新型非調質塑料模具鋼P120M
一、前言
傳統塑料模具鋼采用預硬型P20、718鋼，冶金廠通過控軋、控冷及預硬化熱處理，使硬度達到模具最終使用狀態要求，模具廠不再進行熱處理，直接加工成模具后使用。近年來，隨著非調質鋼的成熟及發展，在機械、汽車等行業得到了廣泛應用，目前，模具行業也在積極推廣使用，這種非調質型塑料模具鋼具有成本低、性能優等特點，是預硬型塑料模具鋼的替代鋼種，具有廣闊的市場前景。
二、化學成分及特點
P120M鋼的化學成分見下表1，可見，該鋼采用V進行微合金化，含量0.15~0.20%，同時，提高Mn含量，并含有一定量的Si和Cr。
表1：化學成分%
鋼種            C             Mn            Si              Cr              V              P          S
P120 M 0.45~0.51 1.20~1.50 0.30~0.60 0.20~0.40 0.15~0.20 ≤0.030 ≤0.030
三、生產工藝
⒈工藝路線
超高功率電爐初煉(UHP)-鋼包精煉(LF)-真空脫氣處理(VD)，模鑄3t錠→八五O初軋機開坯→WF5-40精軋機成材。
⒉工藝控制
該鋼生產工藝控制通過優化成分設計，采取控軋、控冷工藝，使鋼材組織和性能特別是硬度達到模具最終使用狀態要求。
①優化成分設計，合理確定微合金化元素V含量，同時適當調整Mn、Si、Cr含量，保證通過控軋、控冷能夠獲得理想的顯微組織和硬度。
②冶煉采用鋼包精煉及真空脫氣處理，減少鋼中非金屬夾雜物含量，降低鋼中氣體含量，提高鋼的純潔度。
③軋制采用控軋、控冷工藝，控制終軋溫度和軋后冷卻方式，以獲得理想的顯微組織和硬度。
四、質量水平
⒈低倍組織
該鋼生產采用3t錠，總加工比大，鋼材低倍組織致密，中心疏松及錠型偏析均≤1.0極。
⒉非金屬夾雜物
采用精煉及真空脫氣處理，該鋼非金屬夾雜物少，純潔度高，見下表2。
表2：非金屬夾雜物水平/級別
  A細        A粗      B細       B粗  C細   C粗       D細       D粗
1.0~1.5   0~1.0   1.0~1.5       0        0       0        0.5~1.5    0~0.5
⒊脫碳
因該鋼屬非調質型塑料模具鋼，直接加工成模具后使用，故要求脫碳嚴格。通過工藝控制，該鋼脫碳屬較好水平，脫碳層深度0.20~0.50mm。見照片1、2。
               
照片1  寬面脫碳  100×                                                 照片2  厚面脫碳  100×
⒋顯微組織
該鋼生產采取控溫軋制、控制冷卻工藝，以獲得理想的顯微組織，從而保證硬度，滿足模具使用狀態的硬度要求。結果該鋼的顯微組織控制較好，為細片狀珠光體+極斷續網狀鐵素體。見照片3、4。
             
照片3  顯微組織  100×                                                照片4  顯微組織  500×
⒌硬度
為保證塑料模具具有高的耐磨性和使用壽命，一般硬度要求HB285~330。該非調質型塑料模具鋼通過微合金化及采取控軋、控冷工藝，硬度控制較好，HB300~320中上限范圍。
五、討論分析
所謂非調質鋼是在中碳鋼中添加微量合金元素(V、Ti、Nb、N等)，通過控溫軋制（鍛制）、控溫冷卻，在鐵素體和珠光體中彌散析出碳（氮）化物為強化相，使之在軋制（鍛制）之后不經調質處理，即可獲得調質處理后的性能。
研制的P120M鋼，從化學成分上看，采用V進行微合金化，提高Mn含量，并含有一定量的Si和Cr，屬鐵素體-珠光體型非調質鋼。該鋼V含量0.15~0.20%，在鋼中形成細小的V（CN）化合物彌散分布在鐵素體基體上，起沉淀強化作用，從而提高鋼的強度和硬度。提高Mn含量為1.20~1.50%，可增加鋼中珠光體量，提高鋼的強度和硬度。加入0.20~0.40%的Cr，溶入鐵素體中產生固溶強化，進一步提高鋼的強度和硬度。含0.30~0.60%的Si，可增加鋼中鐵素體的體積分數，使晶粒變細，在保證強度和硬度的前提下，有利于改善鋼的韌性。
對于非調質鋼，只有通過合金化與控軋、控冷相結合，才能充分發揮合金元素的作用，獲得理想的顯微組織，從而達到最侍的性能效果。研制的P120M鋼，通過V微合金化及適當的Mn、Si、Cr含量，并采用控軋、控冷工藝，結果獲得了理想的顯微組織，為細片狀珠體+極斷續網狀鐵素體，且珠光體量較多，因而保證了該鋼具有很高的硬度，達HB300~320，完全可滿足模具使用狀態的硬度要求。
六、結論
研制的非調質型塑料模具鋼P120M，通過V微合金化及調整Mn、Si、Cr含量，冶煉采用鋼包精煉和真空脫氣處理，加工采取控軋、控冷工藝，該鋼純潔度高，低倍組織致密，顯微組織為細片狀珠光體+極斷續網狀鐵素體，特別是硬度HB300~320，完全可滿足塑料模具使用狀態的要求，是一種新型的、具有廣闊市場前景的塑料模具鋼。