專利名稱：一種提高m42高速鋼綜合性能的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼的工藝方法，具體涉及一種提高M(jìn)42高速鋼綜合性能的工藝方法。
背景技術(shù)：
M42鋼是一種超硬高速工具鋼，其強(qiáng)韌性和可加工性比硬質(zhì)合金等超硬材料高出一個(gè)檔次，主要用于制作切削難加工材料(如各種耐熱、耐蝕合金等)的工具，如深孔鉆、拉刀、絲錐、銑刀、滾刀等。過去，我國(guó)不少?gòu)S家在采用高速鋼制作特殊性能工具時(shí)，大多從日本、奧地利等國(guó)進(jìn)口，進(jìn)口高速鋼均勻性好，但價(jià)格較為昂貴。近年來，國(guó)內(nèi)已有部分廠家開始生產(chǎn)高速鋼，并在部分用戶中使用，其工藝方法為中頻冶煉——電渣重熔——鍛造成材或坯——軋制成材。但國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的各種高速鋼的性能不及進(jìn)口高速鋼，主要反映在工具的使用壽命與進(jìn)口材相比存在較大差距。據(jù)上海工具公司所作的對(duì)比測(cè)試，國(guó)產(chǎn)通用高速鋼壽命僅為進(jìn)口材的60％左右，主要是淬回火硬度不均，進(jìn)口材同一規(guī)格的硬度差值為HRC0.5～1，國(guó)產(chǎn)材的硬度差值為HRC1～2。國(guó)內(nèi)同行也在進(jìn)行該方面的研究，以期在使用壽命上使國(guó)產(chǎn)高速鋼接近或達(dá)到進(jìn)口高速鋼的水平，以減少高性能高速鋼的進(jìn)口量，節(jié)約外匯，但效果并不是十分明顯。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有M42高速鋼工藝方法存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種能顯著提高M(jìn)42高速鋼綜合性能的冶煉工藝方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種提高M(jìn)42高速鋼綜合性能的工藝方法，主要在成份控制方面將硅控制在中上限，鈷控制在下限，同時(shí)加微量氮元素進(jìn)行微合金化，并且在出鋼前和出鋼中特殊成分的加入上進(jìn)行了改進(jìn)，具體說來1、配料時(shí)，將硅的含量控制在占配料成分總重量的0.5％-0.55％，將鈷的含量控制在占配料成分總重量的7.9％-8.1％，同時(shí)在鋼中加入氮元素進(jìn)行微合金化，使鋼中氮含量為250-800ppm；2、出鋼前，先在爐內(nèi)加入占總加入量65％-80％的復(fù)合脫氧劑，復(fù)合脫氧劑的總加入量為2-5Kg/每噸鋼；然后再在爐內(nèi)加入占總加入量40％-60％的稀土元素，稀土元素的總加入量為配料成分總重量的0.05％-0.20％，計(jì)算時(shí)，稀土元素不包括在配料中；3、出鋼中，按先加復(fù)合脫氧劑后加稀土元素的順序?qū)⑹Ｓ嗟?0％-35％的復(fù)合脫氧劑和剩余的40％-60％的稀土元素加入鋼包內(nèi)。
所述復(fù)合脫氧劑為SiAlBaCa或由主要成分分別含有Si、Al、Ba和Ca的四種物質(zhì)中的任何兩種或兩種以上組合而成的混合物。所述稀土元素為鈰或釔或混合稀土。
本發(fā)明通過在配料時(shí)改變硅、鈷和氮的加入量，同時(shí)在出鋼前、出鋼中加入適量復(fù)合脫氧劑和稀土，進(jìn)行微合金化以及脫氧和孕育處理，提高M(jìn)42鋼的純凈度，凈化晶界，改善結(jié)晶組織，細(xì)化碳化物。與原工藝方法相比，按本工藝方法生產(chǎn)的M42高速鋼其質(zhì)量和使用性能明顯提高。即使與進(jìn)口材相比，在淬回火硬度值、紅硬性、雜質(zhì)元素含量和碳化物顆粒度等主要指標(biāo)上也毫不遜色，甚至在個(gè)別方面還優(yōu)于進(jìn)口材。因此，按本工藝制造出的高速鋼加工而成的切削工具，使用壽命能顯著提高。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的改進(jìn)點(diǎn)主要在三方面體現(xiàn)1、配料時(shí)，將硅和鈷的含量分別控制在占配料成分總重量的0.5％-0.55％和7.9％-8.1％，同時(shí)在鋼中加入微量氮進(jìn)行微合金化，將鋼中氮含量提高到300-500ppm；2、在出鋼前和出鋼中，加入不同量的復(fù)合脫氧劑，以改善高速鋼的鑄態(tài)組織，凈化鋼的基體；3、在出鋼前和出鋼中，加入適量的稀土元素，以改善高速鋼鑄錠的鑄態(tài)組織，從而改善高速鋼的熱塑性和大斷面材的韌性。通過上述三方面的共同改進(jìn)，使M42高速鋼綜合性能得以明顯提升。
以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的生產(chǎn)工藝進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例1一種提高M(jìn)42高速鋼綜合性能的工藝方法，(1)、配料時(shí)，將硅的含量控制在占配料成分總重量的0.5％，將鈷的含量控制在占配料成分總重量的7.9％，同時(shí)在鋼中加入微量氮進(jìn)行微合金化，使鋼中氮含量由傳統(tǒng)的150ppm左右提高到800ppm；(2)、出鋼前，先在爐內(nèi)加入占總加入量80％的復(fù)合脫氧劑SiAlBaCa，本實(shí)施例中復(fù)合脫氧劑SiAlBaCa的總加入量為4Kg/每噸鋼，即出鋼前，先在爐內(nèi)加入3.2Kg復(fù)合脫氧劑SiAlBaCa/每噸鋼；然后再在爐內(nèi)加入占總加入量50％的稀土元素鈰，本實(shí)施例中鈰的總加入量為配料成分總重量的0.10％，即加入復(fù)合脫氧劑后再加入占配料成分總重量0.050％的稀土元素鈰；(3)、出鋼中，將剩余的20％的復(fù)合脫氧劑SiAlBaCa(即0.8KgSiAlBaCa/每噸鋼)和剩余的50％的稀土元素鈰(占配料成分總重量的0.050％)依次加入鋼包內(nèi)。
實(shí)施例2一種提高M(jìn)42高速鋼綜合性能的工藝方法，(1)、配料時(shí)，將硅的含量控制在占配料成分總重量的0.55％，將鈷的含量控制在占配料成分總重量的8.1％，同時(shí)在鋼中加入微量氮進(jìn)行微合金化，使鋼中氮含量為400ppm；(2)、出鋼前，先在爐內(nèi)加入占總加入量70％的復(fù)合脫氧劑SiAlBaCa，復(fù)合脫氧劑SiAlBaCa的總加入量為5Kg/每噸鋼；然后再在爐內(nèi)加入占總加入量40％的稀土元素釔，釔的總加入量為配料成分總重量的0.20％；(3)、出鋼中，將剩余的30％的復(fù)合脫氧劑SiAlBaCa和剩余的60％的稀土元素釔依次加入鋼包內(nèi)。
實(shí)施例3一種提高M(jìn)42高速鋼綜合性能的工藝方法，(1)、配料時(shí)，將硅的含量控制在占配料成分總重量的0.52％，將鈷的含量控制在占配料成分總重量的8.0％，同時(shí)在鋼中加入微量氮進(jìn)行微合金化，使鋼中氮含量由傳統(tǒng)的150ppm左右提高到250ppm。
(2)、出鋼前，先在爐內(nèi)加入占總加入量65％的復(fù)合脫氧劑SiAlBaCa，SiAlBaCa的總加入量為2Kg/每噸鋼；然后再在爐內(nèi)加入占總加入量60％的稀土元素鈰，鈰的總加入量為配料成分總重量的0.05％；(3)、出鋼中，將剩余的35％的復(fù)合脫氧劑SiAlBaCa和剩余的40％的稀土元素鈰依次加入鋼包內(nèi)。
上述工藝中，加氮的作用是提高高速鋼的抗拉強(qiáng)度，二次硬度和紅硬性。
復(fù)合脫氧劑的作用是對(duì)鋼水進(jìn)行孕育處理和終脫氧，改善高速鋼的鑄態(tài)組織，凈化鋼的基體。除了上述實(shí)施例的SiAlBaCa外，它還可以是由主要成分含有Si、主要成分含有Al、主要成分含有Ba和主要成分含有Ca的這四種物質(zhì)中的任何兩種或兩種以上組合而成的混合物，如主要成分含有Si和主要成分含有Al的這兩種物質(zhì)形成的混合物，主要成分含有Si和主要成分含有Ca的這兩種物質(zhì)形成的混合物，主要成分含有Si、主要成分含有Ba和主要成分含有Al的這三種物質(zhì)形成的混合物等。
稀土元素的作用是對(duì)鋼進(jìn)行孕育處理，它能顯著改善高速鋼鑄錠的鑄態(tài)組織，凈化晶界，從而改善高速鋼的熱塑性和大斷面材的韌性。同時(shí)稀土還有強(qiáng)化晶界的作用。稀土元素除了上述的鈰、釔外，還可以是混合稀土。
本工藝生產(chǎn)的M42高速鋼與采用原工藝生產(chǎn)的M42高速鋼相比，質(zhì)量和使用性能明顯提高，與進(jìn)口材奧地利伯樂M42高速鋼相比，質(zhì)量也不相上下。
以下為按本工藝生產(chǎn)的M42高速鋼與進(jìn)口材奧地利伯樂M42高速鋼的一些主要技術(shù)指標(biāo)之間的比較。
1.淬回火硬度比較按本工藝生產(chǎn)的M42鋼與奧地利伯樂公司的M42鋼在1170℃和1190℃淬火，在540℃回火條件下的淬回火硬度見表1。
表1 本發(fā)明M42高速鋼與伯樂M42高速鋼的淬回火硬度比較

2.紅硬性比較按本工藝生產(chǎn)的M42高速鋼與奧地利伯樂公司生產(chǎn)的M42高速鋼在625℃補(bǔ)充回火四小時(shí)后的紅硬性見表2。
表2 本發(fā)明M42高速鋼與伯樂M42高速鋼的紅硬性比較

3.非金屬夾雜物對(duì)孕育處理前的M42鋼與孕育處理后的M42鋼中非金屬夾雜物進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表3。
表3 M42鋼原工藝與孕育處理和使用復(fù)合脫氧劑后鋼中的非金屬夾雜物比較


4.雜質(zhì)元素含量比較按本工藝生產(chǎn)的M42鋼與奧地利伯樂公司生產(chǎn)的M42鋼中雜質(zhì)元素的比較見表4。
表4 伯樂M42與本發(fā)明M42雜質(zhì)元素檢測(cè)結(jié)果

5.碳化物顆粒度本發(fā)明生產(chǎn)的M42(65.5×28)拉刀坯與伯樂進(jìn)口M42材生產(chǎn)的拉刀坯(65.5×28)的共晶碳化物不均勻度級(jí)別與碳化物顆粒的對(duì)比見表5。
表5本發(fā)明生產(chǎn)拉刀坯與伯樂材生產(chǎn)拉刀坯的碳化物顆粒度

通過比較可得出如下結(jié)論(1)本發(fā)明生產(chǎn)的M42高速鋼在1170℃淬火，540℃回火時(shí)的淬回火硬度值比伯樂材略高，在1190℃淬火，540℃回火時(shí)的硬度值相同，因此可以說，本發(fā)明的M42鋼與伯樂M42鋼在以上兩種淬火溫度下的硬度值相當(dāng)。(2)在1170℃+540℃+625℃×4h的條件下，本發(fā)明M42鋼的紅硬性略高于伯樂M42鋼。(3)As、Pb、Sb、Bi四元素，伯樂M42鋼與本發(fā)明M42鋼沒有什么差別，而Ni元素伯樂材比本發(fā)明高一倍多，Sn、Cu兩元素含量伯樂材也比本發(fā)明材高出許多，這說明本發(fā)明生產(chǎn)的M42鋼在材質(zhì)的純凈度方面并不比進(jìn)口材差。(4)從碳化物顆粒度的情況可以看出，在較小尺寸的顆粒碳化物，伯樂材普遍比本發(fā)明材小1um，中等尺寸顆粒兩家完全一樣，而最大顆粒碳化物伯樂M42比本發(fā)明M42大。由此可見，按本發(fā)明提供的工藝方法生產(chǎn)的M42高速鋼其綜合性能已大大改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種提高M(jìn)42高速鋼綜合性能的工藝方法，其特征在于(1)、配料時(shí)，將硅的含量控制在占配料成分總重量的0.5％-0.55％，將鈷的含量控制在占配料成分總重量的7.9％-8.1％，同時(shí)在鋼中加入氮元素進(jìn)行微合金化，使鋼中氮含量為250-800ppm；(2)、出鋼前，先在爐內(nèi)加入占總加入量65％-80％的復(fù)合脫氧劑，復(fù)合脫氧劑的總加入量為2-5Kg/每噸鋼；然后再在爐內(nèi)加入占總加入量40％-60％的稀土元素，稀土元素的總加入量為配料成分總重量的0.05％-0.20％；(3)、出鋼中，按先加復(fù)合脫氧劑后加稀土元素的順序?qū)⑹Ｓ嗟?0％-35％的復(fù)合脫氧劑和剩余的40％-60％的稀土元素加入鋼包內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述復(fù)合脫氧劑為SiAlBaCa或由主要成分分別含有Si、Al、Ba和Ca的四種物質(zhì)中的任何兩種或兩種以上組合而成的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述稀土元素為鈰或釔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高M(jìn)42高速鋼綜合性能的工藝方法，主要在配料方面將硅、鈷分別控制在占配料成分總重量的0.5％－0.55％和7.9％－8.1％，同時(shí)使鋼中氮含量為250－800ppm；并且在出鋼前和出鋼中分別加入一定量的復(fù)合脫氧劑和稀土元素。通過以上手段進(jìn)行微合金化以及脫氧和孕育處理，能提高M(jìn)42鋼的純凈度，凈化晶界，改善結(jié)晶組織，細(xì)化碳化物。按本工藝方法生產(chǎn)的M42高速鋼其質(zhì)量和使用性能明顯提高。即使與進(jìn)口材相比，在淬回火硬度值、紅硬性、雜質(zhì)元素含量和碳化物顆粒度等主要指標(biāo)上也毫不遜色。因此，按本工藝制造出的高速鋼加工而成的切削工具，使用壽命能顯著提高。
文檔編號(hào)C21C7/06GK1904107SQ20061009500
公開日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2006年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月31日
發(fā)明者鄒宗躍, 王周樹, 李榮之, 祝吉海, 王渝 申請(qǐng)人:重慶鋼鐵(集團(tuán))有限責(zé)任公司