本发明属于高速模具钢应用领域，具体涉及一种高si高性能高速钢的发明及其制备工艺。
背景技术：
：在我国现行的高速钢标准gb/t9943-2008里面涉及到高si的高速钢只有一款w4mo3cr4vsi，这款钢由于本身合金含量偏低以及w、mo、v的搭配不合理，在实际使用过程中成为了一款低合金低性能低成本高速钢。除了w4mo3cr4vsi之外的其他高速钢都是低si高合金高成本高速钢。w6mo5cr4v2是一款低si高成本高性能高速钢。w6mo5cr4v2的综合性能远远超出w4mo3cr4v，然而成本相对而言却会提高很多。我们需要开发一款低成本高性能的高速模具钢，通过w、mo、cr、v的合理搭配以及提高si含量来实现。我们将用到国外的平衡碳理论。si的作用：提高铁素体和奥氏体的硬度和强度，其作用较cr、w、mo、v等更强；显著提高钢的弹性极限、屈服强度和屈强比并提高应劳强度和疲劳比。si能促使w-mo系以及mo系高速钢凝固时形成的对性能有害的m2c通过二次加热而分解为m6c和mc，从而消除柱状碳化物m2c，达到细化碳化物的目的。另外，si还能细化回火过程中析出的二次碳化物，从而得到良好的二次硬化效果，既提高了回火硬度又增加了高速钢的韧性。但是需要说明的是普通高速钢一般si含量不大于0.6％，国际上谨慎的做法是不大于0.4％。本发明中我们把si含量控制在0.61％-1.40％。在现有的冶炼水平下，当si含量大于1.4％时，由于钢锭心部比边缘冷却速度慢，碳化物析出加大，合金元素的偏析加重，这将严重的影响后续的锻造和热处理，高速钢的脆性急剧增大。高速钢的主要物理性能：韧性，耐磨性，热硬性。本发明不涉及热硬性。韧性和耐磨性是两个矛盾的性能，在同一款高速钢中，提升韧性指标则必然降低耐磨性指标，提升耐磨性指标则必然降低韧性指标。但是在不同款的高速钢中我们需要同时比较耐磨性和韧性。一般而言，高速钢体系中的各款高速钢在不崩刃的前提下，洛氏硬度越高，耐磨性越好，韧性越差。技术实现要素：为了解决以上问题，本发明提出一种高硅(si)高性能高速钢及其制备工艺。本发明的高硅(si)高性能高速钢通过充分利用平衡碳理论，将w、mo、cr、v进行合理搭配,并提高si元素含量,使得高速钢能获得很高的二次硬化,最终使得耐磨性明显优于w4mo3cr4v，达到基本和w6mo5cr4v2相当的水平。而韧性指标同时优于w4mo3cr4v和w6mo5cr4v2，同时使得成本相较于w6mo5cr4v2而言降低很多。另外，本发明提出以上高硅(si)高性能高速钢的制备工艺，采用本发明的制备工艺，相对于传统的加工工艺的能耗所降低。一种高硅(si)高性能高速钢，包括以下质量百分比的化学成分：碳0.82％～1.15％、硅0.61％～1.40％、锰≤0.45％、磷≤0.030％、硫≤0.030％、钨4.50％～6.75％、钼1.55％～2.95％、铬3.50％～4.90％、矾0.75％～1.75％和余量为铁。以上高硅(si)高性能高速钢的制备工艺，包括如下步骤：s1、称取碳0.82％～1.15％、硅0.61％～1.40％、锰≤0.45％、磷≤0.030％、硫≤0.030％、钨4.50％～6.75％、钼1.55％～2.95％、铬3.50％～4.90％、矾0.75％～1.75％和余量为铁，混合之后将原材料进入到电弧中，形成钢水；s2、将步骤s1中得到的钢水浇铸形成电极棒，将所述电极棒进行等温球化退火，得到铸锭；s3、将步骤s2得到的铸锭进行电渣重熔，得到电渣锭，将所述电渣锭进行等温球化退火；s4、将步骤s3中等温球化退火后的电渣锭进行十字等向锻造，形成中间坯，将所述中间坯进行等温球化退火；s5、将步骤s4中的中间坯经过轧制或锻造形成成品钢，并将所述成品钢进行等温球化退火；s6、将步骤s5中的等温球化退火后的成品钢进行三段预热，淬火，深冷，回火。进一步的，步骤s5中等温球化退火的工艺是840℃保温4个小时，快速冷却至760℃，保温6个小时，然后缓冷至550℃出炉空冷。进一步的，步骤s6中三段预热为在650℃保温2个小时、850℃保温2个小时、1020℃保温40分钟。进一步的，步骤s6中淬火温度为1120℃～1160℃。进一步的，步骤s6中回火温度为540℃～560℃。进一步的，步骤s6中深冷工艺的深冷温度为-160℃，保温4-8h。一般软化退火不能消除钢材本身存在的内部组织缺陷，会存在较多的针状贝氏体组织，这部分组织会增加钢材在使用过程中开裂的风险。而本发明采用等温球化退火的工艺，其可以改善钢的切削性能，减小淬火时的变形开裂的倾向性，使钢最终获得相当均匀的最终性能，来满足钢的工作需要。高硅(si)高性能高速钢中各质量百分比的选定的原则如下：(1)成分磷、硫、镍、铜为有害成分，在高速钢中理想状态为0，达不到理想状态的前提下，应不能超过规定的最大值。(2)碳元素由钨、钼、铬、矾的含量通过平衡碳理论计算得到。平衡碳理论最重要的概念是平衡碳差值，其中，平衡碳差值△c的计算方式如下：△c＝c理论-c实际当△c＝0.18～0.26时，为普通高速钢的性能如w6mo5cr4v2；当△c接近于零时，为高性能高速钢如m42和m35；当△c小于零时，低合金高速钢如w4mo3cr4v能够获得高性能。也就是说，△c越小，高速钢能获得越高的性能，同时配合钨、钼、铬、矾的合理百分数，将能创造一款优良的高速钢。(3)其中，平衡碳理论的公式如下：c％理论＝0.033钨％+0.063钼％+0.06铬％+0.2矾％钨、钼、铬、矾的含量取间于w6mo5cr4v2和w4mo3cr4vsi的区间值。这样确保本发明的综合性能高于w4mo3cr4vsi，耐磨性不低于w6mo5cr4v2，韧性高于w6mo5cr4v2。如下为w6mo5cr4v2、w4mo3cr4vsi和本发明的高硅(si)高性能高速钢的质量百分数的对比表格：按照平衡碳理论公式，算出本发明高速钢c理论在0.61％～1.05％之间，为了获得高性能，△c取负值，最终算出c实际取在0.82％～1.15％之间。采用本发明的制备工艺生产的高硅(si)高性能高速钢与w6mo5cr4v2的物理特性对比如下：耐磨性(磨损量)韧性(冲击功)w6mo5cr4v20.017毫克7.7焦本发明的高硅高性能高速钢0.0085～0.016毫克8～18焦说明：耐磨性的实验中w6mo5cr4v2的硬度只做到了hrc61.3，而本发明的高硅(si)高性能高速钢硬度做到了hrc65.3，如果将w6mo5cr4v2的硬度也做到hrc65-65.5之间，那么两者的磨损量应该是非常接近的。本发明本来就不奢求耐磨性能大幅度的超出w6mo5cr4v2。磨损量的获得：拿w6mo5cr4v2和本发明的高硅(si)高性能高速钢的圆钢各一支，先称重，放在相同的介质磨损30秒，记录磨损后的重量，两者相减。冲击功的获得：将热处理10*10*55无缺口的w6mo5cr4v2和本发明的制备工艺生产的高硅(si)高性能高速钢试样分别夹紧，用冲击试验机打击300焦的功去冲击使得试样断裂，取3次测试的平均值，即可获得上述韧性(冲击功)的数值。作为本发明的最重要目的，韧性指标得到大幅度的提高。在做韧性实验时，我们采用同一种热处理工艺，得到本发明的硬度是hrc61.2，w6mo5cr4v2的硬度是hrc60.3。也就是说本发明在硬度高于w6mo5cr4v2的前提下仍然能够将韧性提高到原来的2～3倍。(前面我们提到过在不崩刃的情况下，硬度越高，耐磨性越好，韧性越差。)本发明的高硅(si)高性能高速钢适用于切削刀具和各种模具选材的应用。具体实施方式实施例1：一种高硅(si)高性能高速钢，包括以下质量百分比的化学成分：碳0.90％、硅0.9％、锰0.25％、磷0.028％、硫0.009％、钨5.2％、钼1.7％、铬3.95％、矾1.1％和余量为铁。以上高硅(si)高性能高速钢的制备工艺，包括如下步骤：s1、称取碳0.90％、硅0.9％、锰0.25％、磷0.028％、硫0.009％、钨5.2％、钼1.7％、铬3.95％、矾1.1％和余量为铁，混合之后将原材料进入到电弧中，形成钢水；s2、将步骤s1中得到的钢水浇铸形成电极棒，将所述电极棒进行等温球化退火，得到铸锭；s3、将步骤s2得到的铸锭进行电渣重熔，得到电渣锭，将所述电渣锭进行等温球化退火；s4、将步骤s3中等温球化退火后的电渣锭进行十字等向锻造，形成中间坯，将所述中间坯进行等温球化退火；s5、将步骤s4中的中间坯经过轧制或锻造形成成品钢，并将所述成品钢进行等温球化退火；等温球化退火的工艺是840℃保温4个小时，快速冷却至760℃，保温6个小时，然后缓冷至550℃出炉空冷。s6、将步骤s5中的等温球化退火后的成品钢进行三段预热，淬火，深冷，回火；其中，三段预热为在650℃保温2个小时、850℃保温2个小时、1020℃保温40分钟，淬火温度为1120℃～1160℃，回火温度为540℃～560℃，深冷工艺的深冷温度为-160℃，保温4-8h。实施例1中的高硅(si)高性能高速钢的物理性能如下：耐磨性为0.015毫克；韧性为17.9焦。实施例2：一种高硅(si)高性能高速钢，包括以下质量百分比的化学成分：碳0.98％、硅1.1％、锰0.30％、磷0.027％、硫0.005％、钨6.3％、钼1.9％、铬4.2％、矾1.35％和余量为铁。其制备工艺与实施例1相同，此处不再赘述。实施例2中的高硅(si)高性能高速钢的物理性能如下：耐磨性为0.012毫克；韧性为12焦。实施例3：一种高硅(si)高性能高速钢，包括以下质量百分比的化学成分：碳1.09％、硅1.3％、锰0.28％、磷0.029％、硫0.008％、钨5.8％、钼2.4％、铬4.1％、矾1.55％和余量为铁。其制备工艺与实施例1相同，此处不再赘述。实施例3中的高硅(si)高性能高速钢的物理性能如下：耐磨性为0.009毫克；韧性为8.5焦。以上三个具体的实施例中，随着碳含量从0.90％到0.98％到1.09％，耐磨性的值会越来越接近0.0085毫克，而韧性的值会越来越接近7.7焦。由此可见，本发明的高硅(si)高性能高速钢的各项性能不低于通用高速钢w6mo5cr4v2,尤其韧性指标将大幅度优于通用高速钢。而在综合性能上必然全面超越w4mo3cr4vsi。因为w6mo5cr4v2本身就是全面超越w4mo3cr4vsi的。以上所述实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页12