提高Φ110 mm規格H13探傷合格率工藝實踐

張正波， 鄧相斌， 馮杰斌， 胡昭鋒， 葉德新

（寶武集團廣東韶關鋼鐵有限公司， 廣東 韶關 512123）

H13是典型的熱軋模具鋼，以其高的淬透性、強韌性和熱疲勞性能在國內外得到廣泛的應用，其高的淬透性和韌性，優良的抗熱裂能力，良好的切削加工性能使模具壽命有大幅度提高，因此H13鋼迅速得到推廣應用。主要用于制作熱擠壓模、鋁合金壓鑄模、熱鍛模、鋁合金、鋅合金和鎂合金等有色金屬產品的制造領域等，是當前世界范圍內使用最廣泛的熱軋模具鋼之一。

1 問題分析

1.1 H13生產工藝流程

高爐鐵水→（KR脫硫）→130 t頂底復吹轉爐→LF爐精煉→RH精煉→五機五流（320 mm×425 mm）方坯連鑄機→鑄坯緩冷→鑄坯檢驗→加熱爐→高壓水除磷→大棒軋機→定尺→圓鋼緩冷→球化退火→矯直→探傷→檢驗入庫。

1.2 問題闡述

投產以來寶武集團廣東韶關鋼鐵有限公司（全文簡稱公司）生產軋制H13均采用大壓下工藝進行軋制，軋制生產的Φ110 mm規格按GB/T 4162《鍛軋鋼棒超聲檢測方法》對鋼材逐支進行超聲波探傷，按B級合格。統計公司生產H13超聲波探傷合格率較低，平均合格率不大于60%。直徑不大于Φ100 mm和Φ120～Φ160 mm規格的合格率較高，基本達到100%。表1、下頁表2為統計2017年一段時期生產不同規格H13的超聲波探傷合格率情況。實績統計結果表明不同爐號鑄坯軋制Φ110mm規格H13圓鋼超聲波探傷合格率均較低；同爐號鑄坯軋制Φ110 mm規格超探合格率低，軋制不大于Φ100 mm規格和不小于Φ120 mm規格圓鋼，探傷合格率均比Φ110 mm規格合格率高，合格率達到100%；表2結果表明同爐號同流號不同鑄坯軋制Φ80 mm和Φ100 mm規格合格率達到100%，但軋制Φ110 mm規格時合格率和探傷圓鋼數分別僅為0、20%。Φ110 mm規格H13超聲波探傷缺陷波形見下頁圖1，為明顯連續條狀缺陷。

表1 生產不同爐號軋制不同規格圓鋼對比Φ110 mm規格超聲波探傷合格率情況

表2 同爐號軋制不同規格圓鋼對比Φ110 mm規格超聲波探傷合格率情況

Φ110 mm規格H13成材率較低，不僅影響公司效益，還經常不能按期足量按合同交付客戶使用。大大影響公司聲譽，不利益公司戰略產品的開發和推廣。

2 原因分析

針對Φ110 mmm規格H13歷史探傷合格率均較低的情況，對Φ110 mm規格H13超聲波探傷不合格的圓鋼進行定位取樣，做低倍、高倍分析。

2.1 橫向低倍分析

對超聲波探傷不合格Φ110 mmH13缺陷材的低倍樣進行熱酸腐蝕，酸腐后在試樣中心發現有明顯的縮孔，見圖2所示。

圖1 Φ110 mm規格H13超聲波探傷缺陷波形

圖2 超探不合格H13縮孔評級1.0

2.2 縱向低倍分析

對另一個缺陷樣加工縱向低倍，經過熱酸腐蝕后，發現試樣沿縱向中心部位有明顯的缺陷，該缺陷還原到圓鋼上為連續的縮孔，見圖3。對圖2沿缺陷部位取一個樣在高倍光鏡下觀察下，確認缺陷為軋制過程中未軋制焊合的縮孔，見圖4。

圖3 酸洗后缺陷形貌

圖4 高倍光鏡下缺陷形貌（×100）

2.3 缺陷分析小結

取樣分析結果表明，試樣缺陷為中心縮孔，縮孔是導致超聲波探傷不合格的根本原因。從生產流程上看，縮孔應為鑄坯帶來，連鑄坯在連鑄過程中存在中心疏松，鑄坯在加熱后的軋制過程中未將縮孔焊合，導致Φ110 mmH13圓鋼探傷不合格。圓鋼產生縮孔缺陷的源頭在于連鑄工序。H13合金含量較高，鋼質較硬，連鑄過程設備輕壓下工藝不到位。常規設計壓下量10 mm壓下量，實際壓下量僅為7～8 mm。H13為工模具鋼，屬于公司產品大綱以外的產品。連鑄輕壓下能力難達到工藝要求。所以煉鋼工序無法完全解決鑄坯中心縮孔缺陷，可通過軋鋼工序的軋制壓縮比來改善。

從探傷結果統計分析，大于Φ110 mm和小于Φ110 mm規格H13合格率均為100%。只有Φ110 mm規格的超聲波探傷合格率較低僅為0～58.47%。用同樣320 mm×425 mm尺寸的鑄坯軋制小于Φ110 mm超聲波探傷合格率高達100%比Φ110 mm規格高，從軋制壓縮比看，是符合冶金行業探傷合格率與壓縮比成正比的規律。但異常的是，同爐號軋制Φ120～Φ130 mm規格的圓鋼合格率達到100%，比Φ110 mm規格的高，不符合冶金行業探傷合格率與壓縮比成正比的規律。據分析研究表明H13鋼坯在紅送不及時和緩冷過軋制程中，心部由于熱應力大縮孔有擴大趨勢，所以此鋼生產必須按照規定的紅轉時間控制組織生產。但由于公司煉鋼工序和軋鋼工序屬于兩個車間，運轉鋼坯需要時間，紅送溫度不能保障。加上軋鋼工序生產節奏和計劃規格的不連續性，連鑄坯無法按紅送熱裝進行軋制生產。目前采用的工藝路徑是鑄坯切割完成后，要求鑄坯必須高溫下坑緩冷，入坑溫度不小于600℃（目標不小于650℃），鑄坯下坑之前緩冷坑必須是熱坑，且緩冷坑底部要墊熱坯，然后加保溫蓋；緩冷時間大于72 h，起坑時表面最高溫度必須小于200℃，出坑后必須避風堆冷至常溫.根據生產計劃轉軋鋼工序軋制圓鋼。

在連鑄機設備能力輕壓下技術壓下不到位的客觀條件下以及緩冷過程中鑄坯心部由于熱應力大縮孔有擴大趨勢的情況。軋制工序的加熱溫度和軋制速度是試驗研究的兩個方面。

3 軋鋼工序實驗設計方案

1）軋制Φ110 mm規格H13時，適當提高均熱段溫度，由常規均熱段溫度1 220～1 240℃調整為1 245～1 260℃范圍內。提均熱段溫度達到保證在軋制咬入前鑄坯內部組織有較好的塑韌性。降低軋制輥速，粗軋開坯機及連軋機按常規速度的70%進行控制，即，粗軋速度按2.5 m/s控制，連軋機按0.77 m/s控制。降速軋制試驗目的在于是讓軋機在軋制過程中讓鑄坯內部的縮孔或中心疏松充分的焊合。

2）加熱爐均熱段溫度按1 245～1 260℃控制。軋機速度按常規工藝控制，即粗軋按速度3.0 m/s，連軋速度1.0 m/s控制。

4 試驗情況

試驗軋制Φ110 mm規格H13，均熱溫度按1 245～1 250℃控制，共投料軋制8支鑄坯，每支坯組1個軋制批號共8個軋制批號。其中4個軋制批號按常規工藝軋制，另4個軋制批號按降速軋制。探傷結果常規工藝速度軋制初探總合格率92.4%，降速軋制合格率100%。具體情況見表3。不合格圓鋼探傷波形顯示為點狀超標，非連續超標。從試驗結果看，均熱段均按不小于1 245℃溫度控制的情況下，軋制按降速軋制比常規速度軋制合格率高[1]。說明提高加熱爐均熱段溫度，結合軋機降速工藝，鑄坯存在的中心疏松或縮孔能在軋制過程中能充分焊合，使鋼材內部致密度提高，改善低倍。試驗結果看低倍樣未見縮孔缺陷。低倍按GB/T129—2014工模具鋼標準評級，評級滿足標準要求，見表2。

5 結論

通過技術攻關，針對公司生產Φ110 mm規格H13，提高均熱段溫度至1 245℃以上，保證鑄坯在軋制咬入前內部組織有較好的塑韌性，在降低軋制輥速的情況下鑄坯內部的縮孔或中心疏松充分的焊合。軋制生產的圓鋼超聲波探傷按B級判定，合格率達到100%。低倍評級滿足標準要求，未見縮孔缺陷。另提高加熱爐均熱段溫度，按常規軋制速度軋制Φ110 mm規格H13，合格率也能達到90%以上。從經濟效益和生產效率綜合考慮，可根據實際排產情況對是否按降速軋制進行選擇。

表3 提高均熱段溫度常規速度軋制與降速軋制圓鋼超探合格率情況

表4 提高均熱段溫度常規速度軋制與降速軋制圓鋼底部質量情況

圖5 Φ110 mm規格H13低倍樣

[1]吳鵬，楊毓永，杜飛虎.提高H13大棒材探傷合格率工藝實踐[J].特鋼技術，2016（4）：45.