奥氏体热作模具钢的研究

本文针对目前常用的马氏体型热作模具钢尚不能满足使用温度超过700℃的要求,提出了把奥氏体钢作为700～850℃之间使用的热作模具钢的设想,并对高锰-钒系奥氏体钢进行了初步的研究与探讨。 研究指出:该钢经最佳工艺固溶与时效后具有高的高温强度与硬度,尤其是在700℃以上显著地高于一般热作模具钢3Cr2W8V,同时也具有较好的韧性与塑性。作铜合金热挤压模具的初步使用表明,模具寿命可比3Cr2W8V钢提高5～6倍,经济效益显著。 研究结果表明:高锰-钒系奥氏体钢是一种在700℃以上高温下使用时很有发展前途的热作模具钢。     

V-N微合金化含钨改型Cr5W冷轧工作辊用钢

开发了加V-N合金的含钨改型Cr5W工具钢(%:0.70～0.90C、≤1.00Si、0.20～0.60Mn、4.50～5.50Cr、1.00～1.50W、≤0.15Mo、≤0.3V;300×10^-6～350×10^-6N)。Cr5W钢960℃淬火后组织为马氏体+碳化物,平均HRC硬度值为63.5,180℃回火后的平均HRC值为63.2,高于Cr5钢(%:0.70～0.90C、≤1.00Si、0.20～0.60Mn、4.50～5.50Cr、0.15～0.70Mo;80×10^-6～120×10^-6N)180℃的回火硬度(HRC值62.3),在相同硬度下,Cr5W钢的相对耐磨性较Cr5钢提高50%。     

新型热作模具钢的试验研究

对新型热作模具钢4Cr2Mo2MnVNbB作了全面性能试验,并与老钢种3Cr2W8V进行对比及应用考核,证明本钢种的综合性能较高,使用寿命长,可以更替3Cr2W8V钢,其应用价值显著,可供有关部门选用。     

新型精铸热锻模具钢与H13钢高温磨损性能的对比研究

新型精铸热锻模具钢的化学成分为（wt％）：0．1～0．5C，2．0～5．0Cr，0．3～3．5Mo，0．2～1．0V。采用250千克中频感应炉不氧化法熔炼工艺，钢温1550℃时插铝出钢，在浇包中加入复合变质剂，对钢液进行孕育变质处理，最后浇注楔形试样。精铸钢经1020℃保温1小时油冷获得马贝复相组织，经440℃或600℃回火。锻钢H13经1020℃油冷分别在600℃或620℃回火。采用MG-2000型销盘式高温摩擦磨损试验机进行高温磨损实验。采用AMRA-1000B型扫描电镜和D／Max-2500／pc型X射线衍射仪对磨损形貌和结构进行观察和分析，并用能谱分析仪进行微区成分的分析；采用HRC150型洛氏硬度计测试硬度值。     

新型挤压轮钢4Cr3.75MoSiV的析出相对热疲劳性能的影响

开发的新型挤压轮用钢4Cr3.75MoSiV(/%:0.39C、0.95Si、0.35Mn、3.75Cr、1.25Mo、0.99V、0.009 5N)和常用挤压轮钢4Cr5MoSiV(/%:0.42C、1.20Si、0.38Mn、5.04Cr、1.14Mo、0.85V、0.035 0N)由10 kg真空感应炉熔炼,并锻成Φ18 mm试验用棒材,然后经880℃1 h+720℃1 h球化退火,1 080℃15 min油淬,550℃2 h+530℃2 h两次回火处理。研究了两种钢主要析出碳化物形貌、尺寸,析出比例和分布以及对500次600℃-室温连续热疲劳性能的影响。结果表明,含5.04%Cr的4Cr5MoSiV常用钢的析出物中V₄C₃+VC占12%,并有26%Cr₂₃C₆析出,而开发的4Cr3.75MoSiV新型钢中有利于提高热疲劳性能的析出物V₄C₃+VC占31%,未发现Cr₃₃C₆析出物;4Cr5MoSiV钢热疲劳损伤因子3.18×10^-3,连续热疲劳试验表面裂纹比热疲劳损伤因子为1.77×10^-3的新型4Cr3.75MoSiV钢表面裂纹粗大。      

钛锶复合添加对汽车零部件压铸用模具钢性能的影响

对汽车零部件压铸用3Cr2W8V模具钢进行了钛锶复合添加改性,并对高温磨损试验和热疲劳试验结果进行了分析。结果表明:钛锶复合添加对3Cr2W8V模具钢的耐磨损性能和热疲劳性能产生了重要影响。与未添加钛锶的3Cr2W8V模具钢相比,添加了0.3%Ti和0.3%Sr的3Cr2W8V-0.3Ti-0.3Sr模具钢磨损体积、主裂纹平均宽度和主裂纹平均深度分别减小了35.7%、44.8%、57.1%,耐磨损性能和热疲劳性能得到明显提高。     

高速钢磨屑直接还原铁冶炼新型模具钢W4Mo3Cr4VRE

在250kg感应炉,利用高速钢磨屑直接还原铁(海绵铁%:0.44C-4.62W-3.27Mo-2.2Cr-0.98V),配加一定含量高速钢车屑废钢(%:0.87C-3.50W-1.30Mo-1.50Cr-0.60V),冶炼成一种新型模具钢W4Mo3Cr4VRE(%:0.78～0.88C、3.50～4.50W、2.50～3.50Mo、3.80～4.40Cr、1.10～1.60V、0.15～0.25RE)再经电渣重熔。检验结果表明,电渣重熔后,该钢1180℃淬火+250℃2次回火,HRC硬度值≥60,冲击韧性≥49J/cm²;当1150℃或1180℃淬火+560℃2次回火时,其HRC硬度值达66。该实验结果证实了采用精选、还原烧结、电炉配料的冶炼工艺对磨屑的回收利用是可行的,生产的新型钢能满足耐火制品模具使用性能的要求。     

H13热作模具钢的应用

H13(4Cr5MoSiV1)热作模具钢是首钢特殊钢公司根据美国标准钢号H13开发的一种使用温度在600℃以下的中碳中铬热作模具钢。H13既具有3Cr2W8V钢的高温性能,又具有5CrMnMo钢高韧性的特点,也具有一般热作模具钢要求的较高的热硬性、热强性、抗回火稳定性、耐磨性、抗冷热疲劳性等。现已在锤锻模、挤压模、压铸模、模锻模等     

4Cr5Mo2V热作模具钢组织和性能研究

研究了不同热处理工艺对新型热作模具钢4Cr5Mo2V钢的组织和性能的影响,并与H13钢作了对比。结果表明：经1030℃淬火,4Cr5M02V钢硬度可达到57．7HRC,晶粒度达到9级;经1030℃淬火,600℃回火两次后该钢保持与H13钢硬度相同的情况下具有更好的冲击韧性。     

合金碳化物对剪板机刃具钢HM的组织和性能的影响

试验研究了HM钢(%:0.48C、5.1Cr、2.0Mo、1.0V、2.0W)和H13钢(%:0.38C、5.1Cr、1.4Mo、1.0V)的组织、冲击韧性和耐磨性。结果表明,HM钢中W、Mo元素含量较H13钢高,存在更多未溶碳化物阻碍奥氏体晶粒长大,细化晶粒,使平均冲击值比H13钢提高35.5%;HM钢高温回火时,马氏体基体弥散析出更多的碳化物,二次硬化效果显著,平均耐磨性比H13钢提高34.8%。     

钼钨钒合金化热作模具钢高温回火组织演变

为适应热冲压技术的发展需求,开发了一种新型高热导率高耐磨性能热冲压用模具钢材料。采用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）等检测手段对钼钨钒合金化新型模具钢的高温回火性能与组织特征进行了研究。阐明了新型热冲压模具钢回火过程碳化物析出与演变规律。实验结果表明:实验用钼钨钒合金化模具钢材料具有良好的回火二次硬化性能,在500～600 ℃温度区间回火时,回火组织硬度上升;在600 ℃回火出现二次硬化峰值;当回火温度超过600 ℃后,组织软化程度明显,回火硬度开始下降。实验模具钢在高温回火过程中的硬度变化与其合金碳化物的偏聚、析出和聚集长大密切相关。当在560 ℃以下回火时,实验钢组织中未有合金碳化物析出;当回火温度大于560 ℃时,回火组织中开始析出M₂C型碳化物;当回火温度高于600 ℃后开始析出MC型碳化物;当在620 ℃长时间回火后M₂C型碳化物转化为M₆C型碳化物,此时实验钢硬度开始明显下降;而当回火温度高于660 ℃时,新型实验钢组织中主要为M₆C和MC型合金碳化物。      

稀土对V微合金重轨钢高温塑性的影响

U76CrRE钢(/%:0.71～0.80C、0.50～0.80Si、0.80～1.10Mn、0.04～0.10V、0.25～0.35Cr、0.02RE)和U75V钢(/%:0.70～0.78C、0.50～0.70Si、0.75～1.05Mn、0.04～0.08V)的冶炼工艺流程为铁水预处理-150 t复吹转炉-LF-VD 280 mm×380 mm连铸,LF精炼后通过喂稀土包芯线加入稀土。对钢的铸坯进行热塑性试验结果表明,加入稀土主要在第Ⅲ脆性区提高V微合金重轨钢的高温塑性,950～1225℃U76CrRE钢和U75V钢的平均断面收缩率Z值分别为83.34%和65.17%,1250℃U76CrRE钢和U75V钢的Z值分别为58%和12%。为防止铸坯出现裂纹,铸坯的矫直温度应≥900℃。     

基于原位观察的H13钢中液析碳化物高温行为研究

使用原位观察方法研究了不同凝固条件H13钢铸锭样品中液析碳化物的高温行为.实验发现连铸锭及电渣锭两种样品在所研究的枝晶间存在明显的合金元素偏析,其中Cr、Mo、V、C的偏析较为明显,液析碳化物存在于凝固枝晶间偏析最严重的区域,成分为V、Mo、Cr、Ti的液析碳化物.连铸锭及电渣锭两种样品分别在1200℃及1250℃围绕液析碳化物周围出现局部液相,理论计算的局部液相出现温度与实验观察到的接近;随着温度的升高,局部液相范围扩大,与电渣锭相比,加热至相同温度时,连铸锭液析碳化物周围的局部液相范围更大.液析碳化物周围局部液相的出现加快了枝晶间合金元素的扩散,对液析碳化物的高温行为具有重要影响.      

H13热作模具钢的表面热处理

H13(4Cr5MoSiV1)钢成分 (% )为 0 32～ 0 4 5C ,0 80～ 1 2Si,0 2 0～ 0 5 0Mn ,4 75～ 5 5 0Cr,1 10～1 75Mo ,0 80～ 1 2 0V是目前广泛用于热挤压模和压铸模的热作模具钢 ,工作温度达 6 0 0℃。介绍了离子渗氮、N C共渗、N C V共渗、O S N共渗、S N C共渗、多元共渗等提高H13钢抗热疲劳、耐热磨损和耐蚀性能的表面低温化学热处理工艺 ,以及激光表面处理、高能束表面合金化、离子注入表面改性处理等高能束流表面处理及其最新进展。     

00Cr25Ni7Mo4N超级双相不锈钢热加工性能的研究

通过Gleeble热模拟机对真空感应炉熔炼的00Cr25Ni7Mo4N锻材进行高温拉伸和单道次及连续4道次压缩试验。结果表明,在900～1 250℃的范围内随温度提高和在950～1 100℃时随道次递增,00Cr25Ni7Mo4N钢的最大变形抗力逐渐下降;在1 050～1 250℃时,00Cr25Ni7Mo4N钢的变形抗力较低,断面收缩率高于60%,具有较好的热塑性;当应变速率为10/s且温度高于1 000℃,及应变速率为50/s且温度高于1 100℃时,钢的热加工性较好。     

回火温度对轧后直接水淬15CrMoV钢组织和力学性能的影响

试验用钢15CrMoV(%:0.15C、0.29Si、0.57Mn、1.01 Cr、0.37Mo、0.24V)16 mm板材的终轧温度为900～950℃,轧后在880～900℃水淬,并经670～800℃回火。结果表明,试验钢在线淬火后的组织为马氏体+贝氏体,随回火温度升高,钢中碳化物析出量增加,贝氏体板条束逐渐合并和减少,最终转化为碳化物+多边形铁素体组织;在730～780℃回火,15CrMoV钢具有良好的综合力学性能,抗拉强度680～760 MPa,冲击功55～130 J。     

铸轧辊套用Φ700mm 32Cr3Mo1V钢连铸圆坯生产实践

32Cr3Mo1V钢（/%:0.33～0.36C,0.20～0.50Mn,0.20～0.40Si,3.00～3.20Cr,0.30～0.45Ni,1.00～1.20Mo,0.19～0.22V,≤0.008P,≤0.005S,≤0.10Cu,≤0.01 Al）连铸圆坯生产工艺为110 t电弧炉-LF-VD-Φ700mm坯连铸。控制电弧炉出钢终点[C]≥0.08%、[P]≤0.004%,LF精炼终点渣（/%:50～60CaO,10～15Si0₂,15～25Al₂0₃,≤6MgO,ΣFeO+MnO≤0.8%,VD后[H]≤1.3×10^-6连铸全程保护浇铸,采用拉速0.2 m/min,过热度稳定控制在18～30℃使用结晶器、铸流、末端电磁搅拌等工艺措施成功生产Φ700mm 32Cr3Mo1V钢连铸圆坯。结果表明,连铸圆坯表面质量良好,中心疏松1.0级、缩孔≤1.5级、中心裂纹≤1.5级,中心缺陷大小低于100mm满足协议标准要求。     

重载齿轮钢的高温性能

 通过Gleeble 1500D热模拟试验机高温拉伸试验,对比研究了17Cr2Ni2MoVNb和17Cr2Ni2Mo钢的高温性能。结果表明：因微合金元素V（0.1%,质量分数,下同）、Nb（0.036%）产生细晶强化及固溶强化,17Cr2Ni2MoVNb 钢的抗拉强度比17Cr2Ni2Mo钢稍高。在低N（0.0057%）含量的17Cr2Ni2MoVNb钢中,V和Nb对热塑性的危害很小。而高N（0.0130%）含量的17Cr2Ni2Mo钢在600～900 ℃及1050～1200 ℃温度区间塑性低于17Cr2Ni2MoVNb钢。N含量及相变温度不同导致第二期AlN析出量不同及铁素体先后析出,是造成两试验钢塑性差别的主要原因。     

降低工模具钢电渣重熔钢锭顶部缩孔缺陷的工艺实践

通过控制结晶器进水温度40℃,出水68℃;计算机自动补缩模型控制;自动补缩结束时,90 s内完成自耗电极至石墨电极切换,53 V,3 000 A通电熔炼3~5 min,冉切换成自耗电极,50 V,4 000 A,通电6 min等工艺措施,使电渣重熔钢锭顶部缩孔缺陷深度由100 mm降低至30 mm。生产实践表明,补缩工艺操作简单易行,优化工艺生产的工具钢9Cr2Mo,Φ280 mm×1 000 mm,480 kg电渣钢锭210支;热作模具钢H13,420 mm×1 400 mm,1 500 kg电渣钢锭60支,没有再出现因钢锭顶部缺陷而造成锻造坯料报废,钢锭成材率显著提高。