频感应电炉熔炼本发明高速钢，其制造工艺步骤是①将废钢、铬铁、硅铁、钨铁和钼铁混合加热熔化；②炉前调整成分合格后将温度升至1554t:，加入脱氧剂铝，而后依次加入钒铁、硼铁和钛铁；③将稀土硅铁破碎至粒度小于15mm的小块，经200°C以下烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行变质处理；④钢水温度达到1463t:时，直接浇注成铸件，最后将高速钢铸件在35(TC进行去应力退火处理，保温时间2小时，然后空气冷却至室温。高速钢的具体成分见表l，其硬度达到65.1HRC，冲击韧性达到10.8J/cm2。实施例3:采用500公斤中频感应电炉熔炼本发明高速钢，其制造工艺步骤是①将废钢、铬铁、硅铁、钨铁和钼铁混合加热熔化；②炉前调整成分合格后将温度升至157(TC，加入脱氧剂铝，而后依次加入钒铁、硼铁和钛铁；③将稀土硅铁破碎至粒度小于15mm的小块，经200°C以下烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行变质处理；④钢水温度达到1473t:时，直接浇注成铸件，最后将高速钢铸件在30(TC进行去应力退火处理，保温时间5小时，然后空气冷却至室温。高速钢的具体成分见表l，其硬度达到65.7HRC，冲击韧性达到10.3J/cm2。实施例4:采用500公斤中频感应电炉熔炼本发明高速钢，其制造工艺步骤是①将废钢、铬铁、硅铁、钨铁和钼铁混合加热熔化；②炉前调整成分合格后将温度升至1572t:，加入脱氧剂铝，而后依次加入钒铁、硼铁和钛铁；③将稀土硅铁破碎至粒度小于15mm的块，经200°C以下烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行变质处理；④钢水温度达到1468t:时，直接浇注成铸件，最后将高速钢铸件在32(TC进行去应力退火处理，保温时间5小时，然后空气冷却至室温。高速钢的具体成分见表l，其硬度达到64.6HRC，冲击韧性达到10.7J/cm2。表1高速钢的成分(质量分数，％)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>用本发明浇注的轧辊、导辊、模具、锤头等铸件，已成功应用于轧钢机、破碎机和模锻机上，用于取代高铬铸铁和高铬钢等产品。本发明材料硬度高、且含有较多高硬度的碳硼化合物，具有优异的耐磨性，其使用寿命比高铬铸铁和高铬钢提高2-3倍，而生产成本仅提高20%左右。本发明材料使用安全、可靠，使用中无剥落、断裂现象出现，可明显提高设备运转率，减轻工人劳动强度，且本发明材料的生产过程中取消高温热处理，具有能耗低和生产周期短的优势，本发明材料的推广应用具有显著的经济和社会效益。权利要求一种高硬度铸态含硼低合金耐磨高速钢，其特征在于高速钢的具体化学成分为0.5-0.8C，1.5-1.8B，8.0-11.0Cr，2.2-2.5Si，1.5-3.5(W+2Mo)，0.5-0.8V，0.05-0.15RE，0.10-0.20Ti，Mn＜0.4，S＜0.04，P＜0.05，余量为Fe，以上为质量分数％。2.如权利要求1所述的高速钢的制备方法，其特征在于用电炉生产，其工艺步骤是①将废钢、铬铁、硅铁、钨铁和钼铁混合加热熔化；②炉前调整成分合格后将温度升至1550-158(TC，加入脱氧剂铝，而后依次加入钒铁、硼铁和钛铁；③将稀土硅铁破碎至粒度小于15mm的小块，经200°C以下烘干后，置于浇包底部，用包内冲入法对钢水进行变质处理；④钢水温度达到1460-148(TC时，直接浇注成铸件，最后将高速钢铸件在200-35(TC下进行去应力退火处理，保温时间2-10小时，然后空气冷却至室温。全文摘要本发明公开了一种高硬度铸态含硼低合金耐磨高速钢，其具体化学成分(质量分数，％)为0.5-0.8C，1.5-1.8B，8.0-11.0Cr，2.2-2.5Si，1.5-3.5(W+2Mo)，0.5-0.8V，0.05-0.15RE，0.10-0.20Ti，Mn＜0.4，S＜0.04，P＜0.05，余量为Fe。本发明还公开了上述高速钢的制备方法利用电炉便可生产。本发明以硼、硅、铬为主要合金元素，钨、钼、钒加入量少，铸态硬度高，可取消高温热处理，取代高铬铸铁和高铬钢，可明显提高耐磨性，且成本低廉。使用本发明高速钢具有很好的经济效益。文档编号C21C7/06GK101748334SQ201010033819公开日2010年6月23日申请日期2010年1月8日优先权日2010年1月8日发明者吴中伟,林健,符寒光,雷永平申请人:北京工业大学