一种高强韧合金工具钢线材及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高强韧合金工具钢线材，其除了Fe以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.60～0.90wt.％、Si：1.00～3.00wt.％、Mn：0.45～1.00wt.％、Cr：0.45～1.00wt.％、Mo：0.20～0.60wt.％；其中所述高强韧合金工具钢线材的微观组织为回火马氏体+弥散分布的球状碳化物。此外，本发明专利技术还公开了上述高强韧合金工具钢线材的制造方法，其包括步骤：(1)冶炼、浇铸、轧制成盘条；(2)离线球化退火；(3)经过加工工序制成线材后，进行调质热处理：加热到奥氏体化温度820～960℃，保温0.5～1h，以1～50℃/s的速度淬火冷却至室温；再次加热到200～400℃回火，保温0.5～3h。本发明专利技术所述的高强韧合金工具钢线材具有优良的抗扭转断裂性能，其可以有效应用于五金工具领域。其可以有效应用于五金工具领域。

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧合金工具钢线材及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种金属材料及其制造方法，尤其涉及一种合金工具钢线材及其制造方法。

技术介绍

[0002]工具钢是各种要求高硬度、韧性及耐磨性能的工具、刃具和量具等使用的优质钢中的总称。工具钢按合金成分可分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢三类。基于工具钢的使用工况，一般要求其具备以下特性：(1)在使用温度下硬度高，耐磨性好；(2)良好的热处理性能，不易产生淬火开裂、回火稳定性好；(3)具有一定韧性，耐冲击、扭转或弯曲载荷等性能；(4)具备一定耐蚀性、红硬性等特殊性能。
[0003]碳素工具钢一般含碳量在0.6-1.5％范围内，其具有淬火马氏体+粒状碳化物的金相组织，热处理工艺主要是淬火和回火处理，其硬度和耐磨性能主要取决于含碳量，具有表面硬而心部软的特点，而广泛应用于剪刀片、下料模、铰刀、车床工具、木工用具、带锯等。高速工具钢含有大量W、Cr、Mo、V、Co等合金元素，具有良好的红硬性、耐磨性好、强度高等特性，其主要用于制造高效率切削刀具，以及制造性能要求高的模具、轧辊、高温轴承和高温弹簧等。高速工具钢按合金元素可分为钨系高速钢、钨钼系高速钢、高钼系高速钢、钒系高速钢、钴系高速钢等。
[0004]为了改善工具钢的机械性能和淬透性，而在碳素工具钢的基础上添加一定合金元素的这类钢中被统称为合金工具钢。
[0005]国标GB/T 1299-2014《工模具钢》中将合金工具钢分为量具刃具用钢、耐冲击工具用钢、轧辊用钢、冷作模具用钢、热作模具用钢、塑料模具用钢及特殊用途模具用钢这几类。合金工具钢的牌号较多，不同成分钢种的性能和用途也有所区别，对于线材产品来说，主要用于五金工具行业，对钢材的硬度、韧性和耐磨性有较高的要求，如六角扳手、螺丝批、工具套筒、钳等。
[0006]国内钢铁企业生产的棒线材工具钢牌号主要有SAE6150/50CrVA、SUP11、9SiCr等，这些合金工具钢是在普通碳工钢的基础上添加Cr、V元素，合金体系较为简单，综合性能一般，在扭转韧性、耐磨性等方面有很大提升空间。
[0007]现阶段，我国工具钢行业存在的主要问题是低端工具钢产品性能需要提升，高端产品完全依赖进口，成本很高且满足不了市场需求。因此亟需开发能满足市场需求的优质合金工具钢产品。
[0008]公开号为CN1422972A，公开日为2003年6月11日，名称为“一种高强度合金工具钢”的中国专利文献，公开了一种高强度合金工具钢，其应用于切削刀具、破岩刀具以及模具制造领域，采用1100～1200℃高温淬火及500～580℃的三次回火处理，最高硬度可达58～62HRC，组织为回火马氏体和均匀细小碳化物，但是在热处理工艺中，奥氏体化温度过高易造成粗大晶粒，回火次数多，增加了生产成本。
[0009]公开号为CN110791717A，公开日为2020年2月14日，名称为“一种高品质亚共析合
金工具钢线材及其生产方法”的中国专利文献，公开了一种高品质亚共析合金工具钢线材的生产方法，该材料合金成分为C：0.63～0.68％，Si：1.10～1.20％，Mn：0.60～0.70％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr：0.30～0.40％，Mo：0.50～0.60％，V：0.20～0.30％，Ni：0.10～0.20％，Cu≤0.25％，利用控轧控冷技术得到工具钢线材组织由铁素体+粒状珠光体+碳化物组成，硬度为15～25HRC，有助于后续拉拔及机械加工，但合金中碳含量较低，且未涉及后续的调制热处理。
[0010]公开号为CN107419175A，公开日为2017年12月1日，名称为“疲劳寿命良好的经济型工具钢及其生产方法”的中国专利文献，公开了一种疲劳寿命良好的经济型工具钢生产方法，该材料合金成分为：C：0.75～1.00％，Si：0.15～0.35％，Mn：0.50～1.20％，Cr：0.30～1.10％，V：0.05～0.20％，Alt≤0.040％，P≤0.020％，S≤0.010％，N≤0.006％，热轧退火后获得均匀的粒状珠光体组织，经过淬火、回火后获得细小的回火马氏体组织，该生产方法大幅缩短了制造周期、降低制造成本，但所述轧制工艺仅适用于板材，且合金成分中不含Mo元素，淬透性较差。
[0011]综上所述，为了克服现有技术中存在的缺陷，本专利技术期望获得一种高强韧合金工具钢线材及其制造方法，该高强韧合金工具钢线材在耐磨性、抗扭转断裂性能方面有显著优势，其具有良好的硬度及优异的扭转韧性，可以有效应用于五金工具行业高端产品上，具有十分重要的现实意义。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的之一在于提供一种高强韧合金工具钢线材，该高强韧合金工具钢线材在耐磨性、抗扭转断裂性能方面有显著优势，其具有良好的硬度及优异的扭转韧性。该高强韧合金工具钢线材的洛氏硬度为58～62HRC，单位长度扭转角高于10
°
/mm，其具有优良的抗扭转断裂性能，可以有效应用于五金工具行业高端产品上，具有十分重要的现实意义。
[0013]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种高强韧合金工具钢线材，其除了Fe和不可避免的杂质以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：
[0014]C：0.60～0.90wt.％、Si：1.00～3.00wt.％、Mn：0.45～1.00wt.％、Cr：0.45～1.00wt.％、Mo：0.20～0.60wt.％；
[0015]其中所述高强韧合金工具钢线材的微观组织为回火马氏体+弥散分布的球状碳化物。
[0016]进一步地，在本专利技术所述的高强韧合金工具钢线材中，其各化学元素质量百分含量为：
[0017]C：0.60～0.90wt.％、Si：1.00～3.00wt.％、Mn：0.45～1.00wt.％、Cr：0.45～1.00wt.％、Mo：0.20～0.60wt.％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。
[0018]在本专利技术所述的高强韧合金工具钢线材中，各化学元素的设计原理如下所述：
[0019]C：在本专利技术所述的高强韧合金工具钢线材中，C是最重要的元素，一方面C元素在钢中可以起到固溶强化作用，另一方面C元素可以形成各种碳化物。需要说明的是，当合金工具钢中的C元素含量过低时，难以保证钢材硬度及耐磨性；而当钢中的C元素含量过高时，则会对钢的韧性产生不利影响，使偏析难以控制，加大冶炼及轧制的难度，易产生网状碳化物等异常组织。因此，考虑到本技术方案中C元素对高强韧合金工具钢线材性能的影响，在
本专利技术所述的高强韧合金工具钢线材中，将C的质量百分比控制在0.60～0.90wt.％之间。
[0020]Si：在本专利技术所述的高强韧合金工具钢线材中，Si是一种非碳化物形成元素，Si元素在钢中具有较强的固溶强化效果，其能够有效提高工具钢的硬度。但需要注意的是，钢中Si元素含量不宜过高，当钢中Si元素含量过高时，会降低钢材的韧性。因此，在本专利技术所述的高强韧合金工具钢线材中，将Si元素的质量百本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强韧合金工具钢线材，其特征在于，其除了Fe以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.60～0.90wt.％、Si：1.00～3.00wt.％、Mn：0.45～1.00wt.％、Cr：0.45～1.00wt.％、Mo：0.20～0.60wt.％；其中所述高强韧合金工具钢线材的微观组织为回火马氏体+弥散分布的球状碳化物。2.如权利要求1所述的高强韧合金工具钢线材，其特征在于，其各化学元素质量百分含量为：C：0.60～0.90wt.％、Si：1.00～3.00wt.％、Mn：0.45～1.00wt.％、Cr：0.45～1.00wt.％、Mo：0.20～0.60wt.％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。3.如权利要求1或2所述的高强韧合金工具钢线材，其特征在于，其还含有下述各化学元素的至少其中之一：0＜V≤0.30wt.％；0＜Ni≤0.50wt.％；0＜Nb≤0.05wt.％。4.如权利要求1或2所述的高强韧合金工具钢线材，其特征在于，在其他不可避免的杂质中：P≤0.015wt.％，并且/或者S≤0.015wt.％。5.如权利要求1或2所述的高强韧合金工具钢线材，其特征在于，所述球状...

【专利技术属性】
技术研发人员：余子权，姚赞，金峰，赵浩洋，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：