微合金化高韧性冷作模具钢 本发明涉及金属材料合金工具钢领域。
用于冷作模具的普通合金工具钢有数百个钢号，其热处理(淬火加低温回火)后的组织为马氏体加少量残余奥氏体，淬火晶粒度一般为6-8级，热处理后硬度为HRC58-62，冲击韧性在25J以下。经适当热处理后的普通合金钢可广泛用于各种冷作模具，但其冲击韧性和断裂韧性低，无法满足一些工作状态较为恶劣的冷作模具的要求。
本发明的目的是：通过适当微合金化，提供一种经普通热处理工艺后既保持普通合金工具钢高硬度，又具有高韧性的微合金化高韧性冷作模具钢，使其制作的冷作模具在使用过程中不易发生脆性断裂，提高其使用寿命和生产安全性。
本发明的技术方案是：微合金化高韧性冷作模具钢，其殊之处在于化学成份为：C0.5-0.9％，Mo0.5-1.5％，Si0.5-1.4％，Mo0.1-0.5％，V0.1-0.5％，Nb0.008-0.2％，Ti0.01-0.1％，S≤0.035％，P≤0.035％，余量为Fe。
本发明采用普通合金工具钢的冶炼轧制生产工艺流程：10吨电弧炉熔炼→加入合金元素(1530-1570℃)→钢包吹氩脱气并进行微钛处理(1480-1520℃)→铸锭→均热(1200-1250℃)→开坯→均热(1200-1250℃)→轧材(开轧1200℃，终轧＞900℃)→检验入库。
本发明的合金钢的热处理工艺采用普通合金工具钢的热处理工艺：860-900℃加热→淬入冷却油→180-250℃回火。
由于本发明采用了适当的合金成份，使其热处理后的金相组织为马氏体加少量残余奥氏体，奥氏体晶粒度为ASTM No9-12级，马氏体亚结构为位错加少量孪晶，在淬火、回火过程乃致使用过程中有足够体积分数的尺寸在1-20nm的微细第二相粒子沉淀析出，从而使其热处理后的硬度达到HRC58-62地同时具有大于30J的冲击韧性，使其制作的冷作模具钢在使用过程中不易发生脆性断裂，使其使用寿命和生产安全性大大提高。经测定，热处理后的力学性能为：σs≥1500MPa，σb≥1700MPa，δ≥6％，ψ≥25％，Akv＞30J；经端淬试验，50％马氏体区距水冷端大于21mm。
由此可见，本发明的合金钢具有强韧性配合好、冲击韧性高、生产工艺简单、成本较低、适应于恶劣工作环境的冷作模具的优点。
以下进一步阐述本发明的实施例：
实施例1：化学成份为：C0.7％，Mn1.1％，Si1.1％，Mo0.15％，V0.2％，Nb0.03％，Ti0.015％，S0.03％，P0.01％，余量为Fe。
冶炼轧制工艺为：10吨电弧炉熔炼→加入合金(1550℃)→钢包吹氩脱气并进行微钛处理(1500℃)→铸锭→1250℃均热→开坯→1250℃均热→轧材(开轧1200℃，终轧950℃)→检验入库。
热处理工艺为：870℃加热→淬入冷却油→200℃回火。
热处理后的力学性能为：σs1540MPa，σb1800MPa，δ7％，ψ30％，Akv33J。
实施例2：化学成份为：C0.5％，Mn0.5％，Si0.5％，Mo0.1％，V0.1％，Nb0.008％，Ti0.01％，S0.02％，P0.008％，余量为Fe。
冶炼轧制工艺为：10吨电弧炉熔炼→加入合金(1550℃)→钢包吹氩脱气并进行微钛处理(1500℃)→铸锭→1250℃均热→开坯→1250℃均热→轧材(开轧1200℃，终轧910℃)→检验入库。
热处理工艺为：860℃加热→淬入冷却油→180℃回火。
热处理后的力学性能为：σs1510MPa，σb1720MPa，δ9％，ψ41％，Akv52J。
实施例3：化学成份为：C0.9％，Mn1.5％，Si1.4％，Mo0.5％，V0.5％，Nb0.2％，Ti0.1％，S0.035％，P0.035％，余量为Fe。
冶炼轧制工艺为：10吨电弧炉熔炼→加入合金(1560℃)→钢包吹氩脱气并进行微钛处理(1520℃)→铸锭→1250℃均热→开坯→1250℃均热→轧材(开轧1200℃，终轧970℃)→检验入库。
热处理工艺为：900℃加热→淬入冷却油→250℃回火。
热处理后的力学性能为：σs1820MPa，σb1840MPa，δ6％，ψ28％，Akv31J。
实践证明，用本发明的钢材制作出的汽车板簧切刀，其刀片崩刀率由原高速钢制刀片的50％降至5％以下，使用寿命提高一倍多。用本发明的钢材制作的T12，T13，T14，T15等各型钉刀，劈裂率由原高速钢制钉刀的30％降至2％以下，单次刀磨使用寿命比之略高，多次刃磨总使用寿命则提高10倍以上。