改善Cr12MoV模具鋼共晶碳化物均勻性的工藝研究

孫秀華，康愛(ài)軍，王 琳，胡 杰，牟 風(fēng)，趙長(zhǎng)順

撫順特殊鋼股份有限公司（遼寧撫順 113001）

1 引言

Cr12MoV模具鋼是典型的冷作模具鋼，占模具鋼總量的17%，占合金模具鋼總量的34%，具有良好的淬透性、淬回火硬度、耐磨性、強(qiáng)度等，用于制造截面較大、形狀復(fù)雜、工作條件繁重的各種冷沖模具和工具，為了適應(yīng)其工作條件，必須有效控制鋼的純凈度和共晶碳化物的數(shù)量、大小、形狀及其分布等[1]。

隨著模具形狀的大型化和復(fù)雜化發(fā)展，以及工作條件的日趨繁重，對(duì)Cr12MoV鋼的共晶碳化物要求越來(lái)越嚴(yán)，要求其細(xì)小和均勻分布，以滿(mǎn)足模具的發(fā)展要求。撫鋼為進(jìn)一步改善Cr12MoV 鋼共晶碳化物的細(xì)小和均勻分布，針對(duì)熱加工工藝對(duì)共晶碳化物的數(shù)量、大小、形狀及其分布進(jìn)行了研究，提出了改進(jìn)工藝，并在實(shí)踐中得到了很好的應(yīng)用。

2 試驗(yàn)材料及方法

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用Cr12MoV鋼為撫鋼生產(chǎn)的鍛制扁鋼，其生產(chǎn)流程為：EAF+LF+VD冶煉?模鑄1.2t和6.3t鋼錠?快鍛機(jī)鍛制120×310mm和120～240×610mm扁鋼，化學(xué)成分如表1所示。

2.2 試驗(yàn)方法

Cr12MoV屬萊氏體鋼，鋼液冷凝過(guò)程中發(fā)生共晶反應(yīng)形成萊氏體，共晶碳化物呈魚(yú)骨形并沿晶界呈網(wǎng)狀析出，如圖1a 所示，熱加工后沿變形方向不均勻分布，根據(jù)熱加工工藝不同呈帶系和網(wǎng)系分布，如圖1b、1c所示，因此熱加工工藝對(duì)共晶碳化物是否均勻分布起關(guān)鍵作用。

針對(duì)不同的加熱工藝、鍛造方式、變形比對(duì)共晶碳化物的影響進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)后，在扁鋼橫截面對(duì)角線(xiàn)的四分之一處切取縱向試樣，經(jīng)研磨、拋光后制成金相試樣，用4%硝酸酒精溶液深腐蝕，根據(jù)GB/T 14979標(biāo)準(zhǔn)中第四評(píng)級(jí)圖對(duì)共晶碳化物的不均勻性進(jìn)行分析及評(píng)定。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 加熱工藝對(duì)共晶碳化物的影響

采用6.3t鋼錠，試驗(yàn)了兩種加熱工藝，第1種工藝為：1,200℃×15h+1,150℃×5h；第2種工藝為：1,150℃×5h，鍛制160×610mm 和200×610mm 扁鋼。共晶碳化物如圖2 所示，圖2a、圖2b 的共晶碳化物鑄造態(tài)形貌呈魚(yú)骨狀，圖2c、圖2d鑄造態(tài)呈魚(yú)骨狀的共晶碳化物被破碎呈網(wǎng)狀分布。

由圖2 可見(jiàn)，第1 種加熱工藝的加熱溫度過(guò)高達(dá)到1,200℃且長(zhǎng)時(shí)間保溫，鑄造態(tài)的共晶碳化物熔解，熱加工時(shí)隨著溫度的降低又呈魚(yú)骨狀析出；第2種加熱工藝采用1,150℃加熱，鑄造態(tài)的共晶碳化物通過(guò)鍛造被破碎。所以，熱加工時(shí)加熱溫度不易過(guò)高，溫度過(guò)高反而會(huì)析出魚(yú)骨狀的共晶碳化物而加重，其加熱的目的以獲得良好的塑性保證鍛造加工即可。

3.2 鍛造方式對(duì)共晶碳化物的影響

鑄造態(tài)呈魚(yú)骨狀的共晶碳化物可通過(guò)合理的鍛造工藝使其充分破碎而得到改善[2]。采用1.2t 鋼錠，試驗(yàn)了4 組不同鍛造方式，如表2 所示，鍛制120×310mm扁鋼，共晶碳化物如圖3所示。

圖2 不同加熱工藝鍛制扁鋼的共晶碳化物

圖3 不同鍛造方式鍛制扁鋼的共晶碳化物

表2 試驗(yàn)用鍛造方式

由圖3 可見(jiàn)，鋼錠直接鍛造拔長(zhǎng)的共晶碳化物沿變形方向伸長(zhǎng)且破碎呈條帶狀分布，如圖3a、圖3b所示，一次鐓粗后再鍛造拔長(zhǎng)的共晶碳化物沿變形方向呈封閉拉長(zhǎng)網(wǎng)狀，且堆積嚴(yán)重處仍呈魚(yú)骨狀，如圖3c、圖3d所示，這是由于鋼錠鐓粗后橫截面積變大而長(zhǎng)度變短，在隨后沿長(zhǎng)度方向拔長(zhǎng)時(shí)變形較小，共晶碳化物不易破碎，所以，鋼錠采用直接鍛造拔長(zhǎng)對(duì)共晶碳化物的破碎效果要好于一次鐓粗后再鍛造拔長(zhǎng)。由圖3 還可見(jiàn)，采用單道次壓下量80～100mm 鍛造的扁鋼的共晶碳化物沿變形方向比30～50mm的明顯伸長(zhǎng)，且顆粒較小，級(jí)別可降低0.5級(jí)，這是由于增大壓下量鍛造，鋼錠內(nèi)部易鍛透，使內(nèi)部粗大的共晶碳化物得到破碎，所以，鍛造時(shí)采用大壓下量，有利于共晶碳化物的破碎。

3.3 鍛造變形比對(duì)共晶碳化物的影響

一般來(lái)說(shuō)，鍛造方式反映的是共晶碳化物的微觀變化，而鍛造變形比反映的是共晶碳化物的宏觀變化[3]。采用鋼錠直接鍛造拔長(zhǎng)方式進(jìn)行不同鍛造變形比對(duì)共晶碳化物的影響試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3、鍛制扁鋼的共晶碳化物如圖4所示，可以看出，一方面，共晶碳化物與鍛造變形比有關(guān)，鍛造變形比越大則共晶碳化物就越容易被破碎，級(jí)別越低；另一方面，共晶碳化物還與鋼錠大小有關(guān)，小鋼錠的級(jí)別低，大鋼錠的級(jí)別高。這是由于共晶碳化物是鋼錠凝固時(shí)形成的，小鋼錠的細(xì)小，大鋼錠的粗大，大鋼錠雖然增大了鍛造變形比，但原始鑄造態(tài)的共晶碳化物粗大，鍛造時(shí)不易被破碎。

表3 不同鍛造變形比試驗(yàn)結(jié)果

圖4 不同鍛造變形比鍛制扁鋼的共晶碳化物

4 改進(jìn)工藝及效果

撫鋼為進(jìn)一步改善Cr12MoV 鋼的共晶碳化物細(xì)小和均勻分布，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)鍛造工藝進(jìn)行了改進(jìn)。

（1）鋼錠采用1,120℃～1,150℃加熱，其目的以獲得良好的熱塑性保證鍛造加工即可。

（2）兼顧鋼錠大小和鍛造變形比，避免大鋼錠、大鍛造變形比卻獲得相對(duì)較差的共晶碳化物，控制鍛造變形比大于4的前提下盡量選用小鋼錠，以使共晶碳化物得到有效改善。

（3）文獻(xiàn)[4]指出鐓粗對(duì)共晶碳化物的改善效果不如拔長(zhǎng)顯著，且通過(guò)試驗(yàn)也證明鋼錠直接鍛造拔長(zhǎng)對(duì)共晶碳化物的破碎效果好于一次鐓粗后再鍛造拔長(zhǎng)，理論上講，只有經(jīng)過(guò)多次鐓拔的共晶碳化物才能得到改善，且對(duì)于不同鋼錠及鍛造尺寸，需要的鐓拔次數(shù)也不同[5]，而實(shí)際生產(chǎn)中，多次鐓拔的弊端較多，氧化、脫碳嚴(yán)重且效率低等，所以，兼顧考慮采用鋼錠直接拔長(zhǎng)的鍛造方式。

（4）鋼種特性，熱加工性能差，且可鍛造溫度區(qū)間窄，隨著鍛造溫度的降低，變形阻力增大，塑性降低，變形量大易產(chǎn)生裂紋，而根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，鍛造時(shí)采用大壓下量，有利于共晶碳化物破碎。所以，為破碎共晶碳化物，采用多火次鍛造，鍛造開(kāi)始采用大壓下量，隨著溫度的降低，壓下量逐漸減小，防止開(kāi)裂。

通過(guò)采取上述工藝措施，共晶碳化物的均勻性有了明顯改善，顆粒減小且均勻分布，級(jí)別比以前可降低1級(jí)。

5 結(jié)論

（1）加熱溫度過(guò)高達(dá)到1,200℃且長(zhǎng)時(shí)間保溫，共晶碳化物熔解，熱加工時(shí)隨著溫度的降低又呈魚(yú)骨狀析出而加重。

（2）共晶碳化物可以通過(guò)破碎的方法得到改善，且隨著壓下量的增大和變形比的增加，共晶碳化物的破碎效果越好。

（3）采取1,120℃～1,150℃加熱，控制變形比大于4 的前提下選用小鋼錠，以及大壓下量直接鍛造拔長(zhǎng)工藝優(yōu)化后，共晶碳化物的均勻性得到明顯改善，級(jí)別比以前可降低1級(jí)。