專利名稱：：粉末冶金制備的鋼、含有該種鋼的工具和制備該工具的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種新的鋼，優(yōu)選地是一種粉末冶金所制備的高速鋼，其具有改善的可磨性并適用于切屑去除的工具，優(yōu)選地為涂層的工具，如齒輪切削工具、絲錐和具有剃齒分離器的頭端切削器，對(duì)此需要有大的韌性并結(jié)合良好的硬度，特別是熱硬度。其他的應(yīng)用領(lǐng)域是需要有大的韌性并結(jié)合有硬度和適合應(yīng)用的強(qiáng)度的這些工具的使用。在這些應(yīng)用中可以提及的工具是用于熱加工的工具，例如用來(lái)擠壓鋁型材的沖模和用于熱軋的軋輥，高級(jí)機(jī)器的構(gòu)件和壓制軋輥，也就是用于沖壓金屬等的模型或型材的工具。另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域還可以是冷加工工具，對(duì)此良好的可磨性和良好的硬度是重要的性能。對(duì)于要用于例如在擠壓鋁型材用的工具中的鋼，其最重要的性能之一是該鋼具有高的耐回火性，這意味著其應(yīng)能長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受高溫而不失硬度，該硬度是從鋼的硬化和回火而獲得的。另一方面，該硬度不需要太高，合適的大小為50-55HRC。假如鋼是代替用在高級(jí)的機(jī)械零件中，那么主要的性能是較高的硬度和強(qiáng)度并結(jié)合高韌性且還有對(duì)均勻的性能的嚴(yán)格的要求。在這種情況下，在回火后的硬度一般可為在55-60HRC的范圍中。用于沖壓金屬等的模型或型材的工具的鋼對(duì)于硬度有更高的要求，即60-70HRC,然而其仍然要結(jié)合韌性，以及對(duì)用于切屑去除的鋼也如此，如齒輪切削工具、絲錐和具有剃齒分離器的頭端切削器。絲錐應(yīng)具有60-67HRC的范圍的硬度，而頭端切削器應(yīng)具有62-70HRC的范圍的硬度。假如鋼是用于冷加工的工具，則也有類似的要求。本發(fā)明還涉及用于熱加工或切屑去除或冷加工的工具，或由上述的鋼制備的高級(jí)的機(jī)械零件，以及用于制備它們的方法?，F(xiàn)有技術(shù)用于切削操作的鋼的一種類型是高速鋼，其以商標(biāo)名ASP⑧2052在市場(chǎng)上可得到，其以下列的標(biāo)稱組成(重量％)為特征1.6C、4.8Cr、2.0Mo、10.5W、8.0Co、5.0V,余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。另一種高速鋼是ASP2030，其具有標(biāo)稱組成為1.28C、4.2Cr、5扁o、6.4W、3.1V、8.5Co，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。還有另一種高速鋼為ASP2060，其具有標(biāo)稱的組成為2.3C、4.2Cr、7.0Mo、6.5W、6.5V、10.5Co，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，所有成分的單位為重量％。發(fā)明簡(jiǎn)述希望對(duì)用于切屑去除用工具的鋼改善可磨性，因?yàn)榭赡バ栽谥苽溥@種工具中是花費(fèi)時(shí)間的操作。因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種新型的鋼，優(yōu)選為高速鋼，其具有與上述的現(xiàn)有技術(shù)的鋼的相同的有利性能，而材料的可磨性已有改善。更特別地，該鋼應(yīng)具有下列的性能-在硬化和回火的條件下的良好的可磨性，-在硬化和回火的條件下的良好的韌性，-在硬化和回火的條件下的良好的硬度，-高的屈月良點(diǎn)，-高的疲勞強(qiáng)度，-高的抗彎強(qiáng)度，和-良好的耐磨性。這些和其他的必要條件可以由一種鋼實(shí)現(xiàn)，其已經(jīng)以粉末冶金法制備得到，且其特征為具有包含下列的化學(xué)組成，以重量％計(jì)，1.1-2.3C+N、0.1-2.0Si、0.1-3.0Mn、最大20Cr、5-20(Mo+W/2)、0-20Co，其中相對(duì)于鈮和釩的含量之間比例(Nb/V)鈮和釩的總含量(Nb+V)取得平衡，使這些元素的含量和它們之間的比例處于一個(gè)范圍，該范圍是由在圖1中的坐標(biāo)系中的坐標(biāo)A、B、C確定的，其中A:[4.0;0.55]，B:[4.0;4.0]'C:[7.0;0.55]，以及Cu、Ni、Sn、Pb、Ti、Zr和Al的總量不大于1%,余量為鐵和在制備鋼時(shí)的不可避免的雜質(zhì)。以下面進(jìn)行的試驗(yàn)的描述和參考所附的附圖將較詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1示出的是根據(jù)本發(fā)明的鋼一方面以Nb和V的總量(Nb+V)和另一方面以Nb和V含量的比例(Nb/V)之間的關(guān)系，其以坐標(biāo)系的形式表示，圖2示出的是MX-碳化物的尺寸作為MX-碳化物的體積部分的函數(shù)的示意圖，圖3示出的是MeX-碳化物的尺寸作為M6X-碳化物的體積部分的函數(shù)的示意圖，圖5示出的是對(duì)于d(m)MX-和dp3D-o,5AM6X-碳化物的平面d,)中的晶格間距作為Nb/V比例的函數(shù)的示意圖，圖6示出的是根據(jù)本發(fā)明的鋼F在第六次熱處理后的顯微組織圖，圖7示出的是可磨性、G比例作為MX-碳化物尺寸的函數(shù)圖，和圖8示出的是在研磨期間能量消耗與切屑挖掘速率的關(guān)系圖。發(fā)明詳述沒(méi)有將本發(fā)明與任何具體理論相結(jié)合，不同的合金材料以及不同的結(jié)構(gòu)元素在獲得所期望的性能的型材中的重要性將更詳細(xì)地說(shuō)明。在合金含量的情況下，百分比總是以重量％給出，且在結(jié)構(gòu)元素的情況下，百分比總是以體積％給出，除非另有說(shuō)明的除外。氮、碳一起應(yīng)以至少1.1%和最多2.3%的含量存在，優(yōu)選地至少1.4%和最多2.0%,和更優(yōu)選為1.60-1.卯％之間，以便當(dāng)溶解于馬氏體中時(shí)在硬化和回火的條件下給材料一種硬度，其是適合于它的目的的。此外碳和氮應(yīng)與鈮和釩相結(jié)合而促成足夠量的初生沉淀的(Nb，V)X類型的MX-碳化物、-氮化物、-碳氮化物，并且與鎢、鉬和鉻相結(jié)合以促成在基體中得到足夠量的初生沉淀的M6X-碳化物、-氮化物、-碳氮化物。為了簡(jiǎn)單起見，這種硬相顆粒在后面的描述中稱為碳化物，但是應(yīng)理解的是，假如鋼含有氮，那么術(shù)語(yǔ)碳化物也指的是氮化物和/或碳氮化物。這種碳化物的目的是能給材料以其所期望的耐磨性。此外，它們有助于使鋼具有碳化物的精細(xì)粒狀的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樘蓟锟善鸬较拗凭ЯＩL(zhǎng)的作用。在一個(gè)優(yōu)選的方案中，鋼含有1.65-1.80%之間的碳和氮，其與余量的其他的合金元素，特別是硅、鉻、釩和鈮相結(jié)合時(shí)可使鋼具有良好地適于其目的的特性，其可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的制備方法而得到，也就是說(shuō)制備不需要任何的非尋常的工作，而是按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行。通常氮含量不大于0.1%,然而在粉末冶金制備技術(shù)中在鋼中可溶解高得多的含量的氮。因此，所述鋼的一個(gè)實(shí)施方案的特征為該鋼含有大量的氮，含氮量最多為2.3%，這可通過(guò)制備的粉末的固相滲氮而得到。在此在硬質(zhì)材料中氮可代替碳，硬質(zhì)材料是最終工具的鋼的一部分。通過(guò)用氮代替碳而得到的優(yōu)點(diǎn)是耐粘磨性減小，這特別是當(dāng)工具在粘性材料，如鋁和一些不銹鋼上操作時(shí)是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。鋼也較容易地回火，這意味著可以降低回火溫度，這可以是有利的。低于1.1%碳+氮的含量將導(dǎo)致不足夠的硬度和耐磨性，而大于2.3%的含量可導(dǎo)致脆性問(wèn)題。以至少0.1%的含量將硅加入到鋼中，以改善鋼的流動(dòng)性，這在熔體冶金工藝中是重要的。通過(guò)增加硅的加入鋼熔體將會(huì)更易流動(dòng)，這是重要的，以避免與?；嚓P(guān)的堵塞。為了避免在制粒期間的堵塞硅含量應(yīng)至少為0.2%和更優(yōu)選至少為0.4%。硅也在硅合金的實(shí)施方案中有助于增加碳活性，硅可以以至多約2%的量存在。在2%以上的量時(shí)出現(xiàn)脆性問(wèn)題，因此鋼應(yīng)不含有大于1.2%的Si，因?yàn)榇笥谏鲜龊繒r(shí)在硬化條件下形成大的MsX-碳化物和削弱硬度的風(fēng)險(xiǎn)將更大，這意味著更優(yōu)選的是限制硅含量不大于1.0%。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，硅含量在0.55%-0.70%之間，這除了上述的優(yōu)點(diǎn)外還已經(jīng)證實(shí)使用優(yōu)選碳含量的鋼易于熱處理。由此意味著所述鋼可以在寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理同時(shí)保持其特性，這在制備時(shí)是有利的。錳也可以主要以從冶金熔體工藝中的殘留產(chǎn)物存在，其中錳通過(guò)形成硫化錳而具有使含硫雜質(zhì)失去作用的已知的效應(yīng)，并出于這目的錳應(yīng)在鋼中以至少0.1%的含量存在。錳在鋼中的最大含量為3.0%，然而優(yōu)選的錳含量是限制在最大為0.5%。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，鋼含有0.2-0.4%的Mn。硫在鋼中可以作為制備鋼的殘留產(chǎn)物存在，在含量至多為800ppm時(shí)，不影響鋼的機(jī)械性能。硫可以故意地加入作為合金元素，最多為1%，從而有助于改善機(jī)械性能和加工性能。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，已為此故意加入硫，硫含量應(yīng)在0.1-0.3%之間而錳含量應(yīng)選擇比在非硫合金的方案中稍高一點(diǎn)，合適的為0.5%至最大1.0%。磷也在鋼中作為制備鋼的殘留產(chǎn)物存在，在含量至多為800ppm時(shí)，不影響鋼的機(jī)械性能。鉻在鋼中應(yīng)以至少3%的含量存在，優(yōu)選為至少3.5%,以使當(dāng)溶解在鋼的基體中時(shí)在硬化和回火后有助于使鋼得到足夠的硬度和韌度。鉻也可以通過(guò)包含在初生沉淀的硬相顆粒中而促進(jìn)鋼的耐磨性，硬相顆粒主要是M6X-碳化物。其他的初生沉淀的碳化物也含有鉻，然而不在相同的程度。然而太多的鉻將導(dǎo)致殘余的奧氏體的風(fēng)險(xiǎn)，其是難以轉(zhuǎn)變的。通過(guò)材料的深度凍結(jié)，殘留的奧氏體含量可以消除或至少最少化。因此鉻可以有的含量限制在最多12%。在鋼的應(yīng)用領(lǐng)域中鋼不必含有大于6%的鉻以得到所期望的性能。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中鋼含有3.5-4.5%的Cr和最優(yōu)選3.8-4.2%的Cr。鉬和鴒正象鉻那樣在硬化和回火后有利于鋼的基體得到足夠的硬度和韌度。鉬和鎢也能包含在初生沉淀的M6X型的碳化物中并且如此其將促進(jìn)鋼的耐磨性。其他的初生沉淀的碳化物也含有鉬和鎢，然而不在相同的程度。和鵠可以部分地或完全地互相取代，這意味著鎢可以被一半的鉬量取代，或鉬可以被雙倍的鵠量取代。然而由經(jīng)驗(yàn)獲知，大約等量的鉬和鴒是優(yōu)選的，總含量應(yīng)在5-20%的范圍，更優(yōu)選為不大于15%。適合于目的的性能可在以9-12%(Mo+W/2)的含量與其他合金元素的結(jié)合而得到。在這范圍內(nèi)在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中鉬的含量應(yīng)選擇在4.0-5.1%的范圍中，且鎢的含量應(yīng)合適地選擇在5.0-7.0的范圍。鉬的標(biāo)稱含量是4.6%且鎢為6.3%。鈷在鋼中的選擇存在取決于鋼的用途。對(duì)于鋼通常在室溫下使用或通常在使用中不加熱到特別高的溫度下的應(yīng)用，那么鋼不應(yīng)含有故意加入的鈷，因?yàn)殁挏p小鋼的韌性并在工具使用中具有破碎的風(fēng)險(xiǎn)。此外在軟退火條件下硬度將隨著鈷含量的增加而增加并在高于約14%的含量時(shí)工具變得非常難以機(jī)加工，也就是難于轉(zhuǎn)動(dòng)、研磨、鉆削、鋸切等。假如鋼用于切屑切削(chipcutting)工具中，對(duì)此熱硬度是重要的，則與此合適的是含有大量的鈷，在這情況下其可有至多20%的含量，但是在7-14%范圍的鈷含量下就可達(dá)到所期望的熱硬度。當(dāng)用在切屑切削工具時(shí)根據(jù)本發(fā)明的鋼應(yīng)更優(yōu)選含有8.0-10.0%之間的Co和特別優(yōu)選8.8-9.3%的Co。鈮是一種在根據(jù)本發(fā)明的鋼中起重要作用的元素。以前已知的是，加入少量的鈮，至多1%，可有助于減小碳化物的尺寸，這特別對(duì)于材料的韌性和硬度是有利的。根據(jù)以前已知的觀點(diǎn)，鈮可以代替釩。然而這將影響耐磨性且材料也將難于研磨，特別是假如鋼含有鈮和/或釩的含量為約4°/。或更多時(shí)。有些是以前不知道的，至少是本申請(qǐng)人的知識(shí)中是不知道的，即在一方面釩和鈮的總量和另一方面釩和鈮之間的比例之間存在關(guān)系，其中的鋼，盡管這種碳化物形成物的高含量，然而是令人驚奇地易于研磨。這種關(guān)系形成了本發(fā)明思想的基礎(chǔ)并通過(guò)大量的試驗(yàn)而對(duì)本申請(qǐng)人已變得清楚，這些試驗(yàn)在下文中進(jìn)一步描述。根據(jù)本發(fā)明的思想，一方面鈮和釩的總量相對(duì)于另一方面的鈮和釩的含量之間的比例(Nb/V)應(yīng)取得平衡，使這些元素的含量以及它們之間的比例將處于由圖1坐標(biāo)系中的坐標(biāo)A、B、C確定的區(qū)域內(nèi)。更優(yōu)選的是，這些元素(Nb+V)的總含量和它們之間的比例(Nb/V)在坐標(biāo)D,E，F(xiàn)所確定的區(qū)域內(nèi)平衡，且更優(yōu)選的是在坐標(biāo)G,H,I所確定的區(qū)域內(nèi)，其中[(Nb+V);(Nb/V)]A:[4.0;0.55]B:[4.0;4.0]C:[7.0;0.55]D:[4,25;0.55]E:[4.25;3.5]F:[6.7;0.55]G:[4.5;0.55]H:[4.5;3.0]I:[6.4;0.55]已表明，在本發(fā)明的范疇內(nèi)盡管鈮和釩的高合金含量，初生MX-碳化物的尺寸還是可限制的，這有利于改善可研磨性。此外還表明，根據(jù)本發(fā)明的鋼將在不同的熱加工操作中使得MX-碳化物生長(zhǎng)地更少，鋼的Nb/V的比例更高，這些操作是在制備過(guò)程中鋼所經(jīng)受的，例如熱等靜壓(HIP:ing)、鍛造、軋制。在研究中也發(fā)現(xiàn)，在鋼中形成的碳化物的尺寸和它們的總含量之間有關(guān)系，碳化物的尺寸增加則在鋼中的碳化物含量越高。對(duì)于M6X-和MX-碳化物兩者而言這種關(guān)系是有效的。研究還進(jìn)一步表明，在固定的體積部分和工藝參數(shù)下，M6X-碳化物是大于MX-碳化物的。這意味著假如鋼期望具有一種給定的最大尺寸的碳化物，那么合金組成可以是平衡的，以使鋼的MX-碳化物的含量是M6X-碳化物含量的1.5-2倍。此外已經(jīng)令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，合金化鈮的鋼在MX-碳化物的尺寸的增大和MX-碳化物的含量之間比沒(méi)有添加鈮的鋼具有更強(qiáng)的關(guān)系。這結(jié)果表明，鈮的加入只是至多在MX-碳化物的某一最大含量時(shí)有利，而不是大于此含量。根據(jù)本發(fā)明的思想，可以提供一種鋼，其滿足與高的屈服點(diǎn)、高的疲勞強(qiáng)度、高的抗彎強(qiáng)度和較好的耐磨性相結(jié)合的韌性和硬度的高要求，并且也具有改善的研磨性能。假如鋼具有根據(jù)權(quán)利要求1的組成，那么這就能實(shí)現(xiàn)，其中就鈮和釩的總含量與一定的比例的鈮和釩而言該組成已得到平衡。因此鈮和釩的總含量應(yīng)滿足條件4.0SNb+V^7.0,優(yōu)選4.25^Nb+V^6.7，和更優(yōu)選4.5$Nb+VS6.4，同時(shí)鈮和釩之間的比例應(yīng)滿足條件0.55$Nb/VS4.0,優(yōu)選0.55SNb/VS3.5和更優(yōu)選0.55^Nb/V￡3.0。在最優(yōu)選的實(shí)施方案中鋼應(yīng)含有2.0-2.3°/。的Nb和3.1-3.4%的V。此外鋼應(yīng)具有不大于15體積％的MX-碳化物的含量，優(yōu)選不大于13體積％，和更優(yōu)選為不大于11體積％，其中至少80%,優(yōu)選至少90%，和更優(yōu)選至少95%的MX-碳化物的碳化物尺寸在碳化物的最長(zhǎng)伸長(zhǎng)方向上不大于3優(yōu)選不大于2.2pm，更優(yōu)選不大于1.8pm。就M6X-碳化物-成形元素鉻、鉬和鵠而言鋼的組成也應(yīng)是平衡的，以使在鋼中的M6X-碳化物的含量不大于15體積％,優(yōu)選不大于13體積％和更優(yōu)選不大于12體積％，其中至少80%，優(yōu)選90%和更優(yōu)選至少95%的M6X-碳化物的碳化物尺寸在碳化物的最長(zhǎng)伸長(zhǎng)方向上不大于4pm，優(yōu)選不大于3pm,更優(yōu)選不大于2.5pm。此外，根據(jù)本發(fā)明的鋼不應(yīng)含有任何故意加入的附加合金元素。銅、鎳、錫和鉛以及碳化物成形物，如鈦、鋯和鋁可允許的總量不大于1%。除了這些元素和上述的元素外，鋼除了含有不可避免的雜質(zhì)外不再含有其他的元素和其他從鋼的冶金熔體處理中得來(lái)的殘留產(chǎn)物。實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的實(shí)驗(yàn)總共制備了九種試驗(yàn)材料。這些材料的化學(xué)組成列于下表l中。表l:檢驗(yàn)的鋼的化學(xué)組成(重量％);正常含量的余量鐵和雜質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>通過(guò)氣體霧化從鋼制備粉末。各個(gè)鋼粉末是通過(guò)在較大的生產(chǎn)套管上部的小試驗(yàn)套管中進(jìn)行快速熱等靜壓制而固化，即所謂的HIP/QIH。從小的試驗(yàn)套管中取出樣品，以幾種方式熱處理該樣品，以根據(jù)下表2模擬典型的生產(chǎn)條件。表2:在ASP工藝中模擬生產(chǎn)的典型條件的熱處理熱處理溫度rc),停留時(shí)間(h)<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>碳化物含量和尺寸在所檢驗(yàn)的鋼中的MX-碳化物的含量以及尺寸是根據(jù)鋼所經(jīng)受的表2中的熱處理而變化。這從下表3就能清楚地看出。表3:取決于熱處理的鋼中的MX-碳化物的含量、這些碳化物的尺寸<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>*涉及所有MX-碳化物的平均碳化物尺寸**涉及在約20000|im的區(qū)域中的100個(gè)最大的碳化物的平均尺寸圖l示出了6號(hào)熱處理的MX-碳化物的尺寸的示意圖。在圖中，加入鈮的鋼用實(shí)心的黑色點(diǎn)標(biāo)出，而不加鈮的鋼用圓圈標(biāo)出。在圖中可以看出，對(duì)于含-Nb的鋼的MX-碳化物尺寸比不加Nb的鋼中的碳化物的尺寸要小得多。對(duì)取決于表2中鋼所經(jīng)受的熱處理的檢驗(yàn)的鋼中的M6X-碳化物的含量和尺寸的相應(yīng)的研究列于下表4中。以最大的含量加入鈮對(duì)MX-碳化物的尺寸具有有利的效應(yīng)，其變化取決于工藝中的停留時(shí)間和溫度，諸如在對(duì)高速鋼典型的溫度下的熱等靜壓、軋制和鍛造。從試驗(yàn)中得出的結(jié)論是對(duì)具有MX-碳化物含量不大于15體積％,優(yōu)選不大于13體積％和更優(yōu)選不大于11體積％的鋼，加入鈮看起來(lái)是有利的，而相反鈮的加入對(duì)于具有較大部分的MX-碳化物的鋼看起來(lái)能導(dǎo)致較大的MX-碳化物。表4:取決于熱處理的鋼中的M6X-碳化物的含量和尺寸<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>鋼B^岡C4岡D05.51.28--9.21.4917.61.755.31.4211.71.8927.51.385.61.1710.51.6137.21.714.71.3710.71.904--5.91.5211.92.225.71.563.61.259.31.7768.42.066.81.7810.52.24鋼F鋼H鋼I010.91.63-一7.41.43111.11.886.71.529.71.93211.81.706.81.438.51.5812.31.987.11.658,91.81411.72.17—-一,-9.91.726.41.517.71.65611.82.246.41.938.22.13圖3示出的是關(guān)于表4中經(jīng)6號(hào)熱處理的鋼的M6X-碳化物的尺寸示圖。在圖中加入了鈮的鋼由實(shí)心的黑點(diǎn)標(biāo)出，而不加鈮的鋼用圓圏標(biāo)出，由圖可以看出，Nb的加入沒(méi)有對(duì)M6X-碳化物的尺寸有任何可測(cè)量的效應(yīng)。此外還表明，才艮據(jù)本發(fā)明的鋼在關(guān)于MX"碳化物尺寸方面在不同的熱加工操作中有較小的影響，鋼的Nb/V比例更高，該種熱加工是鋼在制備期間所經(jīng)歷的，例如熱等靜壓、鍛造和軋制，如從圖4中是清楚的。圖4表明熱加工操作對(duì)具有約0.6或更大的Nb/V比例的鋼中MX-碳化物的尺寸沒(méi)有多少效應(yīng)。圖5表明對(duì)MX-和M6X-碳化物的平面d(wd)中的晶格間距作為Nb/V比例的函數(shù)的示意圖。對(duì)于MX-碳化物測(cè)量了(111)-間距，并對(duì)于MsC-碳化物測(cè)量了(331)-間距。在此清楚的是，鈮的加入似乎對(duì)在M6C-碳化物中的晶格之間的間距沒(méi)有影響，這表明鈮的加入對(duì)M6C-碳化物的組成沒(méi)有影響。對(duì)于MX-碳化物在晶格間距和Nb/V的比例增加之間似乎是線性關(guān)系，這表明鈮是溶解在MX-碳化物中。然而鋼G與此偏離，這可能因?yàn)樵诹；l(fā)生之前在熔體中形成大的MX-碳化物(>20pm),這意味著較少量的Nb對(duì)?；陂g或之后所形成的MX-碳化物是有用的。顯微組織根據(jù)本發(fā)明的鋼具有一種顯微組織，其在硬化和回火的條件下由含有MX-碳化物和M6X-碳化物的回火的馬氏體的組織構(gòu)成，MX-碳化物和M6X-碳化物在馬氏體中均勻分布，其通過(guò)由950-1250。C之間的奧氏體化溫度冷卻至室溫并在480-650。C的溫度下回火以硬化產(chǎn)物而得到。根據(jù)本發(fā)明的鋼應(yīng)具有不大于15體積％的MX-碳化物的含量，優(yōu)選不大于13體積％,和更優(yōu)選不大于11體積％，其中至少80%,優(yōu)選至少90%，和更優(yōu)選至少95%的MX-碳化物的碳化物尺寸在碳化物的最長(zhǎng)伸長(zhǎng)方向上不大于3|im,優(yōu)選不大于2.2pm,和更優(yōu)選不大于1.8|im。就M6X-碳化物-成形元素鉻、鉬和鎢而言鋼的組成也應(yīng)是平衡的，以使鋼中的M6X-碳化物的含量不大于15體積％，優(yōu)選不大于13體積％,和更優(yōu)選不大于12體積％，其中至少80%，優(yōu)選90%，和更優(yōu)選至少95%的M6X-碳化物的碳化物尺寸在碳化物的最長(zhǎng)伸長(zhǎng)方向上不大于4jam，優(yōu)選不大于3pm,和更優(yōu)選不大于2.5|im。圖6是根據(jù)本發(fā)明的鋼，也就是在表2中的合金F的顯微組織照片。該照片表明均勻分布的黑色/深灰色的MX-碳化物和稍稍較大的白色/淺灰色的M6X-碳化物。該鋼含有5.5體積％的MX-碳化物，其具有0.5pm的平均尺寸，其中在約20000pm的區(qū)域內(nèi)的100個(gè)最大的MX-碳化物具有l(wèi).l(im的平均尺寸，而11.8體積％的MeX-碳化物具有1.2pm的平均尺寸，其中在約20000jim的區(qū)域內(nèi)的100個(gè)最大的MeX-碳化物具有2.2pm的平均尺寸。在MX-碳化物周圍的淺色區(qū)域來(lái)自浸蝕，且實(shí)際上在材料中沒(méi)有與此相應(yīng)的東西?？裳心バ愿鶕?jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，鋼應(yīng)具有良好的可研磨性。上述的所有的MX-碳化物的尺寸都影響鋼的可研磨性，以致鋼中碳化物的顆粒越大，可研磨性降低。鋼的可研磨性可以其G比例給出，并且其對(duì)材料要研磨多硬是一種度量。鋼的G比例是在硬化和退火的條件下通過(guò)表面研磨氧化鋁工業(yè)圓盤的7x7x150mm的試樣(所謂的白盤)下降到尺寸為2x7x150mm而測(cè)量的。G比例通常以相對(duì)所使用的研磨盤的體積而研磨掉的鋼材料的體積給出。容易研磨的材料具有高的G比例，而難于研磨的材料是以低的G比例值為特征的。圖7表示可研磨性作為MX-碳化物尺寸的函數(shù)。清楚的是，具有小尺寸的MX-碳化物的鋼與其他的具有相同體積范圍的MX-碳化物含量的鋼比較在可研磨性方面已經(jīng)有相當(dāng)?shù)母纳?。通過(guò)研磨期間比較能量消耗，可以比較根據(jù)本發(fā)明的鋼的最高的切割挖掘速率(chipexcavationrate)的值，本發(fā)明的鋼稱為PUD169,其具有下列的組成1.69。/o的(C+N),0.65%的Si，0.3%的Mn，4.0%的Cr,4.6%的Mo,6.3%的W,9.0。/o的Co，3.2。/。的V和2.1Nb,余量為鐵和雜質(zhì)，以及一種參比鋼，其具有下列的組成1.6的C,4.8的Cr，2.0的Mo，10.5的W,8.0的Co,5.0的V,余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，稱為ASP2052。結(jié)果示于圖8中，且清楚的是，根據(jù)本發(fā)明的鋼可以在相同的能量消耗下以高于參比材料約60%的切割挖掘速率進(jìn)行研磨，這從制備的觀點(diǎn)看是相當(dāng)優(yōu)越的。從根據(jù)本發(fā)明和參比材料的鋼可以制備許多切削工具齒，其是用TiAlN涂層的，即所謂的Futura涂層。該鋼板在測(cè)試中使用，其中對(duì)兩種材料測(cè)量了相當(dāng)于一小時(shí)(lh)使用期限的切削速率。在測(cè)試中使用下列的參數(shù)徑向切削;笨度=10mm，軸向切削深度=3mm，進(jìn)料=0.1mm/齒，干法機(jī)加工，工作才才料二Impax。在測(cè)試中，對(duì)于本發(fā)明鋼測(cè)得的切削速度為83m/分鐘，而對(duì)于參比材料測(cè)得的為77m/分鐘，因此這意味著本發(fā)明的鋼具有比參比材料好得多的性能。中試規(guī)模的實(shí)驗(yàn)在硬化和回火條件下的硬度兩個(gè)約200kg的變化方案，每個(gè)都是由本發(fā)明的鋼通過(guò)氣體霧化和熱等靜壓制而進(jìn)行。約10kg的中試規(guī)模的套管由這種粉末制備，而且測(cè)試片從套管中取出，以評(píng)價(jià)在硬化和回火后的硬度。這些根據(jù)本發(fā)明鋼的變化方案適用于對(duì)硬度有高要求但仍然結(jié)合有大的韌性的應(yīng)用，如用于金屬等模型或型材的沖壓工具，以及用于切屑去除工具的鋼，諸如絲錐和具有剃齒分離器的頭端切削器。假如其是用于冷加工的工具，則對(duì)鋼具有類似的需求。這些鋼的化學(xué)組成在表5中給出。結(jié)果示出于表6中。表5:根據(jù)本發(fā)明的鋼的兩個(gè)變化方案的化學(xué)組成(重量％);正常含量的余量鐵和雜質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>表6:根據(jù)本發(fā)明的鋼在不同的熱處理時(shí)的硬度，(HRC)<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>根據(jù)鋼的應(yīng)用領(lǐng)域，最佳的硬度是在50-70HRC范圍的硬度中選擇的。對(duì)于要求較低硬度，50-55HRC,但優(yōu)選有更高韌性的應(yīng)用領(lǐng)域，要限制初生C的含量，以及任何存在的N和至少一些W、V、Nb、Mo和Co,以使這些含量是在約鋼的下限量，且在硬化期間的奧氏體化溫度的選擇是低于1100°c。對(duì)于用于熱加工工具的鋼，如用于鋁型材的擠壓，最重要的性能之一是鋼具有高的耐回火性，這意味著其能經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的高溫而不失去硬度，該鋼是硬化和回火得到的。另一方面該硬度不需要特別高，合適的在50-55HRC的量值。假如鋼用于代替高級(jí)機(jī)械零件，主要性能是較高的硬度和與大韌性相結(jié)合的強(qiáng)度。在這個(gè)情況下，回火后的硬度典型地可處于55-60HRC。對(duì)于這兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域鋼合適地在1000-1250。C的奧氏體化溫度下，典型地為1150-120(TC下進(jìn)行熱處理，和在550-600。C的回火溫度下進(jìn)行回火，3xlh。對(duì)用于金屬等模型或型材的沖壓工具的鋼，以及用于切屑去除的鋼，對(duì)硬度有更高的要求，60-70HRC，但仍然要與大的韌性相結(jié)合，這些工具諸如齒輪切削工具、絲錐和具有剃齒分離器的頭端切削器。絲錐應(yīng)具有60-67HRC范圍的硬度，而頭端切削器應(yīng)具有62-70HRC范圍的硬度。假如其用于冷加工的工具，則對(duì)于鋼也有類似的需求。對(duì)于這兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域鋼適合地在1000-1250。C的奧氏體化的溫度下進(jìn)行熱處理，典型地，用于切屑去除的工具的為1150-1200°C而用于冷加工工具的為1000-1200°C，且在480-580。C的回火溫度下回火，典型地為550-570°C,3xlh，和具有在50-55HRC的范圍的硬度。在含有氮的鋼的情況下，根據(jù)上述理由回火溫度可以降低。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中鋼具有#4居以下的標(biāo)稱組成1.69。/。的(C+N)，0.65%的Si,0.3%的Mn，4.0%的Cr,4.6%的Mo,6.3%的W，9.0%的Co，3.2%的V和2.1。/。的Nb,余量為鐵和雜質(zhì)。這種鋼特別適合用于切削的工具，為此與在介紹中所提到的材料相比其具有相當(dāng)改善的可研磨性，其他的性能是可相比的。該鋼也已表明與ASP2052相比較其具有改善的機(jī)加工性。權(quán)利要求1.用于熱加工的工具鋼或用于冷加工的工具鋼或用于切屑切削加工的工具鋼，或用于高級(jí)機(jī)械零件的鋼，其已經(jīng)通過(guò)粉末冶金法制備并且其特征為其具有下列的化學(xué)組成，以重量％計(jì)，含有1.1-2.3C+N0.1-2.0Si0.1-3.0Mn最大20Cr5-20(Mo+W/2)，0-20Co，其中鈮和釩的總量(Nb+V)相對(duì)于鈮和釩含量間的比例(Nb/V)取得平衡，使這些元素的含量以及它們之間的比例處于由圖1坐標(biāo)系中的坐標(biāo)A、B、C確定的區(qū)域中，其中A[4.0；0.55]B[4.0；4.0]C[7.0；0.55]且Cu、Ni、Sn、Pb、Ti、Zr和Al的總量不大于1％，余量為鐵和制鋼時(shí)不可避免的雜質(zhì)。2.才艮據(jù)權(quán)利要求1的鋼，其特征在于，鈮和釩的總量(Nb+V)相對(duì)于鈮和釩含量之間的比例(Nb/V)取得平衡，使這些元素的含量以及它們之間的比例處于由坐標(biāo)D、E、F確定的區(qū)域中，其中D:[4.25;0.55]E:[4.25;3.5]F:[6.7;0.55]。3.根據(jù)權(quán)利要求2的鋼，其特征在于，鈮和釩的總量(Nb+V)相對(duì)于鈮和釩含量之間的比例(Nb/V)取得平衡，使這些元素的含量以及它們之間的比例處于由坐標(biāo)G、H、I確定的區(qū)域中，其中G:[4.5;0.55]H:[4.5;3.0]I:[6.4;0.55]。4.根據(jù)權(quán)利要求3的鋼，其特征在于，鋼中的碳和氮的總量為1.4至2.0%之間，優(yōu)選為1.60至1.90%之間。5.根據(jù)權(quán)利要求4的鋼，其特征在于，鋼中的碳和氮的總量為1.65至1.80%之間。6.根據(jù)權(quán)利要求1的鋼，其特征在于，所述鋼含有0.2至1.2%的Si,優(yōu)選為0.4至0.8%的Si。7.根據(jù)權(quán)利要求6的鋼，其特征在于，所述鋼含有0.55至0.70%的Si。8.根據(jù)權(quán)利要求l的鋼，其特征在于，所述鋼含有0.1至0.5%的Mn，伊乙選為0.2至0.4%的Mn。9.根據(jù)權(quán)利要求l的鋼，其特征在于，所述鋼含有3至6%的Cr，優(yōu)選為3.5至4.5%的Cr。10.根據(jù)權(quán)利要求9的鋼，其特征在于，所述鋼含有3.8至4.2%的Cr。11.根據(jù)權(quán)利要求1的鋼，其特征在于，所述鋼含有5至15%(Mo+W/2)，優(yōu)選為9至12。/。的(Mo+W/2)。12.根據(jù)權(quán)利要求11的鋼，其特征在于，所述鋼含有4.0至5.1的Mo和5.0至7.0%的W。13.根據(jù)權(quán)利要求11的鋼，其特征在于，所述鋼含有4.4至4.9的Mo和6.1至6.7%的W。14.根據(jù)權(quán)利要求1的鋼，其特征在于，所述鋼含有5.0至14.0%的Co,優(yōu)選為8.0至10.0%的Co、更優(yōu)選為8.8至9.3的Co。15.根據(jù)權(quán)利要求1的鋼，其特征在于，鋼含有2.0至2.3%的Nb和3.1至3.4%的V。16.根據(jù)權(quán)利要求1的鋼，其特征在于，在950至1250。C的奧氏體化的溫度下硬化、在480至650。C的回火溫度下回火，3xlh,則其具有在50至70HRC范圍的硬度。17.根據(jù)權(quán)利要求15的鋼，其特征在于，其具有由回火的馬氏體構(gòu)成的顯微組織，MX-碳化物的含量不大于15體積％,其中至少80%的MX-碳化物的碳化物尺寸在碳化物的最長(zhǎng)伸長(zhǎng)方向上不大于3(im;M6X-碳化物的含量不大于15體積％,其中至少80%的M6X-碳化物的碳化物尺寸在碳化物的最長(zhǎng)伸長(zhǎng)方向上不大于4pm。17.根據(jù)權(quán)利要求16的鋼，其特征在于，MX-碳化物的含量不大于13體積％、更優(yōu)選為不大于11體積％,其中至少90%、更優(yōu)選為至少95%的MX-碳化物的碳化物尺寸在碳化物的最長(zhǎng)伸長(zhǎng)方向上不大于2.2iim和更優(yōu)選為不大于1.8(im;M6X-碳化物的含量不大于13體積°/。、優(yōu)選為不大于12體積％，其中至少卯％、更優(yōu)選為至少95%的M6X-碳化物的碳化物尺寸在碳化物的最長(zhǎng)伸長(zhǎng)方向上不大于3(im和優(yōu)選為不大于2.5jim。18.—種用于熱加工或切屑切削加工或冷加工的工具或高級(jí);f幾械零件，其特征在于，其含有根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)的鋼。19.根據(jù)權(quán)利要求18的用于熱加工的工具或高級(jí)機(jī)械零件，其特征在于，所述鋼在950至1050。C的奧氏體化溫度下硬化、在550至60(TC的回火溫度下回火，3xlh，則其具有在50至55HRC范圍的硬度。20.根據(jù)權(quán)利要求18的用于切屑切削加工或冷加工的工具，其特征在于，所述鋼在1000至1250。C的奧氏體化溫度下硬化和在480至580。C的回火溫度下回火，3xlh,則其具有60至70HRC范圍的硬度。21.—種用于制備熱加工或切屑切削加工或冷加工用的工具或高級(jí)機(jī)械零件的方法，其特征在于，其包括制備鋼熔體、氣體霧化所述鋼熔體以形成鋼粉末、通過(guò)熱等靜壓制即所謂的HIP固化所述的鋼粉末以形成鋼坯或具有幾乎是工具最終形狀的工具坯，其具有根據(jù)權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)的化學(xué)組成，鋼坯或工具坯在950至1250。C的奧氏體化溫度下硬化、并在480至65(TC的回火溫度下回火，3xlh，使鋼具有50至70HRC范圍的硬度，且顯微組織由回火的馬氏體構(gòu)成，MX-碳化物的含量不大于15體積％，其中至少80%的MX-碳化物的碳化物尺寸在碳化物的最長(zhǎng)伸長(zhǎng)方向上不大于3|am,M6X-碳化物的含量不大于15體積％,其中至少80%的M6X-碳化物的碳化物尺寸在碳化物的最長(zhǎng)伸長(zhǎng)方向上不大于4pm,和研磨工具坯至最終尺寸。22.根據(jù)權(quán)利要求21的用于制備熱加工或切屑切削加工或冷加工用的工具或高級(jí)機(jī)械零件的方法，其特征在于，所述鋼坯經(jīng)受熱加工和/或冷加工以形成工具坯，然后石更化和回火。23.根據(jù)權(quán)利要求21的制備用于熱加工或切屑切削加工或冷加工用的工具或高級(jí)機(jī)械零件的方法，其特征在于，所述工具是通過(guò)如物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積而進(jìn)行表面涂覆。全文摘要一種已由粉末冶金法制備的鋼，其特征為具有下列的化學(xué)組成(重量％)，1.1-2.3的C+N，0.1-2.0的Si，0.1-3.0的Mn，最大20的Cr，5-20的(Mo+W/2)，0-20的Co，其中相對(duì)鈮和釩的含量之間的比例(Nb/V)，鈮和釩的總量(Nb+V)是平衡的，以致這些元素的含量以及它們之間的比例是處于由圖1中的坐標(biāo)系中的坐標(biāo)A、B、C所確定的區(qū)域中，在此A[4.0；0.55]，B[4.0；4.0]，C[7.0；0.55]和Cu、Ni、Sn、Pb、Ti、Zr、和Al的總量不大于1％，余量為鐵和由制備鋼時(shí)的不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明也涉及用于熱加工或切屑去除或冷加工的工具，或由上述的鋼所制備的高級(jí)機(jī)械零件，以及制備它們的方法。文檔編號(hào)C22C38/36GK101243199SQ200680030142公開日2008年8月13日申請(qǐng)日期2006年8月18日優(yōu)先權(quán)日2005年8月18日發(fā)明者斯蒂芬·森丁申請(qǐng)人:伊拉斯蒂爾·克羅斯特公司