消除厚度≥100mmXF2311模具鋼心部殘余奧氏體工藝改進

王琨銘，劉小林，熊文名，董富筠，廖桑桑，王 鵬

（新余鋼鐵集團有限公司，江西 新余 338001）

近年來，終端客戶陸續(xù)向新鋼公司提出了多起關于厚度≥100mmXF2311模具鋼分段切鋸時，因鋼板心部組織不均勻，導致鋸條斷裂要求退貨的質(zhì)量異議。通過分析問題鋼板心部組織，發(fā)現(xiàn)其心部存在一定的殘余奧氏體。鋼板心部殘余奧氏體在鋼板切鋸時，其熱膨脹系數(shù)與鋼板基體組織相差較大，從而導致刀片變形，是鋸條斷裂的主要原因。為了減少質(zhì)量異議，消除鋼板心部殘余奧氏體是唯一可行的辦法。

1 生產(chǎn)工藝流程和主要技術參數(shù)

（1）生產(chǎn)工藝流程。為了提高探傷合格率，減少鋼板心部疏松，改善內(nèi)部質(zhì)量，對于厚度≥100mmXF2311模具鋼，選取新鋼公司自主研發(fā)的415mm斷面連鑄坯進行生產(chǎn)，其具體生產(chǎn)工藝如下：鐵水～轉(zhuǎn)爐～LF精煉～真空～連鑄～熱裝熱送～加熱～軋制～堆冷～探傷～切割～定尺～硬度檢測～入庫～發(fā)貨。

（2）化學成分和性能要求。XF2311的化學成分及性能要求見表1和表2。

表1 XF2311模具鋼成分%

表2 XF2311性能要求HRC

（3）工藝控制參數(shù)。為確保鋼板心部質(zhì)量，避免鋼板軋制后出現(xiàn)探傷不合格現(xiàn)象，坯料冶煉時，連鑄過程至關重要，澆注前必須停開機檢查鑄機弧度、開口度和清理噴槍。確保鑄機精度達到要求，二冷噴嘴無堵塞。輕壓下使用正常，確保連鑄機各設備狀況良好。使用專用保護渣，連鑄保護澆鑄必須滿足工藝要求。澆鑄時必須保證恒拉速。板坯加熱方面，由于該鋼種含碳量和合金量較高，鋼坯采用熱裝熱送進爐，加熱溫度1200℃～1260℃。軋制時降低坯料咬鋼速度，采用高溫再結晶方式軋制，終軋溫度950℃～1050℃。軋完后鋼板開至冷床，鋼板在冷床上間距1米冷卻，下線溫度控制在280℃～330℃堆冷。堆冷48小時后，按相應熱處理工藝進行回火。回火后，帶溫對鋼板進行切割定尺，避免冷切后鋼板端部出現(xiàn)延遲裂紋。

2 殘余奧氏體產(chǎn)生原因

厚度≥100mmXF2311模具鋼心部殘余奧氏體的產(chǎn)生主要來源于鋼板軋制后的冷卻過程。空冷時鋼板表面組織因熱交換比較快，組織轉(zhuǎn)變較為完全，主要轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w，而鋼板心部溫降較表面慢，不能將組織完全轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w，其組織中依然存在有少量奧氏體，這部分未發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的奧氏體稱為殘余奧氏體[1]。

3 消除殘余奧氏體實驗

（1）實驗方案。為探索消除鋼板心部殘余奧氏體機理，從XF2311模具鋼連鑄坯距上表面3mm軸線上截取尺寸為ф10mm×15mm圓棒試樣8個利用Gleeble-3800熱模擬試驗機在實驗室開展了多道次壓縮試驗。將變形后的試樣沿軸心線鋸開，分析鋸切面的金相組織和洛氏硬度。其實驗鋼成分和實驗方案如下表3和表4。

表3 XF2311實驗模具鋼成分%

（2）實驗結果與分析。①硬度分析。按工藝1～8變形后的各試樣心部洛氏硬度檢測值見表5。

表5 實驗樣心部洛式硬度（HRC)

從表5可以看出，無論是高溫再結晶軋制還是控制軋制，隨著軋后保溫溫度的升高，其心部硬度均下降。不同變形方式下保溫溫度對硬度的變化規(guī)律：采取再結晶方式軋制，在325℃～400℃保溫，硬度下降幅度達5.6HRC；采取控軋方式，在325℃～400℃保溫，硬度下降幅度達6.1HRC。②金相分析。對各工藝試樣的心部組織進行觀察，組織照片分別見圖1和圖2。

圖1 再結晶方式軋制時不同保溫溫度下的組織形態(tài)

表4 實驗方案工藝

圖2 再結晶方式軋制時不同保溫溫度下的組織形態(tài)

從金相分析結果看：①冷卻速度3℃/s試樣組織主要為馬氏體組織，存在少量貝氏體；②控軋方式與再結晶方式相比，組織存在較大的差異：前者馬氏體量更多，馬氏體針細小，而后者馬氏體量相對較少，馬氏體針粗大。③軋后325℃～400℃保溫，出現(xiàn)殘奧組織，但保溫溫度不同，組織中殘奧量也不同。兩種變形方式325℃保溫時，組織中殘奧量最少。主要為試樣心部殘余奧氏體在室溫下處于過冷狀態(tài)，趨向于轉(zhuǎn)化為鐵素體加滲碳體的穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化。但在室溫下，原子擴散能力很低，這種轉(zhuǎn)化很困難，回火則促進組織轉(zhuǎn)化。而回火溫度對殘余奧氏體的分解起決定性作用[2]。從圖1和圖2結果來看，保溫溫度325℃對于殘余奧氏體轉(zhuǎn)化最有利。結合實驗室結果可以得出：若采用階梯式升溫回火工藝，實際生產(chǎn)過程中，爐內(nèi)會發(fā)生溫度串溫現(xiàn)象，部分爐內(nèi)溫度段實際溫度達不到設定溫度，使整個爐內(nèi)溫度場不均，會影響鋼板心部殘余奧氏體分解。同時，在低溫段存爐時間不足，亦會降低鋼板心部殘余奧氏體的分解。

4 結論

（1）325℃回火能有效消除厚度≥100mm模具鋼心部殘余奧氏體。（2）采用第一正常回火工藝回火，再進行320℃，保溫2H分鐘第二次回火工藝，是目前最有效的消除鋼板心部殘余奧氏體的熱處理回火工藝。