高合金工具钢及制造方法、作为刀刃钢镶接刨切刀的方法与流程

本发明涉及一种工具钢的制造及应用，特别是一种高合金工具钢及制造方法，以及将该工具钢作为刀刃钢镶接刨切刀的方法。

背景技术：

现有的刨切刀，通常采用通用高速钢作为刀刃钢镶接而制得，通用高速钢的硬度虽然可以满足刀刃口锋利、耐磨的需求，但是与刀刃钢本体镶接的工艺实施难度较大，两者的结合性能不佳，造成废品率较高，生产成本较高。

技术实现要素：

发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种高合金工具钢及制造方法，适用于作为刀刃钢镶接刨切刀，同时提供一种将该高合金工具钢作为刀刃钢镶接刨切刀的方法。

技术方案：一种高合金工具钢，由以下按质量百分含量配比的各原料制成：c0.54～0.62％、si0.40～0.60％、mn0.25～0.50％、cr3.80～4.40％、w2.20～2.80％、mo6.00～6.80％、v0.70～0.90％、ni0.15～0.25％、s和p不超过0.03％、余量fe。

最佳的，该高合金工具钢由以下按质量百分含量配比的各原料制成：c0.6％、si0.58％、mn0.32％、cr3.90％、w2.29％、mo6.34％、v0.78％、ni0.21％、s0.01％、p0.02％、余量fe。

一种上述的高合金工具钢的制造方法，按配比量准备各原料，采用感应电炉加电渣重熔或电弧炉真空精炼后，再经870～1150℃锻轧，制得高合金工具钢。

一种以上述的高合金工具钢作为刀刃钢镶接刨切刀的方法，按刨切刀尺寸下料高合金工具、低碳钢板，将高合金工具钢放置在低碳钢板镶接刀刃的位置上，两者经无氧化焊接、压轧镶接，再依次经退火、淬火、回火，制得刨切刀。

其中，压轧镶接的具体工艺为：在1050～1220℃温度下加热，保温25～50分钟，然后在低于1050℃温度下压轧，再在不低于1280℃温度下过热过烧。

其中，退火、淬火、回火的具体工艺为：

退火，在860～880℃温度下加热，保温4～6小时后随炉冷；

淬火，在1180～1220℃温度下加热，保温0.5～1.2分钟/mm后油冷或空冷或水冷；

回火，在520～560℃温度下加热，保温2～4小时。

进一步的，压轧压下率不低于35％。

进一步的，回火次数为3次。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：(1)该高合金工具钢，cr、w、mo、v合金总量和含c量大大低于通用高速钢的含量，具有良好的高温塑性，作为刀刃钢镶接刨切刀时，刀刃钢和作为刀本体的低碳钢板属于冶金结合，具有良好的结合行，易于高温无氧化压轧镶接工艺实施和控制，提高了镶接工序半成品的合格率；(2)该高合金工具钢，通过合理的cr、w、mo、v含量搭配，在中c含量时，镶接刨切刀淬火后回火二次硬化硬度达到通用高速钢硬度，即hrc63～65；(3)镶接刨切刀时，该高合金工具钢含有合适的淬火未溶碳化物数量以及少量ni的粘结作用，使薄刃刀刃口锋利而耐磨，切削面更光洁，切削寿命达到或高于通用高速钢刀刃钢刨切刀的寿命；(4)本发明的刨切刀，可降低刀刃钢材料成本20％，并可降低刨切刀生产总成本10％。

附图说明

图1为本发明制得的高合金工具钢的金相图；

图2为高合金工具钢作为刀刃钢镶接刨切刀的位置示意图；

图3为镶接结合面处的金相图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

一种高合金工具钢，由以下按质量百分含量配比的各原料制成：c0.54～0.62％、si0.40～0.60％、mn0.25～0.50％、cr3.80～4.40％、w2.20～2.80％、mo6.00～6.80％、v0.70～0.90％、ni0.15～0.25％、s和p不超过0.03％、余量fe。

其中，最佳方案是：c0.6％、si0.58％、mn0.32％、cr3.90％、w2.29％、mo6.34％、v0.78％、ni0.21％、s0.01％、p0.02％、余量fe。

上述的高合金工具钢的制造方法，具体为：将按配比量准备的各原料，采用感应电炉加电渣重熔或电弧炉真空精炼后，再经870～1150℃锻轧，制得高合金工具钢。

图1为最佳方案的高合金工具钢金相图，放大倍率为500倍，可见组织颗粒精细、均匀，奥氏体晶粒度仍然非常细小。

将本发明制得的高合金工具钢作为刀刃钢镶接刨切刀的方法，具体为：

步骤一，如附图2所示，按刨切刀尺寸，下料低碳钢板(含碳量一般小于0.25％)得到刀主体，包括一体的刀体钢1部分和辅助钢3部分，下料高合金工具钢得到刀刃钢2部分，然后校平、机加工磨面、铣边，完成初加工。

步骤二，如附图2所示，将刀刃钢2放置在刀主体镶接刀刃的位置上，镶接刀刃的位置后方是辅助钢3部分。

步骤三，先将两者经1000～1200℃高温无氧化焊接成一体，然后压轧镶接。压轧镶接的具体工艺为：在1050～1220℃温度下加热，保温25～50分钟，然后在低于1050℃温度下压轧，压轧压下率不低于35％，再在不低于1280℃温度下过热过烧。

步骤四，再依次经退火、淬火、回火，制得刨切刀。退火、淬火、回火的具体工艺为：

退火，在860～880℃温度下加热，保温4～6小时后随炉冷；退火后的硬度和组织标准为：hb250～295，碳化物平均尺寸小于1.5μm，块状碳化物较多；

淬火，在1180～1220℃温度下加热，保温0.5～1.2分钟/mm后油冷或空冷或水冷；淬火后的硬度和组织标准为：hrc62～64，晶粒度9～10.5级，未溶碳化物尺寸0.5～1.5μm；

回火，在520～560℃温度下加热，保温2～4小时，回火次数为3次；回火后的硬度和组织标准为：hrc63～65，回火马氏体，碳化物均匀细化，残余奥氏体≤12％。

通过上述镶接方法，图3为图2中镶接结合面ⅰ区域的金相图，放大倍率为100倍。结合面a为刀刃钢2部分与刀体钢1部分的镶接结合面，结合面b为刀体钢1部分与辅助钢3部分的镶接结合面，结合面c为辅助钢3部分与刀刃钢2部分的镶接结合面。可见奥氏体晶粒度细小，组织颗粒精细、均匀。

作为刀刃钢镶接刨切刀的高合金工具钢，其各原料成分、含量设计是在合金相平衡热力学组织结构计算、淬火回火硬度和热处理温度计算以及合金原子间结合能计算与性能相关联的基础上而提出的：

1、含c量高于上限时高温塑性低，低于下限时硬度降低；含si量高于上限时脆性增加并使表面脱碳加重，低于下限时强度降低；含mn量高于上限时脆性增加，低于下限时强度降低；含cr量高于上限时残余奥氏体量增加并使回火温度偏离最高硬度点，低于下限时淬火硬度降低；含w量高于上限时高温塑性降低，低于下限时回火硬度降低；含mo量高于上限时高温塑性低，低于下限时回火硬度明显降低；含v量高于上限时容易出现块状碳化物，低于下限时回火硬度降低；含ni量高于上限时退火球化困难，低于下限时强度降低；

2、低于或高于退火温度，退火组织不良或退火硬度偏高；结合表1可见，淬火温度超过上限，晶粒粗化且残余奥氏体过高致使硬度降低；结合表1可见，回火温度高于上限硬度降低，低于下限残余奥氏体过高。

表1高合金工具钢淬火和回火硬度实测值

本发明高合金工具钢作为刀刃钢镶接刨切刀，与现有的通用高速钢(含碳量一般为0.70～1.65％)作为刀刃钢镶接刨切刀比较，优点在于：(1)该高合金工具钢，cr、w、mo、v合金总量和含c量大大低于通用高速钢的含量，具有良好的高温塑性，作为刀刃钢镶接刨切刀时，刀刃钢和作为刀本体的低碳钢板属于冶金结合，具有良好的结合性，易于高温无氧化压轧镶接工艺实施和控制，提高了镶接工序半成品的合格率；(2)该高合金工具钢，通过合理的cr、w、mo、v含量搭配，在本申请限定的中c含量时，镶接刨切刀淬火后回火二次硬化硬度达到通用高速钢硬度，即hrc63～65；(3)镶接刨切刀时，该高合金工具钢含有合适的淬火未溶碳化物数量以及少量ni的粘结作用，使薄刃刀刃口锋利而耐磨，切削面更光洁，切削寿命达到或高于通用高速钢刀刃钢刨切刀的寿命；(4)本发明的刨切刀，可降低刀刃钢材料成本20％，并可降低刨切刀生产总成本10％。

本发明的刨切刀，可以用于各种高档木皮的刨切、剪切，在木材装饰板等行业有着广泛的应用前景。