粉末冶金製造的高速鋼的製作方法
2023-06-01 23:17:16 1
專利名稱：粉末冶金製造的高速鋼的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種通過合金化金屬粉末的固結所形成的主體形式而以粉末冶金所製造的具有高氮含量的高速鋼。本發明特別是關於一種適用於冷加工工具的高速鋼，特別是要求用於在加工材料與工具之間有大摩擦而導致有粘附磨蝕風險的工具。
發明的背景冷加工通常是在室溫下對金屬加工材料(通常為片狀或板狀)的衝切、衝壓、深拉制以及其他成形。就該類型的加工而言，有多種慣用的冷加工工具，而對於該工具的多種要求越來越高且難以結合。該工具材料應具有高度的耐研磨性，其中是指應具有適當的硬度；在特定的應用下，它也應具有良好的耐粘附磨蝕性；以及其在使用條件下，也應具有適當的韌性。
就上述以及其他的應用而言，有很大的比例是使用熟知的商標名稱為Sverker 21R的冷加工鋼材，它具有的組成為1.55碳、0.3矽、0.3錳、12.0鉻、0.8鉬、0.8釩、平衡量鐵及正常量的雜質的通用的製造鋼材。就冷加工工具而言，也有熟知商標名稱為Vanadis 4的慣用的粉末冶金製造的工具鋼材，它含有1.5碳、1.0矽、0.4錳、8.0鉻、1.5鉬、4.0釩、平衡量鐵及正常量的雜質。也使用高速鋼，諸如熟知的商標名稱為ASP2023和ASP2053的高速鋼。前者具有的規定組成為1.28碳、4.2鉻、5.0鉬、6.4鎢、3.1釩，而後者具有的規定組成為2.45碳、4.2鉻、3.1鉬、4.2鎢、8.0釩，其中在該二鋼材中的平衡物為鐵、正常數量的錳與矽，以及正常存在的雜質。
上述及其他可在市場上購得的鋼材可滿足耐研磨性、韌性及其他特徵的要求。然而，它並不滿足對耐粘附磨蝕的高度要求，它通常是各種類型冷成形工具應用的主要問題，諸如片材的壓制、管件彎曲及冷擠壓等冷成形。這些問題在奧氏體和鐵氧體的不鏽鋼、銅、黃銅、鋁及其他金屬片材冷加工時特別可能發生。雖然該問題可通過潤滑和/或通過物理塗布沉積或化學蒸氣沉積技術，通過表面氮化，或通過硬鉻電鍍，使用減摩陶瓷層如TiN在工具表面的表面進行塗布而減少，但是這些方法都是昂貴的，並具有耗時的問題。此外，損傷的危險和/或沉積的剝落也相當大。如研磨或粘附磨蝕損傷產生，則修復是複雜的，因為任何的缺陷總是會位於該工具的受壓力部位。
發明的簡要公開本發明的目的在於提供一種具有極高耐粘附磨蝕性以及冷加工工具的其他所要求的特徵(諸如適當的韌性、硬度以及耐磨耗性)的用於冷加工工具的高速鋼。在通過熱均壓(HIP)將粉末壓製成固結體後，該鋼材可通過鍛造、滾軋及擠壓而進行熱加工，或在熱均壓條件下進行使用。
這些與其他目的可在該高速鋼中完成，有關其以重量％表示的化學組成為1至2.5碳1至3.5氮0.05至1.7錳0.05至1.2矽3至6鉻2至5鉬0.5至5鎢6.2至17(釩+2鈮)平衡量鐵以及正常量的不可避免的雜質，其中一方面碳當量Ceq的值(以Ceq＝C+(12/14)N表示)，以及另一方面釩當量Veq的值(以Veq+V+2Nb表示)應相對於彼此而平衡，以使得以該當量表示的該元素的量將落於
圖1的共座標系統中的A1-B1-C1-D1-A1區域中，其中點A1至D1的Ceq/Veq共座標為A14.5/17B15.5/17C12.5/6.2D11.5/6.2
以及，根據其組織在鋼材的硬化與回火條件下高速鋼材含有由MX型的微粒組成的12至40體積％的硬化物質，該MX型微粒均勻地分布於鋼的基材中，該MX型物質中的M通常由釩和/或鈮所組成，而X則由30至50重量％的碳與50至70重量％的氮所組成。
以下，將定義多個更限定的區域，本發明所定義的不同具體實施例與變體是參考碳當量與釩當量之間的關係。在下表中，列出了在圖1的圖式中已標出的所有點的Ceq/Veq共座標。
在本文中，除非特別提到，否則其中的百分比都是指重量％。
在圖1中被標出的點的Ceq/Veq共座標
參考在Veq＝6.2-17(V+2Nb)範圍內鋼材的碳與釩當量的關係，本發明的多個優選或構思的實施例在所附權利要求2至5中有說明。
各種合金元素的選擇與其含量更詳細說明如下。
碳在本發明的鋼材中具有二個重要的功能。一方面，它與氮及釩和/或鈮一起形成釩和/或鈮的氮化物；另一方面，碳在鋼的基材中以充足的量存在，以提供在硬化與回火後的馬氏體具有所要求的硬度。更特別地是，溶解於基材中的碳含量應為0.40至0.60％的量，優選為0.47至0.54％。根據這些理由，碳應以至少1重量％及最大2.5重量％的量存在。
在該MX型的硬化物質中即釩和/或鈮的碳氮化物中，X應由30至50重量％的碳，以及50至70重量％的氮所組成，其中存在於該MX型碳氮化物中的氮與碳量的氮重量％/碳重量％的比例應滿足下列條件1.0≤(氮重量％/碳重量％)≤2.3在氣體造粒前存在於熔融狀態鋼液中的氮量，以及通過氮化經氣體造粒的鋼粉末而被添加於該鋼材中的氮量(為較大的部分)基本上與釩和/或鈮結合而形成其碳氮化物。與該碳氮化物中的氮量相比較，留在該鋼基體中和/或可能與其他存在的元素形成氮化物的氮量實際上可略而不計。因此，為了獲得所要求的MX型碳氮化物，氮含量應至少1重量％，以及最大3.5重量％。
鋼熔液脫氧後所產生的殘留產物的矽應以至少0.05％的量存在，優選至少0.1％，且可容許的最大上限為1.7％，優選為最大1.2％，通常為最大0.7％。
作為熔液冶金製程技術所產生的殘留產物的錳以至少0.05％的量存在，優選至少0.1％，其中錳是重要的，以通過本身所熟知的方法形成硫化錳而使硫形成無害的硫化物。其最大可容許的錳含量為1.7％，優選為最大1.0％，通常為最大0.5％。
鉻以至少3％的量存在於鋼材中，優選至少3.5％，以使鋼的基材具有足夠的硬度。然而，太多的鉻可引起難以轉換的殘留的奧氏體，以及形成不希望有的M7C3碳化物的危險。因此，鉻含量被限定為最大6％，優選為最大5％，要求為最大4.5％。
鉬與鎢存在於鋼材中，以使在回火期間具有二次硬化，並有助於可硬化性。其範圍要這樣選擇，要使得所述元素(適用於其他合金元素)在硬化與回火後提供最適宜的硬度，且亦提供少量的硬M6C顆粒。鉬應以至少2％的量存在，優選至少2.5％，且最好至少3.0％。鎢應以至少0.5％的量存在，優選至少2.0％，且更好至少2.5％，及最方便為至少3.0％。鉬與鎢的各含量不應超過5％，優選不超過4.0％。就鉬與鎢而言，公式Moeq＝Mo+W/2應在2.25至7.5％的範圍中，優選在4至6％的範圍中。M6C碳化物(其中M主要由鉬與鎢所組成)的總量應具有3.5體積％，或(MX+M6C)相的總體積的10至30％。
釩應以最低6.2％與最大17％的量存在於鋼材中，以與碳及氮一起形成極硬的釩碳氮化物，即硬的MX型物質，其中M必須為釩，而X為碳及氮(其重量百分比已於前面提及)。釩可能完全或部分地為鈮所取化。最大的允許鈮含量為1.0％，優選為最大0.5％。然而，該鋼材最好不含有任何故意添加的鈮，因為其可能使得鋼材加工中的廢料處理更為複雜，而最重要地是因為鈮可能削弱鋼材的韌性，因為它比典型MX型釩碳氮化物具有更不適宜及更鋒利的碳化物結構。
如上文所述，本發明的目的首先在於提供一種適用於冷加工工具的新穎的高速鋼。因為冷加工鋼材可被使用於室溫，所以該鋼材優選不含有昂貴且可使鋼材韌性變差的鈷。然而，根據本發明所構思的特性，該鋼材也可用於在高溫進行加工，在該狀況下，可含有的最大鈷含量上限為20％，優選最大為12％。然而，首先就使用冷加工鋼材的所要求的領域而言，該鋼材不應含有數量高於雜質(雜質通常來自在製造高速鋼的鋼材加工中所使用的原料的殘留元素)含量的鈷，即最大為1％的鈷，優選為最大0.5％的鈷。
根據本發明的第一個變體，釩含量可為6.2至9.5％。根據該第一個變體的最廣的特性，是指碳與釩當量的共座標應位於圖1的共座標系統中的G1-H1-C1-D1-G1區域。
對於該第一變體的特性範圍在後面所附的權利要求7至12項有描述。在第一個變體內最大限制特性為一種具有下列優選規定組成的鋼材1.3碳，1.4氮，(碳當量約2.5)，0.5矽，0.3錳，4.2鉻，3.0鉬，4.0鎢，8.0釩，平衡量鐵以及正常存在的雜質。該鋼材可用於大多數的所提及的該鋼材要求使用的領域。
根據本發明的第二個變體，該鋼材應含有13.5-17(V+2Nb)。根據該第二個變體的最廣的特性，是指碳與釩當量的共座標應位於圖1的共座標系統中的A1-B1-E1-F1-A1區域。對於該第二個變體的特性限制在後面所附權利要求14至19中說明。根據這第二特性最大限制及優選的組成為一種具有下列優選規定組成的鋼材2.0碳，3.0氮，(碳當量約4.6)，0.5矽，0.3錳，4.2鉻，3.0鉬，4.0鎢，15.0釩，平衡鐵以及正常存在的雜質。具有該組成的鋼材特別適用於工具的製造業，它是通過較高含量的釩、碳、氮提供特別強烈的粘附磨蝕而不同於先前的優選組成，導致具有約高兩倍的MX相部分。
根據本發明的第三個變體，該鋼材含有9.5-13.5(V+2Nb)，其中碳和釩當量的含量係數位於F1-E1-H1-G1-F1區域。對於該第三個變體的特性限制在所附權利要求21至26有說明。根據這第三變體最大限制及優選組成為一種具有下列優選規定組成的鋼材1.5碳，2.0氮，(碳當量約3.2)，0.5矽，0.3錳，4.2鉻，3.0鉬，4.0鎢，11.0釩，平衡量鐵以及正常存在的雜質。該類鋼材比根據第二變體的高合金化鋼提供更佳的熱加工能力，並且也比根據第一變體的較低合金化的鋼材提供更高的耐磨性。
該鋼材的技術特徵說明如下-該鋼材由粉末冶金製造的高速鋼所組成，該鋼材的合金組成最主要的特徵是高釩含量。在其輸送條件下，該鋼材具有基本上鐵氧體的基材，它含有相當數量的碳氮化物(主要為釩碳氮化物)，它是細晶粒化並均勻地分布於鋼材中。
-在1000至1180℃溫度範圍(優選在1050至1150℃範圍)中的溶解處理並冷卻至室溫後，該鋼材的基材具有顯著的馬氏體結構但具有高含量的殘留奧氏體。也存在於該鋼材中的部分碳氮化物與碳化物被溶解，但15至30體積％的細晶粒化且均勻分布的釩碳氮化物將殘留於鋼材中。
-通過回火至溫度範圍500-600℃中的溫度(因為殘留奧氏體已基本消失，並轉化為馬氏體)，並通過主要由釩碳氮化物的二次析出，而使硬度增加至58-66HRC(該範圍中的硬度取決於奧氏體化的溫度)。
-因為主要含有大量的釩碳氮化物，所以經硬化與回火的鋼材在室溫下有極高的耐磨性；以及，因為其與合金元素的結合，在其他特性中該鋼材具有適用於本說明書前文所提及的冷加工工具類型的硬度與韌性。
本發明的高速鋼可以下列方式進行製造。熔液是以慣用的熔融冶金方法而進行製備，其中該熔液具有不超過可溶解於該熔融鋼液中的最大氮含量的氮含量，而其他的合金元素則可調整至權利要求1所述的含量，或如從屬權利要求中所述的任何特定含量。由這熔液形成金屬粉末，它可通過氮氣和/或氬氣的氣體噴射的方法，以熔融金屬蒸汽流造粒的熟知的方法而完成，即根據形成所謂ASP製程(Asea Stora Process)的初始部分。該粉末進行篩檢到適當的粉末規格，如最大250微米。根據也已熟知的任何技術使用氮氣載帶氣體如氮氣和/或氨氣通過固相氮化，而使得部分粉末與氮合金化。可使用的熟知的技術中可以提出，如SE-C-462 837中所公開的技術，或MPR July，1986p.527-530中所說明的技術。優選是使用氨氣與氫氣的氣體混合物，其在550至600℃的旋轉反應器中，流經熱的粉末床。氨氣在該鋼粉末表面，根據反應(鋼)，於該溫度下進行反應。接著被溶解的氮由表面擴散進入粉末顆粒中。在該反應器出口的氣體中含有有氮氣、氫氣以及少量殘留氨氣的混合物。該方法可以以極精確的氮含量控制來製造氮化材料。以該方法或任何其他方法使以氮合金化的粉末與未被氮合金化的粉末(但其他方面優選具有與氮合金化粉末相同的組成)進行混合，以使得該混合物具有根據本發明所要求的平均氮含量。為了使本發明的氮合金化高速鋼獲得固結體，該混合物是根據熟知的技術(優選根據上述的命名為ASP的技術)裝入密封且熱均壓壓合的片狀容器中。該固結體可通過滾壓和/或鍛造而進行熱加工至所要求的尺寸。在固結製程期間以及在後續的熱加工時，就熱加工的初始材料中的氮含量而言，存在的變化被取消，以使得固結體各部位將得到相等的高氮含量。
附圖簡述在下列附圖中，圖1為圖示說明鋼材的諸元素含量，其中該元素為本發明的高速鋼的MX型堅硬物質中的主要成分；圖2為圖示說明根據本發明的一對鋼材的硬度對不同回火溫度的關係；圖3為表示熱加工後但硬化前的本發明的鋼材的微觀組織的顯微照片。
所進行實驗的說明以重量％表示的所受檢驗鋼材的化學組成列於下表1中。除了表中所列的元素以外，該鋼合金僅含有鋼製造中正常產生量的雜質。鋼合金No1至6為實驗合金，而合金No3至6為根據本發明的鋼材的實例。鋼合金No.7至8為參考材料的分析組成，更特別是其各為商業上可購得的鋼材ASP2023以及ASP2053。
表1以重量％表示的受檢測鋼材的化學組成
碳當量＝碳+(12/14)氮實驗合金No1至6的起始材料是以實驗室規格通過鋼熔液的氣體霧化(造粒)而製造的粉末所組成。該鋼熔液是在粉末製造設備中，通過氮氣而以實驗室規格進行霧化，而製造出經篩檢的微細粉末，以便可獲得粉末顆粒小於250微米的粉末部分。不同粉末合金所製造的部分粉末是在氮化氣體流入其中的反應器的粉末床中，通過氨氣與氮氣的混合物進行分批氮化而製備。反應器中的溫度約為570℃。在該溫度反應的氨氣被輸送經床體，以便獲得氨氣、氮氣及氫氣的混合物，該氣體將流經粉末床。氮氣的活性在該條件下極高，且在該鋼粉末中氮氣的吸收很好。
其次，該氮合金粉末和未與氮合金化的相應的鋼粉末混合，以形成具有不同氮含量的粉末混合物。這粉末混合物接著被填充於容器中，並於1150℃與1000巴的壓力下熱均勻地加壓而形成氮合金化高速鋼合金的固結體。
在熱均壓加壓後，該坯料具有約130mm的直徑及約600mm的長度。該材料進行鍛造，接著進行軟退火，硬化及回火。然後對材料的有關化學組成進行分析，已示於上表1中。
在最初的研究期間，鋼材No1與2並未獲得所要求的性質，因此其未被更詳細地研究。另一方面，就鋼材No3至6而言，最初的研究顯示出有希望的結果。在這些鋼材中，對由鋼合金No5與6所製作的材料進行更仔細地研究，並進行機械試驗、磨耗試驗、無凹痕衝擊試驗，以及金相組織研究。再者，對鋼合金No7與8所製作的參考材料進行材料試驗。
鍛造試驗的結果列於表2中。
表2鍛造結果。最初直徑約130mm。
鋼材No.5可毫無問題地進行鍛造，而基本上更合金化的鋼材No.6具有明顯受損的鍛造能力。在第二個步驟中，材料會破裂而分為數塊。其原因可能基於該材料的高含量的堅硬MX型物質；約為該材料的三分之一體積。
其次，檢測了奧氏體化溫度對於有與沒有深冷卻的鋼材No.5與No.6的硬度的影響。可獲得下列結果。
表3在硬化後的受檢測鋼材的硬度(HRC)
由表中得知，僅有由1000℃硬化的鋼材No.6在深冷卻後獲得明顯增加的硬度。
為了後續的硬度對不同回火溫度材料的相依性的研究，所選擇的材料已經在1000℃硬化30分鐘，並被冷卻至室溫。結果示於圖2中。由圖中得知，在上升至回火溫度500-520℃時，鋼材No.5與No.6的硬度稍有降低，但在更高的回火溫度下卻大幅度地降低。
其次，衝擊韌性是以無凹痕試驗樣品的衝擊能量而進行檢測。該試樣是取自鍛造材料的縱向。該材料已經在1000℃/30分鐘進行奧氏體化而被硬化，接著被冷卻至室溫，並於525℃回火2小時二次(中間在空氣中冷卻)。實驗材料的硬度與衝擊能量列於表4中。參考材料的鋼材No.7與No.8分別在1100℃/30分鐘與1075℃/30分鐘硬化，並在560℃/3×1小時回火後的測量值也列於表中。
表4實驗材料的硬度與衝擊能量
與由全規模生產取得的參考材料No.7與No.8相比，氮化實驗材料No.5與No.6具有較低的斷裂能量。其原因可能由於實驗材料中的堅硬物質有更高含量，而且也由於與生產材料中更為典型的氧含量50ppm相比，以實驗室規格製造的實驗材料各具有495ppm與570ppm的超高氧含量。然而，鑑於本發明的高速鋼所要求的應用，所測得的實驗材料的衝擊能量是可接受的，特別是考慮到在材料的全規模生產中可預期有較高的衝擊能量。
為了鋼材抗磨性的評估，特別是材料的抗粘附磨蝕性，製造工具以用於泵外殼的片狀奧氏體化不鏽鋼的冷加工，尤其是用於泵、轉子套筒的深拉制的工具。安裝有工具的壓機具有多個分開的壓機操作站，在此稱為站1和站2。就經驗而言站2是給出的壓力(根據粘附磨蝕)約比站1大三倍的站。由試驗材料製造的加工部件含有一種外直徑90mm，內直徑46.5mm，及高46.5mm的環形物。其結果列於表5中。
表5用於不鏽鋼套管的深壓制的不同工具材料的工具工作壽命(壓制次數)
1.當結果被評估時。**在該工具磨耗後。
與參考材料No.7相比較，本發明的氮合金化鋼材No.5的壓制結果預示至少增加工具加工壽命30倍。該工具仍在壓機中作業，且壽命試驗繼續進行。本發明的材料No.6也具有極佳的耐磨性，即比參考材料No.7的壽命至少多40倍。在這種關係下，應注意地是，與參考材料相比，本發明的材料的較低衝擊能量在極苛求的應用中仍不會造成任何問題。
材料的微觀組織是以掃描式電子顯微鏡(SEM)檢測。圖3表示在熱均壓壓制及後續的鍛造後的鋼材No.6的微觀組織。圖中可見到的釩碳氮化物為黑色的，均勻散布在灰色奧氏體的島中。鋼材No.5的組織檢測呈現類似的釩碳氮化物分布。由組織的觀點，本發明的二種材料5與6的唯一差異在於鋼材No.6比鋼材No.5含有多70％以上的MX相。大多數的釩碳氮化具有1至2微米之間的直徑。再者，在鋼材No.4與鋼材No.5二種鋼材中都發現少量的M6C碳化物相，它具有延伸約2至3微米但厚度極小(厚度為一微米的十分之一或十分之幾)的層狀析出物的形狀。
權利要求
1.一種以通過合金化金屬粉末的固結化所形成的主體形式的粉末冶金所製造的具有高含氮量的高速鋼，其特徵在於，該高速鋼含有的化學組成為(以重量％表示)1至2.5碳1至3.5氮0.05至1.7錳0.05至1.2矽3至6鉻2至5鉬0.5至5鎢6.2至17(釩+2鈮)平衡量鐵以及正常量的不可避免的雜質，其中一方面以Ceq＝C+(12/14)N表示的碳當量Ceq值，以及另一方面以Veq＝V+2 Nb表示的釩當量Veq的值，其相對於彼此是平衡的，以使得以該當量表示的元素的量將落於圖1中的共座標系統中的A1-B1-C1-D1-A1區域中，其中點A1至D1的Ceq/Veq共座標為A14.5/17B15.5/17C12.5/6.2D11.5/6.2以及，依據其組織在鋼材的硬化與回火條件下高速鋼材含有由MX型的微粒組成的12至40體積％的硬化物質，該MX型微粒均勻地分布於鋼的基材中，該MX型物質中的M基本上由釩和/或鈮所組成，而X則由30至50重量％的碳與50至70重量％的氮所組成。
2.如權利要求1的高速鋼，其特徵在於，碳與釩當量的含量係數是在圖1的共座標系統中的A2-B1-C1-D2-A2區域中，其中點A2與D2的Ceq/Veq共座標為A24.6/17D2.1.6/6.2。
3.如權利要求2的高速鋼，其特徵在於，碳與釩當量的含量係數是在圖1的共座標系統中的A3-B1-C1-D3-A3區域中，其中點A3與D3的Ceq/Veq共座標為A34.75/17D31.75/6.2。
4.如權利要求1的高速鋼，其特徵在於，碳與釩當量的含量係數是在圖1的共座標系統中的A2-B2-C2-D2-A2區域中，其中點B2與C2的Ceq/Veq共座標為B25.3/17D22.3/6.2。
5.如權利要求3或4的高速鋼，其特徵在於，碳與釩當量的含量係數是在圖1的共座標系統中的A3-B2-C2-D3-A3區域中。
6.如權利要求1的高速鋼，其特徵在於，其含有6.2-9.5(V+2Nb)，以及碳與釩當量的含量係數是在G1-H1-C1-D1-G1區域中，其中點G1與H1的Ceq/Veq共座標為G12.4/9.5H13.4/9.5。
7.如權利要求6的高速鋼，其特徵在於，碳與釩當量的含量係數是在圖1的共座標系統中的G2-H1-C1-D2-G2區域中，其中角界點(corner point)G2的Ceq/Veq座標為2.5/9.5。
8.如權利要求7的高速鋼，其特徵在於，碳與釩當量的含量係數是在圖1的共座標系統中的G2-H2-C2-D2-G2區域中，其中角界點H2的Ceq/Veq座標為3.2/9.5。
9.如權利要求7或8的高速鋼，其特徵在於，碳與釩當量的含量係數是在圖1的共座標系統中的G3-H1-C1-D3-G3區域中，其中角界點G3的Ceq/Veq座標為2.65/9.5。
10.如權利要求9的高速鋼，其特徵在於，碳與釩當量的含量係數是在圖1的共座標系統中的G3-H2-C2-D3-G3區域中。
11.如權利要求6-10中任一項的高速鋼，其特徵在於，其含有7-9(V+2Nb)。
12.如權利要求6-10中任一項的高速鋼，其特徵在於，其含有7.4-8.6(V+2Nb)。
13.如權利要求1的高速鋼，其特徵在於，其含有13.5-17(V+2Nb)，以及碳與釩當量的含量共座標是在A1-B1-E1-F1-A1區域中，其中點E1與F1的Ceq/Veq共座標為E14.55/13.5F13.55/13.5。
14.如權利要求13的高速鋼，其特徵在於，碳與釩當量的含量的共座標是在圖1的共座標系統中的A2-B1-E1-F2-A2區域中，其中角界點F2的Ceq/Veq座標為3.65/13.5。
15.如權利要求14的高速鋼，其特徵在於，碳與釩當量的含量的共座標是在圖1的共座標系統中的A3-B1-E1-F3-A3區域中，其中角界點F3的Ceq/Veq座標為3.8/13.5。
16.如權利要求14和15中任一項的高速鋼，其特徵在於，碳與釩當量的含量的共座標是在A2-B2-E2-F2-A2區域中。
17.如權利要求15和16中任一項的高速鋼，其特徵在於，碳與釩當量的含量的共座標是在圖1的共座標系統中的A3-B2-E2-F3-A3區域中。
18.如權利要求13-17中任一項的高速鋼，其特徵在於，其含有14-16.5(V+2Nb)。
19.如權利要求13-17中任一項的高速鋼，其特徵在於，其含有14.5-16(V+2Nb)。
20.如權利要求1的高速鋼，其特徵在於，其含有9.5-13.5(V+2Nb)，以及碳與釩當量的含量係數是在F1-E1-H1-G1-F1區域中。
21.如權利要求20的高速鋼，其特徵在於，碳與釩當量的含量係數是在F2-E1-H1-E2-F2區域中。
22.如權利要求21的高速鋼，其特徵在於，碳與釩當量的含量係數是在F3-E1-H1-G3-F3區域中。
23.如權利要求21和22中任一項的高速鋼，其特徵在於，碳與釩當量的含量係數是在F2-E2-H2-G2-F2區域中。
24.如權利要求23的高速鋼，其特徵在於，碳與釩當量的含量係數是在F3-E2-H2-G3-F3區域中。
25.如權利要求20-24中任一項的高速鋼，其特徵在於，其含有10-12.5(V+2Nb)。
26.如權利要求20-24中任一項的高速鋼，其特徵在於，其含有10.5-12(V+2Nb)。
27.如權利要求1-26中任一項的高速鋼，其特徵在於，其含有0.1-1.2％的矽，優選至多0.7的矽。
28.如權利要求1-26中任一項的高速鋼，其特徵在於，其含有最多1.0的錳，優選至多0.5的錳。
29.如權利要求1-26中任一項的高速鋼，其特徵在於，其含有3.1-5的鉻，優選至多4.5的Cr。
30.如權利要求1-26中任一項的高速鋼，其特徵在於，其含有至少2.5，優選至少3.0的鉬以及至少2.0，優選至少2.5，最好至少3.0的鎢。
31.如權利要求1-26中任一項的高速鋼，其特徵在於，鉬與鎢的各含量都不超過5％，優選不超過4％。
32.如權利要求30和31中任一項的高速鋼，其特徵在於，％Moeq＝％Mo+5(W/2)落於2.25至7.5％的範圍，優選在4-6％範圍。
33.如權利要求6-12中任一項的高速鋼，其特徵在於，在硬化與回火條件下的鋼材含有14至23體積％的由均勻分布於鋼基材中的MX型微粒組成的硬化物質。
34.如權利要求13-19中任一項的高速鋼，其特徵在於，在硬化與回火條件下的鋼材含有23至38體積％的由均勻分布於鋼基材中的MX型微粒組成的硬化物質。
35.如權利要求20-26中任一項的高速鋼，其特徵在於，在硬化與回火條件下的鋼材含有18至27體積％的由均勻分布於鋼基材中的MX型微粒組成的硬化物質。
36.如權利要求1-35中任一項的高速鋼，其特徵在於，在硬化與回火條件下的鋼材含有3至5體積％的M6C碳化物，其中M基本上是鉬與鎢。
37.如權利要求1-35中任一項的高速鋼，其特徵在於，除了其中M基本上為釩的MX型的氮碳化物外還含有其中M基本上為鉬與鎢的M6C型的碳化物，該M6C碳化物的總量相當於(MX+M6C)相總含量的10至30％。
38.如上述權利要求中的任一項的高速鋼，其特徵在於，在硬化與回火條件下的鋼材含有0.40-0.60％的碳，優選為0.47-0.54％的碳溶解在基材中。
全文摘要
一種通過合金化金屬粉末的固結所形成的主體形式而以粉末冶金所製造的具有高氮含量的高速鋼含有的化學組成為(以重量%表示):1至2.5碳,1至3.5氮,0.05至1.7錳,0.05至1.2矽,3至6鉻,2至5鉬,0.05至5鎢,6.2至17(釩+2鈮),平衡量鐵以及正常量的不可避免的雜質,其中一方面以Ceq=C+(12/14)N表示的碳當量Ceq值,以及另一方面以Veq+V+2Nb表示的釩當量Veq的值應彼此相對平衡,以使得以該當量表示的該元素的量將落於圖1中的共坐標系統中的A1－B1－C1－D1－A1區域中,其中點A1至D1的Ceq/Veq坐標為A1:4.5/17,B1:5.5/17,C1:2.5/6.2,D1:1.5/6.2。在硬化與回火條件下的鋼的組織含有由MX型的微粒組成的12至40體積%的硬化物質,該MX型微粒均勻地分布於鋼的基材中,該MX型物質中的M通常由釩和/或鈮所組成,而X則由30至50重量%的碳與50至70重量%的氮所組成。
文檔編號C22C38/24GK1355855SQ0080896
公開日2002年6月26日 申請日期2000年6月15日 優先權日1999年6月16日
發明者利夫·韋斯廷, 奧德·桑德伯格 申請人:伊拉斯蒂爾·克羅斯特公司, 尤迪霍爾姆工具公司