專利名稱：粉末冶金制造的高速鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種通過合金化金屬粉末的固結(jié)所形成的主體形式而以粉末冶金所制造的具有高氮含量的高速鋼。本發(fā)明特別是關(guān)于一種適用于冷加工工具的高速鋼，特別是要求用于在加工材料與工具之間有大摩擦而導(dǎo)致有粘附磨蝕風險的工具。
發(fā)明的背景冷加工通常是在室溫下對金屬加工材料(通常為片狀或板狀)的沖切、沖壓、深拉制以及其他成形。就該類型的加工而言，有多種慣用的冷加工工具，而對于該工具的多種要求越來越高且難以結(jié)合。該工具材料應(yīng)具有高度的耐研磨性，其中是指應(yīng)具有適當?shù)挠捕?；在特定的?yīng)用下，它也應(yīng)具有良好的耐粘附磨蝕性；以及其在使用條件下，也應(yīng)具有適當?shù)捻g性。
就上述以及其他的應(yīng)用而言，有很大的比例是使用熟知的商標名稱為Sverker 21R的冷加工鋼材，它具有的組成為1.55碳、0.3硅、0.3錳、12.0鉻、0.8鉬、0.8釩、平衡量鐵及正常量的雜質(zhì)的通用的制造鋼材。就冷加工工具而言，也有熟知商標名稱為Vanadis 4的慣用的粉末冶金制造的工具鋼材，它含有1.5碳、1.0硅、0.4錳、8.0鉻、1.5鉬、4.0釩、平衡量鐵及正常量的雜質(zhì)。也使用高速鋼，諸如熟知的商標名稱為ASP2023和ASP2053的高速鋼。前者具有的規(guī)定組成為1.28碳、4.2鉻、5.0鉬、6.4鎢、3.1釩，而后者具有的規(guī)定組成為2.45碳、4.2鉻、3.1鉬、4.2鎢、8.0釩，其中在該二鋼材中的平衡物為鐵、正常數(shù)量的錳與硅，以及正常存在的雜質(zhì)。
上述及其他可在市場上購得的鋼材可滿足耐研磨性、韌性及其他特征的要求。然而，它并不滿足對耐粘附磨蝕的高度要求，它通常是各種類型冷成形工具應(yīng)用的主要問題，諸如片材的壓制、管件彎曲及冷擠壓等冷成形。這些問題在奧氏體和鐵氧體的不銹鋼、銅、黃銅、鋁及其他金屬片材冷加工時特別可能發(fā)生。雖然該問題可通過潤滑和/或通過物理涂布沉積或化學蒸氣沉積技術(shù)，通過表面氮化，或通過硬鉻電鍍，使用減摩陶瓷層如TiN在工具表面的表面進行涂布而減少，但是這些方法都是昂貴的，并具有耗時的問題。此外，損傷的危險和/或沉積的剝落也相當大。如研磨或粘附磨蝕損傷產(chǎn)生，則修復(fù)是復(fù)雜的，因為任何的缺陷總是會位于該工具的受壓力部位。
發(fā)明的簡要公開本發(fā)明的目的在于提供一種具有極高耐粘附磨蝕性以及冷加工工具的其他所要求的特征(諸如適當?shù)捻g性、硬度以及耐磨耗性)的用于冷加工工具的高速鋼。在通過熱均壓(HIP)將粉末壓制成固結(jié)體后，該鋼材可通過鍛造、滾軋及擠壓而進行熱加工，或在熱均壓條件下進行使用。
這些與其他目的可在該高速鋼中完成，有關(guān)其以重量％表示的化學組成為1至2.5碳1至3.5氮0.05至1.7錳0.05至1.2硅3至6鉻2至5鉬0.5至5鎢6.2至17(釩+2鈮)平衡量鐵以及正常量的不可避免的雜質(zhì)，其中一方面碳當量Ceq的值(以Ceq＝C+(12/14)N表示)，以及另一方面釩當量Veq的值(以Veq+V+2Nb表示)應(yīng)相對于彼此而平衡，以使得以該當量表示的該元素的量將落于

圖1的共座標系統(tǒng)中的A1-B1-C1-D1-A1區(qū)域中，其中點A1至D1的Ceq/Veq共座標為A14.5/17B15.5/17C12.5/6.2D11.5/6.2
以及，根據(jù)其組織在鋼材的硬化與回火條件下高速鋼材含有由MX型的微粒組成的12至40體積％的硬化物質(zhì)，該MX型微粒均勻地分布于鋼的基材中，該MX型物質(zhì)中的M通常由釩和/或鈮所組成，而X則由30至50重量％的碳與50至70重量％的氮所組成。
以下，將定義多個更限定的區(qū)域，本發(fā)明所定義的不同具體實施例與變體是參考碳當量與釩當量之間的關(guān)系。在下表中，列出了在圖1的圖式中已標出的所有點的Ceq/Veq共座標。
在本文中，除非特別提到，否則其中的百分比都是指重量％。
在圖1中被標出的點的Ceq/Veq共座標

參考在Veq＝6.2-17(V+2Nb)范圍內(nèi)鋼材的碳與釩當量的關(guān)系，本發(fā)明的多個優(yōu)選或構(gòu)思的實施例在所附權(quán)利要求2至5中有說明。
各種合金元素的選擇與其含量更詳細說明如下。
碳在本發(fā)明的鋼材中具有二個重要的功能。一方面，它與氮及釩和/或鈮一起形成釩和/或鈮的氮化物；另一方面，碳在鋼的基材中以充足的量存在，以提供在硬化與回火后的馬氏體具有所要求的硬度。更特別地是，溶解于基材中的碳含量應(yīng)為0.40至0.60％的量，優(yōu)選為0.47至0.54％。根據(jù)這些理由，碳應(yīng)以至少1重量％及最大2.5重量％的量存在。
在該MX型的硬化物質(zhì)中即釩和/或鈮的碳氮化物中，X應(yīng)由30至50重量％的碳，以及50至70重量％的氮所組成，其中存在于該MX型碳氮化物中的氮與碳量的氮重量％/碳重量％的比例應(yīng)滿足下列條件1.0≤(氮重量％/碳重量％)≤2.3在氣體造粒前存在于熔融狀態(tài)鋼液中的氮量，以及通過氮化經(jīng)氣體造粒的鋼粉末而被添加于該鋼材中的氮量(為較大的部分)基本上與釩和/或鈮結(jié)合而形成其碳氮化物。與該碳氮化物中的氮量相比較，留在該鋼基體中和/或可能與其他存在的元素形成氮化物的氮量實際上可略而不計。因此，為了獲得所要求的MX型碳氮化物，氮含量應(yīng)至少1重量％，以及最大3.5重量％。
鋼熔液脫氧后所產(chǎn)生的殘留產(chǎn)物的硅應(yīng)以至少0.05％的量存在，優(yōu)選至少0.1％，且可容許的最大上限為1.7％，優(yōu)選為最大1.2％，通常為最大0.7％。
作為熔液冶金制程技術(shù)所產(chǎn)生的殘留產(chǎn)物的錳以至少0.05％的量存在，優(yōu)選至少0.1％，其中錳是重要的，以通過本身所熟知的方法形成硫化錳而使硫形成無害的硫化物。其最大可容許的錳含量為1.7％，優(yōu)選為最大1.0％，通常為最大0.5％。
鉻以至少3％的量存在于鋼材中，優(yōu)選至少3.5％，以使鋼的基材具有足夠的硬度。然而，太多的鉻可引起難以轉(zhuǎn)換的殘留的奧氏體，以及形成不希望有的M7C3碳化物的危險。因此，鉻含量被限定為最大6％，優(yōu)選為最大5％，要求為最大4.5％。
鉬與鎢存在于鋼材中，以使在回火期間具有二次硬化，并有助于可硬化性。其范圍要這樣選擇，要使得所述元素(適用于其他合金元素)在硬化與回火后提供最適宜的硬度，且亦提供少量的硬M6C顆粒。鉬應(yīng)以至少2％的量存在，優(yōu)選至少2.5％，且最好至少3.0％。鎢應(yīng)以至少0.5％的量存在，優(yōu)選至少2.0％，且更好至少2.5％，及最方便為至少3.0％。鉬與鎢的各含量不應(yīng)超過5％，優(yōu)選不超過4.0％。就鉬與鎢而言，公式Moeq＝Mo+W/2應(yīng)在2.25至7.5％的范圍中，優(yōu)選在4至6％的范圍中。M6C碳化物(其中M主要由鉬與鎢所組成)的總量應(yīng)具有3.5體積％，或(MX+M6C)相的總體積的10至30％。
釩應(yīng)以最低6.2％與最大17％的量存在于鋼材中，以與碳及氮一起形成極硬的釩碳氮化物，即硬的MX型物質(zhì)，其中M必須為釩，而X為碳及氮(其重量百分比已于前面提及)。釩可能完全或部分地為鈮所取化。最大的允許鈮含量為1.0％，優(yōu)選為最大0.5％。然而，該鋼材最好不含有任何故意添加的鈮，因為其可能使得鋼材加工中的廢料處理更為復(fù)雜，而最重要地是因為鈮可能削弱鋼材的韌性，因為它比典型MX型釩碳氮化物具有更不適宜及更鋒利的碳化物結(jié)構(gòu)。
如上文所述，本發(fā)明的目的首先在于提供一種適用于冷加工工具的新穎的高速鋼。因為冷加工鋼材可被使用于室溫，所以該鋼材優(yōu)選不含有昂貴且可使鋼材韌性變差的鈷。然而，根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)思的特性，該鋼材也可用于在高溫進行加工，在該狀況下，可含有的最大鈷含量上限為20％，優(yōu)選最大為12％。然而，首先就使用冷加工鋼材的所要求的領(lǐng)域而言，該鋼材不應(yīng)含有數(shù)量高于雜質(zhì)(雜質(zhì)通常來自在制造高速鋼的鋼材加工中所使用的原料的殘留元素)含量的鈷，即最大為1％的鈷，優(yōu)選為最大0.5％的鈷。
根據(jù)本發(fā)明的第一個變體，釩含量可為6.2至9.5％。根據(jù)該第一個變體的最廣的特性，是指碳與釩當量的共座標應(yīng)位于圖1的共座標系統(tǒng)中的G1-H1-C1-D1-G1區(qū)域。
對于該第一變體的特性范圍在后面所附的權(quán)利要求7至12項有描述。在第一個變體內(nèi)最大限制特性為一種具有下列優(yōu)選規(guī)定組成的鋼材1.3碳，1.4氮，(碳當量約2.5)，0.5硅，0.3錳，4.2鉻，3.0鉬，4.0鎢，8.0釩，平衡量鐵以及正常存在的雜質(zhì)。該鋼材可用于大多數(shù)的所提及的該鋼材要求使用的領(lǐng)域。
根據(jù)本發(fā)明的第二個變體，該鋼材應(yīng)含有13.5-17(V+2Nb)。根據(jù)該第二個變體的最廣的特性，是指碳與釩當量的共座標應(yīng)位于圖1的共座標系統(tǒng)中的A1-B1-E1-F1-A1區(qū)域。對于該第二個變體的特性限制在后面所附權(quán)利要求14至19中說明。根據(jù)這第二特性最大限制及優(yōu)選的組成為一種具有下列優(yōu)選規(guī)定組成的鋼材2.0碳，3.0氮，(碳當量約4.6)，0.5硅，0.3錳，4.2鉻，3.0鉬，4.0鎢，15.0釩，平衡鐵以及正常存在的雜質(zhì)。具有該組成的鋼材特別適用于工具的制造業(yè)，它是通過較高含量的釩、碳、氮提供特別強烈的粘附磨蝕而不同于先前的優(yōu)選組成，導(dǎo)致具有約高兩倍的MX相部分。
根據(jù)本發(fā)明的第三個變體，該鋼材含有9.5-13.5(V+2Nb)，其中碳和釩當量的含量系數(shù)位于F1-E1-H1-G1-F1區(qū)域。對于該第三個變體的特性限制在所附權(quán)利要求21至26有說明。根據(jù)這第三變體最大限制及優(yōu)選組成為一種具有下列優(yōu)選規(guī)定組成的鋼材1.5碳，2.0氮，(碳當量約3.2)，0.5硅，0.3錳，4.2鉻，3.0鉬，4.0鎢，11.0釩，平衡量鐵以及正常存在的雜質(zhì)。該類鋼材比根據(jù)第二變體的高合金化鋼提供更佳的熱加工能力，并且也比根據(jù)第一變體的較低合金化的鋼材提供更高的耐磨性。
該鋼材的技術(shù)特征說明如下-該鋼材由粉末冶金制造的高速鋼所組成，該鋼材的合金組成最主要的特征是高釩含量。在其輸送條件下，該鋼材具有基本上鐵氧體的基材，它含有相當數(shù)量的碳氮化物(主要為釩碳氮化物)，它是細晶?；⒕鶆虻胤植加阡摬闹?。
-在1000至1180℃溫度范圍(優(yōu)選在1050至1150℃范圍)中的溶解處理并冷卻至室溫后，該鋼材的基材具有顯著的馬氏體結(jié)構(gòu)但具有高含量的殘留奧氏體。也存在于該鋼材中的部分碳氮化物與碳化物被溶解，但15至30體積％的細晶?；揖鶆蚍植嫉拟C碳氮化物將殘留于鋼材中。
-通過回火至溫度范圍500-600℃中的溫度(因為殘留奧氏體已基本消失，并轉(zhuǎn)化為馬氏體)，并通過主要由釩碳氮化物的二次析出，而使硬度增加至58-66HRC(該范圍中的硬度取決于奧氏體化的溫度)。
-因為主要含有大量的釩碳氮化物，所以經(jīng)硬化與回火的鋼材在室溫下有極高的耐磨性；以及，因為其與合金元素的結(jié)合，在其他特性中該鋼材具有適用于本說明書前文所提及的冷加工工具類型的硬度與韌性。
本發(fā)明的高速鋼可以下列方式進行制造。熔液是以慣用的熔融冶金方法而進行制備，其中該熔液具有不超過可溶解于該熔融鋼液中的最大氮含量的氮含量，而其他的合金元素則可調(diào)整至權(quán)利要求1所述的含量，或如從屬權(quán)利要求中所述的任何特定含量。由這熔液形成金屬粉末，它可通過氮氣和/或氬氣的氣體噴射的方法，以熔融金屬蒸汽流造粒的熟知的方法而完成，即根據(jù)形成所謂ASP制程(Asea Stora Process)的初始部分。該粉末進行篩檢到適當?shù)姆勰┮?guī)格，如最大250微米。根據(jù)也已熟知的任何技術(shù)使用氮氣載帶氣體如氮氣和/或氨氣通過固相氮化，而使得部分粉末與氮合金化。可使用的熟知的技術(shù)中可以提出，如SE-C-462 837中所公開的技術(shù)，或MPR July，1986p.527-530中所說明的技術(shù)。優(yōu)選是使用氨氣與氫氣的氣體混合物，其在550至600℃的旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器中，流經(jīng)熱的粉末床。氨氣在該鋼粉末表面，根據(jù)反應(yīng)(鋼)，于該溫度下進行反應(yīng)。接著被溶解的氮由表面擴散進入粉末顆粒中。在該反應(yīng)器出口的氣體中含有有氮氣、氫氣以及少量殘留氨氣的混合物。該方法可以以極精確的氮含量控制來制造氮化材料。以該方法或任何其他方法使以氮合金化的粉末與未被氮合金化的粉末(但其他方面優(yōu)選具有與氮合金化粉末相同的組成)進行混合，以使得該混合物具有根據(jù)本發(fā)明所要求的平均氮含量。為了使本發(fā)明的氮合金化高速鋼獲得固結(jié)體，該混合物是根據(jù)熟知的技術(shù)(優(yōu)選根據(jù)上述的命名為ASP的技術(shù))裝入密封且熱均壓壓合的片狀容器中。該固結(jié)體可通過滾壓和/或鍛造而進行熱加工至所要求的尺寸。在固結(jié)制程期間以及在后續(xù)的熱加工時，就熱加工的初始材料中的氮含量而言，存在的變化被取消，以使得固結(jié)體各部位將得到相等的高氮含量。
附圖簡述在下列附圖中，圖1為圖示說明鋼材的諸元素含量，其中該元素為本發(fā)明的高速鋼的MX型堅硬物質(zhì)中的主要成分；圖2為圖示說明根據(jù)本發(fā)明的一對鋼材的硬度對不同回火溫度的關(guān)系；圖3為表示熱加工后但硬化前的本發(fā)明的鋼材的微觀組織的顯微照片。
所進行實驗的說明以重量％表示的所受檢驗鋼材的化學組成列于下表1中。除了表中所列的元素以外，該鋼合金僅含有鋼制造中正常產(chǎn)生量的雜質(zhì)。鋼合金No1至6為實驗合金，而合金No3至6為根據(jù)本發(fā)明的鋼材的實例。鋼合金No.7至8為參考材料的分析組成，更特別是其各為商業(yè)上可購得的鋼材ASP2023以及ASP2053。
表1以重量％表示的受檢測鋼材的化學組成

碳當量＝碳+(12/14)氮實驗合金No1至6的起始材料是以實驗室規(guī)格通過鋼熔液的氣體霧化(造粒)而制造的粉末所組成。該鋼熔液是在粉末制造設(shè)備中，通過氮氣而以實驗室規(guī)格進行霧化，而制造出經(jīng)篩檢的微細粉末，以便可獲得粉末顆粒小于250微米的粉末部分。不同粉末合金所制造的部分粉末是在氮化氣體流入其中的反應(yīng)器的粉末床中，通過氨氣與氮氣的混合物進行分批氮化而制備。反應(yīng)器中的溫度約為570℃。在該溫度反應(yīng)的氨氣被輸送經(jīng)床體，以便獲得氨氣、氮氣及氫氣的混合物，該氣體將流經(jīng)粉末床。氮氣的活性在該條件下極高，且在該鋼粉末中氮氣的吸收很好。
其次，該氮合金粉末和未與氮合金化的相應(yīng)的鋼粉末混合，以形成具有不同氮含量的粉末混合物。這粉末混合物接著被填充于容器中，并于1150℃與1000巴的壓力下熱均勻地加壓而形成氮合金化高速鋼合金的固結(jié)體。
在熱均壓加壓后，該坯料具有約130mm的直徑及約600mm的長度。該材料進行鍛造，接著進行軟退火，硬化及回火。然后對材料的有關(guān)化學組成進行分析，已示于上表1中。
在最初的研究期間，鋼材No1與2并未獲得所要求的性質(zhì)，因此其未被更詳細地研究。另一方面，就鋼材No3至6而言，最初的研究顯示出有希望的結(jié)果。在這些鋼材中，對由鋼合金No5與6所制作的材料進行更仔細地研究，并進行機械試驗、磨耗試驗、無凹痕沖擊試驗，以及金相組織研究。再者，對鋼合金No7與8所制作的參考材料進行材料試驗。
鍛造試驗的結(jié)果列于表2中。
表2鍛造結(jié)果。最初直徑約130mm。

鋼材No.5可毫無問題地進行鍛造，而基本上更合金化的鋼材No.6具有明顯受損的鍛造能力。在第二個步驟中，材料會破裂而分為數(shù)塊。其原因可能基于該材料的高含量的堅硬MX型物質(zhì)；約為該材料的三分之一體積。
其次，檢測了奧氏體化溫度對于有與沒有深冷卻的鋼材No.5與No.6的硬度的影響?？色@得下列結(jié)果。
表3在硬化后的受檢測鋼材的硬度(HRC)

由表中得知，僅有由1000℃硬化的鋼材No.6在深冷卻后獲得明顯增加的硬度。
為了后續(xù)的硬度對不同回火溫度材料的相依性的研究，所選擇的材料已經(jīng)在1000℃硬化30分鐘，并被冷卻至室溫。結(jié)果示于圖2中。由圖中得知，在上升至回火溫度500-520℃時，鋼材No.5與No.6的硬度稍有降低，但在更高的回火溫度下卻大幅度地降低。
其次，沖擊韌性是以無凹痕試驗樣品的沖擊能量而進行檢測。該試樣是取自鍛造材料的縱向。該材料已經(jīng)在1000℃/30分鐘進行奧氏體化而被硬化，接著被冷卻至室溫，并于525℃回火2小時二次(中間在空氣中冷卻)。實驗材料的硬度與沖擊能量列于表4中。參考材料的鋼材No.7與No.8分別在1100℃/30分鐘與1075℃/30分鐘硬化，并在560℃/3×1小時回火后的測量值也列于表中。
表4實驗材料的硬度與沖擊能量

與由全規(guī)模生產(chǎn)取得的參考材料No.7與No.8相比，氮化實驗材料No.5與No.6具有較低的斷裂能量。其原因可能由于實驗材料中的堅硬物質(zhì)有更高含量，而且也由于與生產(chǎn)材料中更為典型的氧含量50ppm相比，以實驗室規(guī)格制造的實驗材料各具有495ppm與570ppm的超高氧含量。然而，鑒于本發(fā)明的高速鋼所要求的應(yīng)用，所測得的實驗材料的沖擊能量是可接受的，特別是考慮到在材料的全規(guī)模生產(chǎn)中可預(yù)期有較高的沖擊能量。
為了鋼材抗磨性的評估，特別是材料的抗粘附磨蝕性，制造工具以用于泵外殼的片狀奧氏體化不銹鋼的冷加工，尤其是用于泵、轉(zhuǎn)子套筒的深拉制的工具。安裝有工具的壓機具有多個分開的壓機操作站，在此稱為站1和站2。就經(jīng)驗而言站2是給出的壓力(根據(jù)粘附磨蝕)約比站1大三倍的站。由試驗材料制造的加工部件含有一種外直徑90mm，內(nèi)直徑46.5mm，及高46.5mm的環(huán)形物。其結(jié)果列于表5中。
表5用于不銹鋼套管的深壓制的不同工具材料的工具工作壽命(壓制次數(shù))

1.當結(jié)果被評估時。**在該工具磨耗后。
與參考材料No.7相比較，本發(fā)明的氮合金化鋼材No.5的壓制結(jié)果預(yù)示至少增加工具加工壽命30倍。該工具仍在壓機中作業(yè)，且壽命試驗繼續(xù)進行。本發(fā)明的材料No.6也具有極佳的耐磨性，即比參考材料No.7的壽命至少多40倍。在這種關(guān)系下，應(yīng)注意地是，與參考材料相比，本發(fā)明的材料的較低沖擊能量在極苛求的應(yīng)用中仍不會造成任何問題。
材料的微觀組織是以掃描式電子顯微鏡(SEM)檢測。圖3表示在熱均壓壓制及后續(xù)的鍛造后的鋼材No.6的微觀組織。圖中可見到的釩碳氮化物為黑色的，均勻散布在灰色奧氏體的島中。鋼材No.5的組織檢測呈現(xiàn)類似的釩碳氮化物分布。由組織的觀點，本發(fā)明的二種材料5與6的唯一差異在于鋼材No.6比鋼材No.5含有多70％以上的MX相。大多數(shù)的釩碳氮化具有1至2微米之間的直徑。再者，在鋼材No.4與鋼材No.5二種鋼材中都發(fā)現(xiàn)少量的M6C碳化物相，它具有延伸約2至3微米但厚度極小(厚度為一微米的十分之一或十分之幾)的層狀析出物的形狀。
權(quán)利要求
1.一種以通過合金化金屬粉末的固結(jié)化所形成的主體形式的粉末冶金所制造的具有高含氮量的高速鋼，其特征在于，該高速鋼含有的化學組成為(以重量％表示)1至2.5碳1至3.5氮0.05至1.7錳0.05至1.2硅3至6鉻2至5鉬0.5至5鎢6.2至17(釩+2鈮)平衡量鐵以及正常量的不可避免的雜質(zhì)，其中一方面以Ceq＝C+(12/14)N表示的碳當量Ceq值，以及另一方面以Veq＝V+2 Nb表示的釩當量Veq的值，其相對于彼此是平衡的，以使得以該當量表示的元素的量將落于圖1中的共座標系統(tǒng)中的A1-B1-C1-D1-A1區(qū)域中，其中點A1至D1的Ceq/Veq共座標為A14.5/17B15.5/17C12.5/6.2D11.5/6.2以及，依據(jù)其組織在鋼材的硬化與回火條件下高速鋼材含有由MX型的微粒組成的12至40體積％的硬化物質(zhì)，該MX型微粒均勻地分布于鋼的基材中，該MX型物質(zhì)中的M基本上由釩和/或鈮所組成，而X則由30至50重量％的碳與50至70重量％的氮所組成。
2.如權(quán)利要求1的高速鋼，其特征在于，碳與釩當量的含量系數(shù)是在圖1的共座標系統(tǒng)中的A2-B1-C1-D2-A2區(qū)域中，其中點A2與D2的Ceq/Veq共座標為A24.6/17D2.1.6/6.2。
3.如權(quán)利要求2的高速鋼，其特征在于，碳與釩當量的含量系數(shù)是在圖1的共座標系統(tǒng)中的A3-B1-C1-D3-A3區(qū)域中，其中點A3與D3的Ceq/Veq共座標為A34.75/17D31.75/6.2。
4.如權(quán)利要求1的高速鋼，其特征在于，碳與釩當量的含量系數(shù)是在圖1的共座標系統(tǒng)中的A2-B2-C2-D2-A2區(qū)域中，其中點B2與C2的Ceq/Veq共座標為B25.3/17D22.3/6.2。
5.如權(quán)利要求3或4的高速鋼，其特征在于，碳與釩當量的含量系數(shù)是在圖1的共座標系統(tǒng)中的A3-B2-C2-D3-A3區(qū)域中。
6.如權(quán)利要求1的高速鋼，其特征在于，其含有6.2-9.5(V+2Nb)，以及碳與釩當量的含量系數(shù)是在G1-H1-C1-D1-G1區(qū)域中，其中點G1與H1的Ceq/Veq共座標為G12.4/9.5H13.4/9.5。
7.如權(quán)利要求6的高速鋼，其特征在于，碳與釩當量的含量系數(shù)是在圖1的共座標系統(tǒng)中的G2-H1-C1-D2-G2區(qū)域中，其中角界點(corner point)G2的Ceq/Veq座標為2.5/9.5。
8.如權(quán)利要求7的高速鋼，其特征在于，碳與釩當量的含量系數(shù)是在圖1的共座標系統(tǒng)中的G2-H2-C2-D2-G2區(qū)域中，其中角界點H2的Ceq/Veq座標為3.2/9.5。
9.如權(quán)利要求7或8的高速鋼，其特征在于，碳與釩當量的含量系數(shù)是在圖1的共座標系統(tǒng)中的G3-H1-C1-D3-G3區(qū)域中，其中角界點G3的Ceq/Veq座標為2.65/9.5。
10.如權(quán)利要求9的高速鋼，其特征在于，碳與釩當量的含量系數(shù)是在圖1的共座標系統(tǒng)中的G3-H2-C2-D3-G3區(qū)域中。
11.如權(quán)利要求6-10中任一項的高速鋼，其特征在于，其含有7-9(V+2Nb)。
12.如權(quán)利要求6-10中任一項的高速鋼，其特征在于，其含有7.4-8.6(V+2Nb)。
13.如權(quán)利要求1的高速鋼，其特征在于，其含有13.5-17(V+2Nb)，以及碳與釩當量的含量共座標是在A1-B1-E1-F1-A1區(qū)域中，其中點E1與F1的Ceq/Veq共座標為E14.55/13.5F13.55/13.5。
14.如權(quán)利要求13的高速鋼，其特征在于，碳與釩當量的含量的共座標是在圖1的共座標系統(tǒng)中的A2-B1-E1-F2-A2區(qū)域中，其中角界點F2的Ceq/Veq座標為3.65/13.5。
15.如權(quán)利要求14的高速鋼，其特征在于，碳與釩當量的含量的共座標是在圖1的共座標系統(tǒng)中的A3-B1-E1-F3-A3區(qū)域中，其中角界點F3的Ceq/Veq座標為3.8/13.5。
16.如權(quán)利要求14和15中任一項的高速鋼，其特征在于，碳與釩當量的含量的共座標是在A2-B2-E2-F2-A2區(qū)域中。
17.如權(quán)利要求15和16中任一項的高速鋼，其特征在于，碳與釩當量的含量的共座標是在圖1的共座標系統(tǒng)中的A3-B2-E2-F3-A3區(qū)域中。
18.如權(quán)利要求13-17中任一項的高速鋼，其特征在于，其含有14-16.5(V+2Nb)。
19.如權(quán)利要求13-17中任一項的高速鋼，其特征在于，其含有14.5-16(V+2Nb)。
20.如權(quán)利要求1的高速鋼，其特征在于，其含有9.5-13.5(V+2Nb)，以及碳與釩當量的含量系數(shù)是在F1-E1-H1-G1-F1區(qū)域中。
21.如權(quán)利要求20的高速鋼，其特征在于，碳與釩當量的含量系數(shù)是在F2-E1-H1-E2-F2區(qū)域中。
22.如權(quán)利要求21的高速鋼，其特征在于，碳與釩當量的含量系數(shù)是在F3-E1-H1-G3-F3區(qū)域中。
23.如權(quán)利要求21和22中任一項的高速鋼，其特征在于，碳與釩當量的含量系數(shù)是在F2-E2-H2-G2-F2區(qū)域中。
24.如權(quán)利要求23的高速鋼，其特征在于，碳與釩當量的含量系數(shù)是在F3-E2-H2-G3-F3區(qū)域中。
25.如權(quán)利要求20-24中任一項的高速鋼，其特征在于，其含有10-12.5(V+2Nb)。
26.如權(quán)利要求20-24中任一項的高速鋼，其特征在于，其含有10.5-12(V+2Nb)。
27.如權(quán)利要求1-26中任一項的高速鋼，其特征在于，其含有0.1-1.2％的硅，優(yōu)選至多0.7的硅。
28.如權(quán)利要求1-26中任一項的高速鋼，其特征在于，其含有最多1.0的錳，優(yōu)選至多0.5的錳。
29.如權(quán)利要求1-26中任一項的高速鋼，其特征在于，其含有3.1-5的鉻，優(yōu)選至多4.5的Cr。
30.如權(quán)利要求1-26中任一項的高速鋼，其特征在于，其含有至少2.5，優(yōu)選至少3.0的鉬以及至少2.0，優(yōu)選至少2.5，最好至少3.0的鎢。
31.如權(quán)利要求1-26中任一項的高速鋼，其特征在于，鉬與鎢的各含量都不超過5％，優(yōu)選不超過4％。
32.如權(quán)利要求30和31中任一項的高速鋼，其特征在于，％Moeq＝％Mo+5(W/2)落于2.25至7.5％的范圍，優(yōu)選在4-6％范圍。
33.如權(quán)利要求6-12中任一項的高速鋼，其特征在于，在硬化與回火條件下的鋼材含有14至23體積％的由均勻分布于鋼基材中的MX型微粒組成的硬化物質(zhì)。
34.如權(quán)利要求13-19中任一項的高速鋼，其特征在于，在硬化與回火條件下的鋼材含有23至38體積％的由均勻分布于鋼基材中的MX型微粒組成的硬化物質(zhì)。
35.如權(quán)利要求20-26中任一項的高速鋼，其特征在于，在硬化與回火條件下的鋼材含有18至27體積％的由均勻分布于鋼基材中的MX型微粒組成的硬化物質(zhì)。
36.如權(quán)利要求1-35中任一項的高速鋼，其特征在于，在硬化與回火條件下的鋼材含有3至5體積％的M6C碳化物，其中M基本上是鉬與鎢。
37.如權(quán)利要求1-35中任一項的高速鋼，其特征在于，除了其中M基本上為釩的MX型的氮碳化物外還含有其中M基本上為鉬與鎢的M6C型的碳化物，該M6C碳化物的總量相當于(MX+M6C)相總含量的10至30％。
38.如上述權(quán)利要求中的任一項的高速鋼，其特征在于，在硬化與回火條件下的鋼材含有0.40-0.60％的碳，優(yōu)選為0.47-0.54％的碳溶解在基材中。
全文摘要
一種通過合金化金屬粉末的固結(jié)所形成的主體形式而以粉末冶金所制造的具有高氮含量的高速鋼含有的化學組成為(以重量%表示):1至2.5碳,1至3.5氮,0.05至1.7錳,0.05至1.2硅,3至6鉻,2至5鉬,0.05至5鎢,6.2至17(釩+2鈮),平衡量鐵以及正常量的不可避免的雜質(zhì),其中一方面以Ceq=C+(12/14)N表示的碳當量Ceq值,以及另一方面以Veq+V+2Nb表示的釩當量Veq的值應(yīng)彼此相對平衡,以使得以該當量表示的該元素的量將落于圖1中的共坐標系統(tǒng)中的A1－B1－C1－D1－A1區(qū)域中,其中點A1至D1的Ceq/Veq坐標為A1:4.5/17,B1:5.5/17,C1:2.5/6.2,D1:1.5/6.2。在硬化與回火條件下的鋼的組織含有由MX型的微粒組成的12至40體積%的硬化物質(zhì),該MX型微粒均勻地分布于鋼的基材中,該MX型物質(zhì)中的M通常由釩和/或鈮所組成,而X則由30至50重量%的碳與50至70重量%的氮所組成。
文檔編號C22C38/24GK1355855SQ0080896
公開日2002年6月26日 申請日期2000年6月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月16日
發(fā)明者利夫·韋斯廷, 奧德·桑德伯格 申請人:伊拉斯蒂爾·克羅斯特公司, 尤迪霍爾姆工具公司