一种高韧性高速钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及高速钢技术领域，具体涉及一种高韧性高速钢及其制备方法。

背景技术

高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，又称高速工具钢或锋钢，俗称白钢，高速钢的工艺性能好，强度和韧性配合好，因此主要用来制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具，也可制造高温轴承和冷挤压模具等。

现有技术存在以下不足：现有的大部分高速钢，不仅韧性较差，而且耐磨效果也较差，从而会影响到高速钢的使用性能。

因此，发明一种高韧性高速钢及其制备方法很有必要。

发明内容

为此，本发明提供一种高韧性高速钢及其制备方法，通过选用碳、硅、锰、铬、镍、钒、氮、铼、磷、硫、锑、铋、钼、钨、钴、稀土和铁作为原料，以及选用碳化铬、高锰钢和碳化钨作为辅料，然后再按照一定的比例进行配比，以解决现有的大部分高速钢，不仅韧性较差，而且耐磨效果也较差的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高韧性高速钢，包括原料和辅料，所述原料（按重量计）包括：碳10g～12g、硅14g～16g、锰8g～10g、铬9g～10g、镍7g～9g、钒4g～6g、氮6g～8g、铼4g～8g、磷10g～12g、硫5g～7g、锑4g～8g、铋6g～8g、钼12g～16g、钨1g～2g、钴12g～14g、稀土8g～12g、铁30g～40g，所述辅料（按重量计）包括：碳化铬4g～8g、高锰钢2g～4g、碳化钨4g～6g。

一种高韧性高速钢的制备方法，包括具体步骤如下：

S1，将碳、硅、锰、铬、镍、钒、氮、铼、磷、硫、锑、铋、钼、钨、钴、稀土和铁放入到中频炉中进行熔炼，直至达到液体状态；

S2，依次将碳化铬、高锰钢和碳化钨分别投入到中频炉中进行熔炼，直至将碳化铬、高锰钢和碳化钨分别熔炼成液体，其中碳化铬的熔炼温度为1950℃～2050℃，高锰钢的熔炼温度为1750℃～1850℃，碳化钨的熔炼温度为2900℃～2950℃；

S3，将中频炉中的液体引入到脱碳炉中，在供氧条件下进行脱碳处理，从而得到高速钢钢液；

S4，通过连铸机将得到的高速钢钢液，形成一定的断面形状和一定的尺寸规格铸坯，并通过水进行冷却，直至铸坯降至20℃～30℃；

S5，将铸坯放入到锻压机中进行锻压，得到高速钢板料；

S6，将得到的高速钢板料进行淬火和回火处理，并重复3～5次；

S7，将已进行淬火和回火处理的高速钢板料分四次放入到轧机中进行轧制：

第一次：粗轧，直至得到4cm～5cm的高速钢板料，其中入口单位张力为3.2～3.8kg/mm2，出口单位张力为6.2～7.2kg/mm2，轧制力为31～33t，轧制速度为272～282m/min，弯辊力为5.5～7.5t，倾斜力为0.4～0.8t；

第二次：一次精轧，直至得到2.5cm～3.5cm的高速钢板料，其中入口单位张力为6.0～7.0kg/mm2，出口单位张力为8.0～9.0kg/mm2，轧制力为32～34t，轧制速度为380～420m/min，弯辊力为6.8～7.8t，倾斜力为0.5～1.4t；

第三次：二次精轧，直至得到1.5cm～2cm的高速钢板料，其中入口单位张力为14.0～16.0kg/mm2，出口单位张力为18.0～19.0kg/mm2，轧制力为33～35t，轧制速度为480～540m/min，弯辊力为6.0～8.0t，倾斜力为0.7～1.5t；

第四次：三次精轧，直至得到0.7cm～1cm的高速钢板料，其中入口单位张力为18.5～19.5kg/mm2，出口单位张力为19.5～21.5kg/mm2，轧制力为34～36t，轧制速度为480～540m/min，弯辊力为6.5～8.5t，倾斜力为0.7～1.5t；

S8，将S7中所得到的高速钢板料，再次通过锻压机进行锻压，其中，所得到的板料厚度为6cm～8cm；

S9，将S8中所得到的高速钢板料，再通过S7进行轧制，从而得到成品高速钢。

优选的，所述S5中，高速钢板料的厚度为6cm～8cm。

优选的，所述S6中，每次的淬火温度为1550℃～1650℃，每次的淬火时间为3h～5h，每次的回火温度为520℃～560℃。

优选的，所述S7中，轧制用轧制油运动粘度为5.6～6.6mm/s2。

优选的，所述S7中，轧制油按温度分为冷油和热油，冷油温度控制在20℃～40℃，热油温度控制在70℃～100℃，喷射压力为2～6bar。

本发明的有益效果是：

1.通过钼、钴和稀土具有提高高速钢的韧性；

2.通过钴、稀土、碳化铬、高锰钢和碳化钨具有提高高速钢的耐磨性；

3.通过提高高速钢的韧性和耐磨性，不仅会提高高速钢的使用性能，还会提高高速钢的使用寿命。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

本发明提供的一种高韧性高速钢，包括原料和辅料，所述原料（按重量计）包括：碳10g、硅14g、锰8g、铬9g、镍7g、钒4g、氮6g、铼4g、磷10g、硫5g、锑4g、铋6g、钼12g、钨1g、钴12g、稀土8g、铁30g，所述辅料（按重量计）包括：碳化铬4g、高锰钢2g、碳化钨4g；

进一步地，通过钼可以使碳化物颗粒细，分布均匀，从而会提高高速钢的韧性；

通过钴具有提高钢的硬度、耐磨性和韧性；

稀土是元素周期表中的镧系元素和钪、钇共十七种金属元素的总称，自然界中有250 种稀土矿，通过稀土可以改变高速钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了高速钢的韧性、焊接性、冷加工性能和耐磨性；

碳化铬具有良好的耐磨、耐腐蚀、抗氧化性能；

高锰钢具有优秀的耐磨性能；

碳化钨具有良好的耐磨、耐腐蚀性能。

一种高韧性高速钢的制备方法，包括具体步骤如下：

S1，将碳、硅、锰、铬、镍、钒、氮、铼、磷、硫、锑、铋、钼、钨、钴、稀土和铁放入到中频炉中进行熔炼，直至达到液体状态；

S2，依次将碳化铬、高锰钢和碳化钨分别投入到中频炉中进行熔炼，直至将碳化铬、高锰钢和碳化钨分别熔炼成液体，其中碳化铬的熔炼温度为1950℃，高锰钢的熔炼温度为1750℃，碳化钨的熔炼温度为2900℃；

S3，将中频炉中的液体引入到脱碳炉中，在供氧条件下进行脱碳处理，从而得到高速钢钢液；

S4，通过连铸机将得到的高速钢钢液，形成一定的断面形状和一定的尺寸规格铸坯，并通过水进行冷却，直至铸坯降至20℃；

S5，将铸坯放入到锻压机中进行锻压，得到高速钢板料，其中，高速钢板料的厚度为6cm；

S6，将得到的高速钢板料进行淬火和回火处理，并重复S3，其中每次的淬火温度为1550℃，每次的淬火时间为3h，每次的回火温度为520℃；

S7，将已进行淬火和回火处理的高速钢板料分四次放入到轧机中进行轧制：

第一次：粗轧，直至得到4cm的高速钢板料，其中入口单位张力为3.2kg/mm2，出口单位张力为6.2kg/mm2，轧制力为31t，轧制速度为272m/min，弯辊力为5.5t，倾斜力为0.4t；

第二次：一次精轧，直至得到2.5cm的高速钢板料，其中入口单位张力为6.0kg/mm2，出口单位张力为8.0kg/mm2，轧制力为32t，轧制速度为380m/min，弯辊力为6.8t，倾斜力为0.5t；

第三次：二次精轧，直至得到1.5cm的高速钢板料，其中入口单位张力为14.0kg/mm2，出口单位张力为18.0kg/mm2，轧制力为33t，轧制速度为480m/min，弯辊力为6.0t，倾斜力为0.7t；

第四次：三次精轧，直至得到0.7cm的高速钢板料，其中入口单位张力为18.5kg/mm2，出口单位张力为19.5kg/mm2，轧制力为34t，轧制速度为480m/min，弯辊力为6.5t，倾斜力为0.7t；

其中，轧制用轧制油运动粘度为5.6mm/s2，且轧制油按温度分为冷油和热油，冷油温度控制在20℃，热油温度控制在70℃，喷射压力为2bar；

S8，将S7中所得到的高速钢板料，再次通过锻压机进行锻压，其中，所得到的板料厚度为6cm；

S9，将S8中所得到的高速钢板料，再通过S7进行轧制，从而得到成品高速钢。

实施例2：

本发明提供的一种高韧性高速钢，包括原料和辅料，所述原料（按重量计）包括：碳11g、硅15g、锰9g、铬9.5g、镍8g、钒5g、氮7g、铼6g、磷11g、硫6g、锑6g、铋7g、钼14g、钨1.5g、钴13g、稀土10g、铁35g，所述辅料（按重量计）包括：碳化铬6g、高锰钢3g、碳化钨5g。

一种高韧性高速钢的制备方法，包括具体步骤如下：

S1，将碳、硅、锰、铬、镍、钒、氮、铼、磷、硫、锑、铋、钼、钨、钴、稀土和铁放入到中频炉中进行熔炼，直至达到液体状态；

S2，依次将碳化铬、高锰钢和碳化钨分别投入到中频炉中进行熔炼，直至将碳化铬、高锰钢和碳化钨分别熔炼成液体，其中碳化铬的熔炼温度为2000℃，高锰钢的熔炼温度为1800℃，碳化钨的熔炼温度为2925℃；

S3，将中频炉中的液体引入到脱碳炉中，在供氧条件下进行脱碳处理，从而得到高速钢钢液；

S4，通过连铸机将得到的高速钢钢液，形成一定的断面形状和一定的尺寸规格铸坯，并通过水进行冷却，直至铸坯降至25℃；

S5，将铸坯放入到锻压机中进行锻压，得到高速钢板料，其中，高速钢板料的厚度为7cm；

S6，将得到的高速钢板料进行淬火和回火处理，并重复4次，其中每次的淬火温度为1600℃，每次的淬火时间为4h，每次的回火温度为540℃；

S7，将已进行淬火和回火处理的高速钢板料分四次放入到轧机中进行轧制：

第一次：粗轧，直至得到4.5cm的高速钢板料，其中入口单位张力为3.5kg/mm2，出口单位张力为6.7kg/mm2，轧制力为32t，轧制速度为277m/min，弯辊力为6.5t，倾斜力为0.6t；

第二次：一次精轧，直至得到3cm的高速钢板料，其中入口单位张力为6.5kg/mm2，出口单位张力为8.5kg/mm2，轧制力为33t，轧制速度为400m/min，弯辊力为7.3t，倾斜力为0.95t；

第三次：二次精轧，直至得到1.75cm的高速钢板料，其中入口单位张力为15.0kg/mm2，出口单位张力为18.5kg/mm2，轧制力为34t，轧制速度为510m/min，弯辊力为7.0t，倾斜力为1.1t；

第四次：三次精轧，直至得到0.85cm的高速钢板料，其中入口单位张力为19.0kg/mm2，出口单位张力为20.5kg/mm2，轧制力为35t，轧制速度为510m/min，弯辊力为7.5t，倾斜力为1.1t；

其中，轧制用轧制油运动粘度为6.1mm/s2，且轧制油按温度分为冷油和热油，冷油温度控制在30℃，热油温度控制在85℃，喷射压力为4bar；

S8，将S7中所得到的高速钢板料，再次通过锻压机进行锻压，其中，所得到的板料厚度为7cm；

S9，将S8中所得到的高速钢板料，再通过S7进行轧制，从而得到成品高速钢。

实施例3：

本发明提供的一种高韧性高速钢，包括原料和辅料，所述原料（按重量计）包括：碳12g、硅16g、锰10g、铬10g、镍9g、钒6g、氮8g、铼8g、磷12g、硫7g、锑8g、铋8g、钼16g、钨2g、钴14g、稀土12g、铁40g，所述辅料（按重量计）包括：碳化铬8g、高锰钢4g、碳化钨6g。

一种高韧性高速钢的制备方法，包括具体步骤如下：

S1，将碳、硅、锰、铬、镍、钒、氮、铼、磷、硫、锑、铋、钼、钨、钴、稀土和铁放入到中频炉中进行熔炼，直至达到液体状态；

S2，依次将碳化铬、高锰钢和碳化钨分别投入到中频炉中进行熔炼，直至将碳化铬、高锰钢和碳化钨分别熔炼成液体，其中碳化铬的熔炼温度为2050℃，高锰钢的熔炼温度为1850℃，碳化钨的熔炼温度为2950℃；

S3，将中频炉中的液体引入到脱碳炉中，在供氧条件下进行脱碳处理，从而得到高速钢钢液；

S4，通过连铸机将得到的高速钢钢液，形成一定的断面形状和一定的尺寸规格铸坯，并通过水进行冷却，直至铸坯降至30℃；

S5，将铸坯放入到锻压机中进行锻压，得到高速钢板料，其中，高速钢板料的厚度为8cm；

S6，将得到的高速钢板料进行淬火和回火处理，并重复5次，其中每次的淬火温度为1650℃，每次的淬火时间为5h，每次的回火温度为560℃；

S7，将已进行淬火和回火处理的高速钢板料分四次放入到轧机中进行轧制：

第一次：粗轧，直至得到5cm的高速钢板料，其中入口单位张力为3.8kg/mm2，出口单位张力为7.2kg/mm2，轧制力为33t，轧制速度为282m/min，弯辊力为7.5t，倾斜力为0.8t；

第二次：一次精轧，直至得到3.5cm的高速钢板料，其中入口单位张力为7.0kg/mm2，出口单位张力为9.0kg/mm2，轧制力为34t，轧制速度为420m/min，弯辊力为7.8t，倾斜力为1.4t；

第三次：二次精轧，直至得到2cm的高速钢板料，其中入口单位张力为16.0kg/mm2，出口单位张力为19.0kg/mm2，轧制力为35t，轧制速度为540m/min，弯辊力为8.0t，倾斜力为1.5t；

第四次：三次精轧，直至得到1cm的高速钢板料，其中入口单位张力为19.5kg/mm2，出口单位张力为21.5kg/mm2，轧制力为36t，轧制速度为540m/min，弯辊力为8.5t，倾斜力为1.5t；

其中，轧制用轧制油运动粘度为6.6mm/s2，且轧制油按温度分为冷油和热油，冷油温度控制在40℃，热油温度控制在100℃，喷射压力为6bar；

S8，将S7中所得到的高速钢板料，再次通过锻压机进行锻压，其中，所得到的板料厚度为8cm；

S9，将S8中所得到的高速钢板料，再通过S7进行轧制，从而得到成品高速钢。

将上述实施例1-3所制备的高速钢进行对比，得到以下数据：

由上表可知，实施例1-3所制得的高速钢，在抗弯强度、冲击韧性、硬度和耐磨性上均具有较好的表现，只是在碳、硅、锰、铬、镍、钒、氮、铼、磷、硫、锑、铋、钼、钨、钴、稀土、铁、碳化铬、高锰钢和碳化钨上的配比比例不同，导致高速钢在抗弯强度、冲击韧性、硬度和耐磨性上的效果均不同，经过使用后，实施例2效果最佳，在具有高效的抗弯强度和冲击韧性的同时，还具有高效的硬度和耐磨性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案对本发明加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。