喷射成形耐磨耐蚀沉淀硬化高速钢的制作方法

本发明涉及一种沉淀硬化高速钢，尤其涉及一种喷射成形耐磨耐蚀沉淀硬化高速钢。

背景技术：

1、沉淀硬化钢是一种无碳铁基马氏体沉淀硬化工具合金，近些年逐渐发展起来的一类新型超高强度钢，此类钢具有良好的可磨削性和抗回火软化能力，尺寸稳定性好，被广泛应用于航空航天及海洋化工等领域。

2、沉淀硬化钢的硬化效应是由于时效过程中析出的金属间化合物(即imc)颗粒所致，同时能够提高沉淀硬化高速钢的抗回火软化能力，而基体的强度和imc相的分布状态及尺寸大小又能够对钢的韧性产生影响。

3、目前沉淀硬化钢采用粉末冶金工艺制备，能够解决元素偏析问题从而获得均一的组织结构，相比传统铸锻工艺有大幅度提升，但粉末冶金工艺复杂、流程长、成本高，且现有沉淀硬化钢的耐磨性和耐蚀性难以满足需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种具有良好组织和优异性能的喷射成形耐磨耐蚀沉淀硬化高速钢。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种喷射成形耐磨耐蚀沉淀硬化高速钢，其特征在于，按质量百分比计，该钢包括如下化学组分：

4、c：0.1％-0.2％；

5、si：0.3％-0.8％；

6、cr：2.0％-15.0％；

7、v：0.05-2.0％；

8、co：0％-18.0％；

9、w：0％-5.0％；

10、mo：8％-25.0％；

11、(mo+w/2)：10.0％-27.0％；

12、余量为铁和杂质；

13、且，所述喷射成形耐磨耐蚀沉淀硬化高速钢中析出相包括大量金属间化合物(简称imc)μ相和少量的mc碳化物，其中μ相为(fe,co)7(mo+w/2)6型，mc碳化物为v(c、n)型。

14、本发明通过合金成分的设计，从而提高钢的耐磨性和耐蚀性。

15、具体而言，本发明中沉淀硬化高速钢中的c(碳)的含量需要控制在0.1％-0.2％，优选为0.1％-0.18％，减少碳化物的析出，主要以μ相析出实现强化，钢中少量的c用于形成碳化物，进一步提高沉淀硬化钢的耐磨性。

16、co(钴)的作用是固溶于基体中，使合金成为马氏体钢，从而比铁素体合金的硬度和强度提高了一个档次，co含量的增加会适当降低钢的韧性，在本发明中co元素含量范围是0％-18.0％，优选为0％-16.0％。

17、w(钨)的熔点高，增加了钢的强度和回火稳定性，高温蠕变抗力、增加钢的抗回火软化能力，使得钢在加工和使用过程中表层升温少，硬度下降少，在本发明中w元素含量范围是0％-5.0％，优选为0％-4.0％。

18、mo(钼)的作用于w相同，能够完全取代w，且价格比w低。另一方面mo含量越高，则μ相的开始析出温度越高，μ相的颗粒度也就越大，在本发明中mo元素含量范围是8.0％-25.0％，优选为8.0％-22.0％。

19、cr(铬)加入到钢中作用，一是能够粗化颗粒，使得红硬性有所下降，提高可加工性；另一方面部分cr固溶于基体中，能够提高钢的耐腐蚀性和淬透性。在本发明中cr元素含量范围是2.0％-15.0％，优选为2.0％-12.0％。

20、v(矾)作为强碳化物形成元素，主要作用于是与钢中的形成mc型碳化物，提高钢的耐磨性，使得更多的cr固溶于基体进一步提高耐磨性，为保证钢的强化机制仍以μ相为主，且保证钢的可磨削性，本发明中v元素含量范围是0.05％-2.0％，优选为0.05％-1.7％。

21、si(硅)不是碳化物形成元素，而是作为一种脱氧剂和基体强化元素来使用，能够提高钢的强度和硬度，但是si过多会使基体的塑性和韧性下降，本发明的si含量控制在0.3％-0.8％；，且优选为0.3％-0.6％。

22、作为上述方式的限定，按质量百分比计，所述喷射成形耐磨耐蚀沉淀硬化高速钢包括如下的化学组分：

23、c：0.1％-0.18％；

24、si：0.3％-0.6％；

25、cr：2.0％-12.0％；

26、v：0.05-1.7％；

27、co：0％-16.0％；

28、w：0％-4.0％；

29、mo：8.0％-22.0％；

30、(mo+w/2)：10.0％-22.0％；

31、余量为铁和杂质。

32、为了达到更好的综合性能，本发明喷射成形耐磨耐蚀沉淀硬化高速钢中的各化学组分应控制在要求范围之内。

33、进一步的，至少80％体积分数的所述μ相的颗粒尺寸≤1.5μm，所述μ相的最大颗粒尺寸不超过12.0μm。

34、进一步的，所述喷射成形耐磨耐蚀沉淀硬化高速钢中所述μ相的体积分数为15-28％。

35、进一步的，所述mc碳化物至少80％体积分数尺寸为≤2μm，最大mc碳化物尺寸不超过3.0μm。

36、进一步的，所述喷射成形耐磨耐蚀沉淀硬化高速钢中所述mc碳化物体积分数为1.0％-2.5％。

37、本发明同时也提供了制备如上所述的喷射成形耐磨耐蚀沉淀硬化高速钢的制备方法，且所述制备方法包括如下的步骤：

38、a、按上述化学组成要求制备沉淀硬化钢钢液并转移至钢包；

39、b、通过加热钢包内钢液上表面覆盖的保护渣，维持钢液的过热度；在钢包底部通入惰性气体对钢液进行搅拌；

40、c、将钢液通过钢包底部的导流管以稳定流量流入预加热的中间包，待钢液进入中间包埋没导流管下端面时对钢液上表面施加保护渣；

41、d、对中间包进行持续补偿加热，维持钢液的过热度；

42、e、钢液从中间包进入喷射沉积室后采用惰性气体进行雾化沉积，在稳定出口压力下完成喷射沉积得到喷射沉积锭；喷射沉积过程中维持钢液温度和流量稳定，喷射沉积接收盘缓慢下降同时水平旋转，喷射沉积接收盘下降速度与喷射沉积锭生长速度保持一致使喷射沉积锭上端面高度恒定；控制气体进气、出气流量，保持喷射沉积室的惰性气体保护性氛围；

43、f、将喷射沉积锭转移至保护性气氛炉进行退火或直接转移至热锻开坯工艺环节。

44、g、采用室式炉进行均质化处理，出炉后采用多火次小变形量将喷射沉积锭锻打开坯，得到沉淀硬化高速钢棒材。

45、在喷射成形工艺过程采用全流程保护，以控制μ相形态，优化沉淀硬化高速钢的性能。

46、钢包的保护渣具有具备隔绝空气及导电加热的功能。钢包底部通过透气孔通入惰性气体，使钢包内不同位置钢液温度均衡，同时加速有害夹杂行的上浮去除。钢包底部的导流管一方面对钢液起导流作用，减少钢液流转过程中紊流产生，避免卷渣或减少夹杂进入下一个环节，另一方面避免钢液直接与空气接触，防止钢液氧含量继续上升；中间包的保护渣防止流经中间包的钢液直接与空气接触，减少钢液氧含量升高。钢水进入中间包前对中间包预加热，能够防止钢液进入中间包时局部凝结或导致第二相提前析出；喷射沉积过程中控制气体进气及出气流量，保持喷射沉积室惰性气体的保护气氛，对喷射沉积锭起到保护作用。

47、本发明中的沉淀硬化高速钢采用喷射成形工艺制备，制备成本相比粉末冶金工艺要低，降低合金整体成本、简化工艺流程方面具有优势。此外，获得的喷射成形耐磨耐蚀沉淀硬化高速钢中μ相和少量的mc碳化物细小、均匀，可获得出色的强韧配合，且本发明的沉淀硬化高速钢具备优异的综合性能，尤其是高的耐磨损性能和耐腐蚀性能，热处理后能够获得63hrc以上硬度，适合在同时具有硬质粒子及腐蚀性介质的工况中使用。