本發(fā)明涉及高速鋼技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種新型高速鋼材料及其制備工藝。

背景技術(shù)：

m42是一種現(xiàn)有的高速鋼材料，其主要用于精密耐磨五金冷沖模，也可用于精密切削工具，其具有高溫硬度高，重切削，被加工工件精密度高的特點?，F(xiàn)有的m42更強調(diào)的是切削性能，其韌性較差，滿足不了強韌性、耐磨的工模具對韌性性能的要求。而且m42鋼材中含鈷8％，即1噸m42需要co元素80千克。co是一種貴金屬，如此不但導(dǎo)致m42鋼材價格較高，且不利于國家對于貴金屬資源的保護。針對上述問題，在強韌性、耐磨的工模具應(yīng)用領(lǐng)域有必要提出進一步的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提出一種新型高速鋼材料及其制備工藝，具有強韌性和耐磨的優(yōu)點。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案：

根據(jù)本發(fā)明一個方面，提供一種新型高速鋼材料，該新型高速鋼材料的化學(xué)成分以重量百分?jǐn)?shù)計由下列組分組成：c1.00～1.20％、w0.75～2.25％、mo8.05～10.05％、cr3.50～4.75％、v0.70～1.75％、co2.55～3.90％、p≤0.03％、s≤0.03％、si0.10～1.10％、mn0.10～0.95％、殘留元素≤0.55％，余量為fe。

在一些實施方式中，該新型高速鋼材料的化學(xué)成分以重量百分?jǐn)?shù)計其中：c1.10％、w1.50％、mo9.05％、cr4.12％、v1.22％、co3.22％、p0.02％、s0.015％、si0.60％、mn0.52％。

在一些實施方式中，所述殘留元素包括ni和cu，所述ni≤0.25％、cu≤0.30％。

在一些實施方式中，還包括nb元素，以重量百分?jǐn)?shù)計nb0.03％～1.00％。

根據(jù)本發(fā)明另一個方面，提供一種上述新型高速鋼材料的制備工藝，包括以下步驟：

s1：按照權(quán)利要求1所述的成分配比，將原材料融化成鋼水，并澆注成鑄錠；

s2：利用電渣重熔的方法對步驟s1得到的鑄錠進行提純；

s3：將步驟s2得到的電渣錠通過壓力加工的方式制成成品鋼；

s4：對步驟s3得到的成品鋼進行球化退火；

s5：對球化退火后的成品鋼進行進一步熱處理；

s6：對步驟s5得到的成品鋼進行深冷處理。

在一些實施方式中，步驟s4具體包括：將成品鋼在840-860℃條件下等溫退火6-10h，然后隨爐冷卻到740-760℃下等溫退火4-8h，隨爐冷卻到200℃，出爐空冷。

在一些實施方式中，步驟s5具體包括：在650℃下預(yù)熱2h，然后再850℃下預(yù)熱2h，再在1020℃下預(yù)熱2h，然后在1160℃-1220℃下淬火，回火4次，每次540-560℃。

在一些實施方式中，步驟s5具體包括：在-160℃下保溫4h。

本發(fā)明的有益效果至少包括：本發(fā)明提供了具有強韌性和耐磨性的新型高速鋼材料，在強韌性、耐磨的工模具應(yīng)用領(lǐng)域能全面替代進口高牌號鋼種，如m42/m35/粉沫鋼等。本發(fā)明同時解決了傳統(tǒng)m42鋼材需要大量co元素，將co元素含量從8％降到3％，即降低成本的同時利于國家對于貴金屬資源的保護。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種新型高速鋼材料。表1給出了本發(fā)明的新型高速鋼材料成分的五個實施例。其中ni與cu為屬于殘留元素。所謂殘留元素是指在煉鋼過程中通常煉鋼原料(包括鐵水、廢鋼及鐵合金等)可能將雜質(zhì)元素帶入煉鋼爐中，一部分雜質(zhì)元素可以去除，但仍有一部分將最終殘留在鋼中。ni和cu是比較典型的殘留元素，在鋼中不會形成碳化物，對高速鋼性能影響很小。對于其他與cu和ni類似的元素也可以歸入到殘留元素，這些殘留元素通常在冶煉中難以避免，在鋼中不會形成碳化物且對高速鋼性能影響很小，殘留元素的總量小于等于0.55％。co元素在高速鋼中的主要作用是提高鋼的高溫紅硬性，co不形成碳化物，大量的co元素游離在鋼中是導(dǎo)致m42鋼脆性大的原因之一，本發(fā)明降低了co的含量，不僅節(jié)約了co資源和降低了成本，而且還提高了鋼的韌性。

表1新型高速鋼材料成分(重量百分比)

表1中的五個實施例均采用如下工藝制備，具體步驟包括：

s1：按表1所述的新型高速鋼材料的成分配比，將鐵合金、廢鋼等原材料按比例加入到電弧熔煉爐中，同時將造渣材料、增碳劑、氧化劑以及還原劑加入到電弧熔煉爐中，熔化形成鋼水，再將鋼水澆鑄形成鑄錠，將得到的鑄錠進行等溫退火，去除應(yīng)力。具體地，鋼水通過鋼模圓桶澆鑄形成鑄錠，將所述鑄錠進行5-7天的等溫退火。

s2：將步驟s1得到的鑄錠進行電渣重熔，得到電渣錠，將所述電渣錠進行等溫退火，去除應(yīng)力。電渣重熔能提純金屬并獲得潔凈組織均勻致密的鋼錠。經(jīng)電渣重熔的鋼，純度高、含硫低、非金屬夾雜物少、鋼錠表面光滑、潔凈均勻致密、金相組織和化學(xué)成分均勻。

s3：將步驟s2得到的電渣錠通過壓力加工的方式制成成品鋼。具體地，先將電渣錠進行十字等向鍛造，形成中間坯，將中間坯進行等溫退火去除應(yīng)力，再將中間坯經(jīng)過軋制形成成品鋼，將所述成品鋼進行5-7天的等溫退火，得到的成品鋼為直徑小于50mm的圓鋼或厚度為20mm、寬度為610mm以內(nèi)的扁鋼；或?qū)⒅虚g坯經(jīng)過鍛造形成成品鋼，將所述成品鋼進行5-7天的等溫退火，得到的成品鋼為直徑大于51mm的圓鋼或厚度大于21mm、寬度大于611mm的扁鋼。壓力加工能破碎高速鋼中的碳化物和細化晶粒，提高韌性和耐磨性。

s4：將步驟s3得到的成品鋼在840-860℃條件下，等溫退火6-10h，隨爐冷卻到740-760℃，再等溫退火4-8h，隨爐冷卻至200℃，出爐空冷。

s5：對步驟s4得到的成品鋼進行進一步熱處理。先進行三段預(yù)熱，再進行淬火并保溫，回火。具體條件為依次在650℃下預(yù)熱2h、850℃下預(yù)熱2h和1020℃下預(yù)熱2h，然后在1160℃-1220℃下淬火，并根據(jù)成品鋼材的有效厚度設(shè)定保溫時間，最后回火4次，每次回火溫度為540-560℃。

s6：對步驟s5得到的成品鋼進行深冷處理。具體條件為在-160℃下保溫4h。深冷處理能夠提高材料的硬度、耐磨性和沖擊韌性。

表1中的五個實施例的新型高速鋼材料均在上述工藝下制備出成品鋼，經(jīng)過檢測，硬度均達到了hrc65-68，都能達到使用要求。

作為本發(fā)明的改進，在本發(fā)明的成分基礎(chǔ)上，還可以通過添加nb元素來細化晶粒，提高鋼的韌性，并獲得高硬度。比如，在表1的五個實施例中分別添加0.03％-1％的nb元素，可以使鋼獲得hrc65-68的高硬度。在本發(fā)明的另外一些實施方式中，還可以添加稀土元素細化晶粒，提高材料的韌性和硬度。

本發(fā)明的新型高速鋼材料不僅耐磨性能好，而且具有強韌性，尤其適用于對韌性要求高的工模具領(lǐng)域，比如應(yīng)用于金屬冷成型模具。將本發(fā)明的新型高速鋼材料應(yīng)用于10.9級緊固件及12.9級緊固件加工模具，測試了其使用壽命，并與現(xiàn)有的m42和asp60粉末鋼進行對比，同時比較了三者的成本，其結(jié)果見表2。從表2中可以看出，應(yīng)用于10.9級緊固件模具時，本發(fā)明的新型高速鋼材料的使用壽命是現(xiàn)有的m42的5.7倍，是asp60粉末鋼的2.8倍。本發(fā)明的新型高速鋼材料在12.9級緊固件模具上的壽命也高于現(xiàn)有的m42和asp60粉末鋼。相比于現(xiàn)有的m42高速鋼和粉末鋼，由于本發(fā)明在耐磨性沒有下降的情況下，提高了韌性，因此本發(fā)明的高速鋼材料所制成的緊固件加工模具的主要失效模式為疲勞磨損，更傾向于自然失效，而普通的m42和粉末鋼所制成的緊固件加工模具由于韌性較差，更多的是發(fā)生崩斷或脆斷，因此利用本發(fā)明制備的工模具具有更長的使用壽命。對比三者的成本，本發(fā)明的成本是進口m42的73％，是進口asp60粉末鋼的15％。因此，本發(fā)明的新型高速鋼材料在強韌性、耐磨的工模具應(yīng)用領(lǐng)域能全面替代進口和國產(chǎn)高牌號鋼種，如m42/m35/粉沫鋼等，并能夠取得極大的經(jīng)濟效益。

表2本發(fā)明與現(xiàn)有m42、asp60粉末鋼的使用壽命及成本的比較