一种高钒含铌低偏析喷射成形工具钢 |
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| 申请号 | CN202410126408.7 | 申请日 | 2024-01-30 | 公开(公告)号 | CN117966040A | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 浙江正达新材料科技有限公司; | 发明人 | 吕侃; 吕榕; 应宗霖; 应和添; 马一宁; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种高 钒 含铌低偏析 喷射成形 工具 钢 ,它涉及一种喷射成形高钒含铌工具钢的组分设计及其制备技术,其组分按照 质量 百分比包括： 碳 ：0.60～2.00%,铬：4.00～8.00%,钼：0.50～6.00%,钒：2.00～10.00%,钨：0.00～6.00%,铌：0.50～2.00%, 硅 ：0.10～0.4%,硫：≤0.060%,磷：≤0.030%,氮：0.030～0.080%,余为 铁 和不可避免的杂质。工艺步骤为：步骤一：配料按照以上各个组分配置 冶炼 原料；步骤二：中频感应熔炼：步骤三：雾化喷射沉积；步骤四： 锻造 ；步骤五： 热处理 。解决了低钒喷射成形工具钢存在心部共晶碳化物偏析比较严重，共晶碳化物颗粒粗大的问题；二是解决了高钒喷射成形工具钢MC碳化物颗粒粗大，可磨削性差，磨削加工效率低的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高钒含铌低偏析喷射成形工具钢,其特征在于：其组分按照质量百分比包括： |
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| 说明书全文 | 一种高钒含铌低偏析喷射成形工具钢技术领域[0001] 本发明属于喷射成形工具钢技术领域，涉及一种高钒含铌低偏析喷射成形工具钢。 背景技术[0002] 高钒含铌低偏析喷射成形工具钢是一种具有优良性能的特种钢材。这种钢材通过喷射成形工艺制备，旨在提高材料的均匀性、致密度和机械性能。在喷射成形过程中，熔融的金属被高速喷射到基板上，并迅速凝固成形，从而避免了传统铸造工艺中容易出现的偏析和缩孔等缺陷。 [0003] 钒和铌是这种工具钢中的重要合金元素。钒的加入可以显著提高钢材的硬度、耐磨性和热稳定性，而铌则可以细化晶粒，提高材料的韧性和强度。通过优化钒和铌的含量，可以制备出具有高硬度、高耐磨性、高热稳定性和良好韧性的工具钢。 [0004] 在喷射成形过程中，由于金属液的快速凝固，可以有效减少元素的偏析现象。偏析是指合金中不同元素在凝固过程中的分布不均，这种不均分布会影响材料的性能。通过喷射成形工艺，可以获得更加均匀的元素分布，从而提高材料的整体性能。 [0005] 此外，喷射成形工艺还具有制备周期短、材料利用率高等优点。相比传统的铸造和锻造工艺，喷射成形可以更快地制备出具有优良性能的工具钢，同时减少材料的浪费。 [0006] 现有喷射成形工具钢存在的不足有以下两种，一是低钒喷射成形工具钢存在心部共晶碳化物偏析比较严重，共晶碳化物颗粒粗大，个别超过20μm；二是高钒喷射成形工具钢解决了共晶碳化物偏析比较严重问题，但MC碳化物颗粒粗大，导致可磨削性差，磨削加工效率低。这些不足是本发明技术方案所要针对解决的缺点。 发明内容[0007] 本发明的目的是提供一种高钒含铌低偏析喷射成形工具钢，解决了现有技术中存在的问题。 [0008] 本发明所采用的技术方案是， [0009] 一种高钒含铌低偏析喷射成形工具钢,其组分按照质量百分比包括：碳：0.60～2.00％,铬：4.00～8.00％,钼：0.50～6.00％,钒：2.00～10.00％,钨：0.00～6.00％,铌： 0.50～2.00％,硅：0.10～0.4％,硫：≤0.060％,磷：≤0.030％,氮：0.030～0.080％,余为铁和不可避免的杂质,所述主要金属元素组分除铁以外均按照合金形式配入。 [0010] 作为上述技术方案的改进： [0011] 高钒含铌低偏析喷射成形工具钢的碳化物组成为MC碳化物，MC碳化物的类型为(V、Nb)(C、N)。 [0012] 所述杂质包括O，O≤0.01％。 [0013] 化学组分按质量百分比计包括：碳：0.60～2.00％,铬：4.00～8.00％,钼：0.50～6.00％,钒：2.00～10.00％,钨：0.00～6.00％,铌：0.50～2.00％,硅：0.10～0.4％,硫：≤ 0.060％,磷：≤0.030％,氮：0.030～0.080％,余量为铁和杂质。 [0014] 所述杂质包括S，S≤0.060％。 [0015] 所述杂质包括P，P≤0.030％。 [0016] 所述MC碳化物的体积分数为12％‑20％。 [0017] 所述MC碳化物至少80Vol％尺寸≤6μm。 [0018] 所述MC碳化物最大尺寸不超过20μm [0019] 本发明的有益效果是 [0020] 本发明的材料与现有材料相比，解决了低钒喷射成形工具钢存在心部共晶碳化物偏析比较严重，共晶碳化物颗粒粗大的问题；二是解决了高钒喷射成形工具钢MC碳化物颗粒粗大，可磨削性差，磨削加工效率低的问题。附图说明 [0021] 图1现有材料高钒喷射成形工具钢金相组织，1/4D，纵向，100倍[0022] 图2现有材料高钒喷射成形工具钢金相组织，1/4D，纵向，500倍[0023] 图3本发明高钒含铌喷射成形工具钢金相组织，1/4D，纵向，100倍[0024] 图4本发明高钒含铌喷射成形工具钢金相组织，1/4D，纵向，500倍具体实施方式 [0025] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。 [0026] 第一部分： [0027] 说明材料的组成成分、各成分的配比含量 [0028] 一种高钒含铌低偏析喷射成形工具钢，其化学组分按质量百分比计包括：碳：0.60～2.00％,铬：4.00～8.00％,钼：0.50～6.00％,钒：2.00～10.00％,钨：0.00～6.00％,铌：0.50～2.00％,硅：0.10～0.4％,硫：≤0.060％,磷：≤0.030％,氮：0.030～0.080％,余量为铁和杂质； [0029] 对比分析了已有材料(图1、图2)和本发明材料(图3、图4)的碳化物分布和颗粒大小，可以看到本发明材料(图3、图4)的碳化物分布均匀碳化物颗粒尺寸明显小于已有材料。 [0030] 第二部分： [0031] 铬、钼、钒、钨均为碳化物形成元素，与碳结合形成高硬度的合金碳化物，其中钨和钼参与形成M6C碳化物，钒参与形成MC碳化物，铬参与形成M23C6碳化物。碳化物自液相析出成为耐磨相，固相析出则成为强化相。碳是形成碳化物所必须的合金元素，根据目标硬度、耐磨性要求及碳化物定比碳公式(Cp＝0.033*W+0.063*Mo+0.06*Cr+0.2*V)选取合金元素及碳含量。 [0032] 铌属于更强的碳化物形成元素，参与形成MC碳化物(1％铌对应0.13的碳)，所形成的MC碳化物析出温度更高，有利于抑制共晶碳化物的凝固偏析并细化碳化物。从而提高材料的韧性，并改善材料的可磨削性。 [0033] 硅是残余元素，有利于改善钢液的流动性，控制在0.10～0.4％，硫和磷属于残余有害元素，一般控制在0.030％以下，硫可改善可磨削性，对于磨削困难的高钒钢允许硫含量提高到0.060％。 [0034] 第三部分： [0035] 制备方法： [0036] 1、配料→2、熔炼→3、脱氧控温扒渣→4、出钢→5、气雾化→6、雾化钢液喷射沉积→7、沉积托盘旋转下移→8、喷射沉积完毕→9、静置→10、脱出沉积锭→11、沉积锭退火→12、加热锻造→13、退火→14、精整 [0037] 步骤1：配料，按照以上各个组分配置冶炼原料； [0038] 步骤2：感应炉熔炼，并调整成分： [0042] 步骤6：雾化钢液摆动喷射沉积至旋转的沉积托盘； [0043] 步骤7：沉积托盘旋转下移并使得沉积面与喷嘴保持固定距离 [0044] 步骤8：喷射沉积完毕 [0045] 步骤9：静置5‑10分钟 [0046] 步骤10：脱出沉积锭 [0047] 步骤11：沉积锭退火 [0048] 步骤12：加热锻造； [0049] 步骤13：退火 [0050] 步骤14：精整，校直、剥皮、探伤切头等 [0051] 第五部分： [0052] 本发明材料与已有材料(喷射成形高钒钢W6Mo5Cr4V3)的碳化物尺寸及抗弯强度对比数据见表1. [0053] 表1、碳化物尺寸及抗弯强度对比 [0054] [0055] 第六部分： [0056] 列举各种实施例 [0057] 1、实施例化学成分(见表2) [0058] [0059] 表2 [0060] 2、本发明材料MC碳化物最大尺寸为7.6μm(表1)，与已有材料(喷射成形高钒钢W6Mo5Cr4V3)相比减小4.7μm，本发明材料抗弯强度2800‑3100Mpa，同比提高15％。 |
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