絲錐專用3v高速鋼及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種絲錐專用3V高速鋼及其制備工藝，該高速鋼由如下重量百分比的組分制成：C:1.10-1.25%；W:5.0-5.3%；Mo:6.0-6.5%；Cr:3.9-4.5%；V:2.5-2.9%；Mn:0.28-0.40%；Si:0.25-0.55%；P:≤0.025%；S:≤0.010%；N:≤0.050%；余量為Fe。其制備工藝采用中頻感應爐冶煉鋼水，經LF爐外精煉，VD真空除氣，澆注鑄錠，軋制制備高速鋼棒材。本發明解決了常規方法生產3V高速鋼在加工過程中存在MC顆粒大，難磨削、難加工，加工效率低、成本高的問題，使MC碳化物顆粒尺寸不大于10μm。
【專利說明】絲錐專用3V高速鋼及其制備工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種3V高速鋼，尤其涉及一種絲錐專用3V高速鋼，同時，本發明還涉及一種絲錐專用3V高速鋼的制備工藝。
【背景技術】
[0002]螺紋刀具是用于加工各種內外螺紋的專用工具，在機械加工領域使用廣泛，需求量大。絲錐是加工圓柱形、圓錐形小孔徑內螺紋使用得最廣泛的螺紋刀具之一，是在鉆頭等加工出底孔上進行攻絲、切削和排屑，這些操作都是在極為狹窄的空間內進行，工作條件很差，而且加工時既要保證被加工螺紋孔的大徑、中徑、螺距、牙形角和光潔度達到規定的精度等級要求，還要有較高的生產率。絲錐攻絲往往是工件最后一道加工工序，若絲錐折斷或其它質量事故，將導致工件報廢，會造成很大經濟損失，故又要求絲錐具有一定的安全保障性。目前工件材料發展得越來越多，高性能難加工的材料所占比率不斷增加，這對絲錐質量又提出了更高要求。
[0003]進入21世紀后，高速切削技術及工廠自動化、智能化加工技術的發展對螺紋刀具提出了更高要求。國外目前已批量生產主軸轉速達2000~3500r/min的加工中心，但配套刀具的切削能力尚不能滿足這些先進設備的要求。因此，應特別重視對刀具材料及刀具表面涂層技術的開發，改善螺紋刀具的切削性能，提高其使用壽命，以滿足高速切削的需要，使每一把刀具都調整到適用于每一個具體加工對象。工廠自動化和無人化加工要求刀具產品除具有較高的可靠性、較長的刀具壽命和良好的排屑結構外，還必須具有較高的質量穩定性和可切削性能。
[0004]國外絕大部分工業用螺紋刀具均采用高速鋼制造，用合金工具鋼制造的螺紋刀具通常只限于家庭使用。在難加工材料、硬材料工件的螺紋加工中，粉末冶金含鈷高速鋼刀具材料日益受到重視，其抗彎強度、耐磨性、熱硬度等性能指標可比普通含鈷高速鋼提高2~3倍。但由于粉末冶金高速鋼加工成本較高，目前在螺紋刀具選材時尚不能普遍使用。
[0005]國內絲錐鋼材料還是以2V (1.5<[V] ( 2.5%)級普通高速鋼M2為主，這一類鋼具有良好的紅硬性和耐磨性，在現代刀具材料中占有很重要的地位。如中國發明專利申請CN103589958 A公開了一種用于制造絲錐的2V級高速鋼的制備工藝，該技術是通過加入少量的鈮和鈦來提高高速鋼的硬度、紅硬性、沖擊韌性和抗粘刀能力、切削壽命，降低鈷合金含量，降低成本。但隨著科技的發展，特別是對新材料研究的深入，人們對刀具材料提出了更高的要求，希望能使刀具在常溫和高溫下的力學性能得到顯著提高。近年來，從提高生產效率考慮，切削刀具材料已從2V級普通型高速鋼向3V (2.5<[V] ( 3.5%)級高性能高速鋼發展，如法國Erasteel牌號GV3，高溫硬度高，容易磨削，其強韌性和可加工性比M2等普通高速鋼高出一個檔次，主要用于制作切削難加工材料的工具，如深孔鉆、拉刀、絲錐、銑刀、滾刀等。3V級高速鋼是為了適應加工難切削材料，在綜合高C高V高速鋼優點的基礎上發展起來的。但常規方法生產的3V級高速鋼在實際加工過程中存在MC碳化物顆粒大，難磨削、難加工，在磨削過程中易產生燒傷，影響加工效率及加工成本。
【發明內容】
[0006]為解決現有技術中存在的不足，本發明提供了一種高性能、易加工的絲錐專用3V高速鋼。
[0007]為實現上述目的，本發明所述的絲錐專用3V高速鋼由如下重量百分比的組分制成:C: 1.10-1.25% ;W:5.0-5.3% ;Μο:6.0-6.5% ;Cr:3.9-4.5% ;ν:2.6-2.9% ;Mn:0.28-0.40% ；S1:0.25-0.55% ； P:≤ 0.025% ；S: ≤ 0.010% ；Ν: ≤ 0.050% ;余量為 Fe。
[0008]常規3V高速鋼C含量為1.15-1.25%，本發明降低至1.10-1.25%，降低C含量下限有助于MC碳化物的數量以及碳化物偏析控制，使鋼材在機加工時利于磨削。
[0009]W、Mo是回火析出二次碳化物的主要元素，用于提高淬透性，是強二次硬化元素，可以提高鋼的熱強性和抗回火軟化。因W、Mo與C形成碳化物的當量關系是:1%Μο相當于
1.8%ff, W和Mo可以相互替代，但Mo比W更有效，Mo對改善韌性有利，再考慮到節約成本因素，本發明以Mo代W節約成本，確定ff:5.0-5.3% ；Mo:6.0-6.5%。
[0010]V不僅是強二次硬化元素，而且V在凝固過程中形成一次碳化物MC和共晶碳化物MC。V含量增大，Λ T( 一次碳化物析出溫度與共晶反應溫度差值)越大，進而一次析出MC與鋼液接觸時間越長，MC粒度增大。綜合考慮到鋼材的淬回火硬度以及MC顆粒度，本發明確定 V: 2.6-2.9%ο
[0011]Si含量由傳統的0.15-0.40%提高至0.25-0.55%，利用Si增強鋼的二次硬化作用，提高鋼材相應的二次硬化效果。
[0012]Mn通常作為脫氧劑添加，在鋼中與殘存的S形成MnS，減小S的危害；一般Mn/S ≥20 ;本鋼種中要求S≤0.010%,因此控制Mn:0.28-0.40%即可。
[0013]P是晶界偏聚元素，對鋼的沖擊韌性影響很大，P含量越低，對鋼的韌性越有利，特別是0.015%以下鋼的沖擊值縱橫異性顯著減小，但由于高合金鋼冶煉時對P去除很難，主要通過控制原料P含量達到要求，結合經濟性成本考慮，本發明控制PS 0.025%。
[0014]S是非金屬夾雜物形成元素，為改善消除S與Fe等其它元素形成低熔點非金屬夾雜的危害，控制適量Mn與S形成MnS，但MnS在壓延方向延伸分布，使壓延方向的韌性降低。希望S含量越低越好，本發明要求S≤0.010%ο
[0015]N與高速鋼中V結合的能力比C強，它部分置換MC中的碳原子，形成M (CN)型碳氮化物，氮的融入使一次碳化物析出溫度提高，Δ T值增大，從而使MC 一次碳化物尺寸增大。本發明為減小MC碳化物顆粒度，要求[N] ( 50ppm。
[0016]在提高V含量的同時降低N含量，控制[N] ( 50ppm,遠低于現有技術中[N]= 100-300ppm的范圍，從而有效抑制了Λ T值的增大，減小MC 一次碳化物尺寸的增大時間，從而保證MC碳化物顆粒尺寸≤10 μ m。
[0017]此外N1、Cu對鋼的性能影響不大，作為殘余元素，通常分別控制≤0.20%。Sn,Pb,As、B1、B等有害元素，在凝固時在晶界偏聚，變形后形成帶狀偏析，熱處理時在奧氏體晶界進行偏聚，降低鋼的韌性，本發明模具鋼要求Sn、Pb等有害元素總量控制在0.015%以下，具體為 As 0.005% 以下，Sn 0.006% 以下，B 0.003% 以下，Pb 0.0025% 以下，Bi 0.001% 以下。
[0018] 對冶煉材料中各有效元素進行限定，通過各元素間相互配合，保證3V鋼的硬度、熱強性、抗回火性及韌性等各項性能符合標準要求，同時有效控制碳化物、偏析、偏聚等問題，制備出絲錐專用的3V級高性能高速鋼。
[0019]作為對上述方式的限定，該高速鋼的組分優選為:C:1.15% ；ff:5.1% ；Mo:6.4% ；Cr:4.3% ；V:2.8% ；Mn:0.35% ；S1:0.45% ；P:0.015% ；S:0.008% ；N:0.035% ;余量為 Fe。
[0020]優選的組分配比使制成的高速鋼具有最佳的硬度、韌性及易加工性能，同時，降低了碳化物顆粒度、防止偏析等問題的出現，有效提高了 3V高速鋼的質量。
[0021]此外，本發明同時提供了一種絲錐專用3V高速鋼的制備方法，其工藝步驟包括:
a、中頻感應爐冶煉制備鑄錠，采用中性坩堝將合金及高速鋼返回料熔化倒入鋼包，經LF爐外精煉，VD真空脫氣，保證[N] ( 50ppm，鋼水經下注法澆注為鑄錠；
b、鑄錠開坯軋制制造高速鋼棒材盤條，鑄錠經1150°C_1175°C加熱開坯軋制生產高速鋼棒材盤條。
[0022]優化原料選取N含量低的爐料經中性坩堝冶煉，LF爐外精煉，VD真空脫氣控制[N] ( 50ppm，能夠在提高V含量的同時抑制AT值增大，減小MC一次碳化物尺寸增大時間，保證MC碳化物顆粒尺寸≤10 μ m,從而得到V含量>2.5%的3V級絲錐專用高速鋼，解決了常規3V高速鋼存在的MC碳化物顆粒大，影響3V絲錐專用鋼的品質的問題。
[0023]綜上所述，采用本發明的技術方案制備的絲錐專用3V高速鋼能有效控制MC碳化物顆粒尺寸< 10 μ m，解決常規方法生產中存在的問題，制備的3V高速鋼便于磨削加工，能有效提高加工效率，降低生產成本。
【具體實施方式】
[0024]下面結合實施例對本發明作進一步的說明。
[0025]實施例1
本實施例涉及一種3V級絲錐專用高性能高速鋼，其含有如下重量百分比的組分:C:l.15% ；ff:5.1% ；Mo:6.4% ；Cr:4.3% ；V:2.8% ；Mn:0.35% ；S1:0.45% ；P:0.015% ；S:0.008% ；N:0.035% ;余量為 Fe ；
其制備方法包括以下步驟:
采用中頻感應爐冶煉鋼水，鋼水倒入鋼包中經LF爐外精煉，VD真空除氣，保證N^0.050%，經澆注車在氬氣保護的條件下澆注鑄錠；鋼錠經1160°C加熱開坯軋制生產為高速鋼棒材，在精度為h9機床車皮去掉氧化層，到達表面零脫碳的高速鋼銀亮材；
按國標GB/T230、GB/T14452、GB/T229對產品進行性能檢驗，結果見下表。
【權利要求】
1.一種絲錐專用3V高速鋼，其特征在于該高速鋼由如下重量百分比的組分制成:C: 1.10-1.25% ；ff:5.0-5.3% ；Mo:6.0-6.5% ；Cr:3.9-4.5% ；V:2.6-2.9% ；Mn:0.28-0.40% ；S1:0.25-0.55% ；P: ( 0.025% ；S: ( 0.010% ；N: ( 0.050% ;余量為 Fe。
2.根據權利要求1所述的絲錐專用3V高速鋼，其特征在于該高速鋼的組分優選為:C:l.15% ；ff:5.1% ；Mo:6.4% ；Cr:4.3% ；V:2.8% ；Mn:0.35% ；S1:0.45% ；P:0.015% ；S:0.008% ；N:0.035% ;余量為 Fe。
3.—種絲錐專用3V高速鋼的制備工藝，其特征在于該制備工藝包括以下步驟: a、中頻感應爐冶煉制備鑄錠，采用中性坩堝將合金及高速鋼返回料熔化倒入鋼包，經LF爐外精煉，VD真空脫氣，保證[N] ( 50ppm，鋼水經下注法澆注為鑄錠； b、鑄錠開坯軋制制造高速鋼棒材盤條，鑄錠經1150°C_1175°C加熱開坯軋制生產高速鋼棒材盤條。
【文檔編號】C22C38/24GK104131226SQ201410324902
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月9日 優先權日:2014年7月9日
【發明者】孫宗林, 謝志彬, 張朋, 李棟 申請人:河冶科技股份有限公司