熱加工工藝對Cr12MoV鋼的共晶碳化物影響

■ 孫秀華，康愛軍，曹 瑩，曹麗紅，馮淑玲

Cr12MoV冷作模具鋼C含量1.5%，Cr含量達到12%，屬萊氏體鋼，組織中含有大量的共晶碳化物呈不均勻分布，若不均勻性嚴(yán)重，將造成模具在鍛造或熱處理時開裂、過熱及變形，并使模具在使用過程中易出現(xiàn)崩裂等缺陷，生產(chǎn)時必須加以工藝控制使其細(xì)小、均勻分布。為研究熱加工工藝對共晶碳化物的影響，本文從加熱溫度、鍛造方式及鍛造變形比三個方面對共晶碳化物的不均勻性進行對比分析，確定影響共晶碳化物的主要因素，以便更好地指導(dǎo)生產(chǎn)。

表1 試驗用料的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 試驗工藝

1.試驗用料及方法

試驗用料采用EAF+LF+VD冶煉，模鑄1.2t八角錠（頭部 440mm/尾 部 360mm/高度1200mm）和6.3t矩形錠（頭部891mm×655mm/尾部800mm×510mm/高度1580mm），快鍛機鍛制120～240mm×310～610mm扁鋼。試驗用料化學(xué)成分如表1所示。

試驗工藝如表2所示。試驗后，在相當(dāng)于鋼錠頭部的扁鋼橫截面對角線1/4處切取縱向試樣，經(jīng)研磨拋光后制成金相試樣，用4%硝酸酒精溶液腐蝕，根據(jù)GB/T14979標(biāo)準(zhǔn)中第四評級圖對共晶碳化物的不均勻性進行分析及評定。

2.試驗結(jié)果及分析討論

Cr12MoV鋼鑄造態(tài)的共晶碳化物形貌如圖1a、圖1b所示，鋼錠結(jié)晶時沿晶界呈魚骨狀析出，掃描電鏡面掃描和能譜分析結(jié)果如圖2所示，主要以Cr為主，其次是Fe，并含有少量的Mo和V，熱加工后將沿變形方向不均勻分布，根據(jù)熱加工工藝不同呈帶狀和網(wǎng)系分布，如圖1c、圖1d所示，因此，熱加工工藝對共晶碳化物是否均勻分布起決定作用，針對加熱溫度、鍛造方式及鍛造變形比對共晶碳化物的影響進行了試驗。

（1）加熱溫度對共晶碳化物的影響 采用6.3t錠第1組和第2組工藝進行對比試驗，鍛造扁鋼規(guī)格1為160mm×610mm，規(guī)格2為200mm×610mm，共晶碳化物如圖3所示，按第1組工藝經(jīng)過1200℃×15h加熱后，共晶碳化物似鑄造態(tài)形貌呈魚骨狀，而按第2組工藝沒有經(jīng)過1200℃×15h加熱，鑄造態(tài)魚骨狀的共晶碳化物被破碎呈網(wǎng)狀分布?？梢?，加熱溫度過高達到1200℃且長時間保溫，共晶碳化物溶解，熱加工時隨著溫度的降低又呈魚骨狀析出，若采用1150℃加熱，鑄造態(tài)的共晶碳化物通過鍛造被破碎，所以，熱加工時加熱溫度不易過高，溫度過高反而會加重共晶碳化物的析出，其加熱的目的是獲得良好的塑性保證鍛造加工即可。

圖1 Cr12MoV鋼鑄造態(tài)和熱加工后的共晶碳化物

圖2 Cr12MoV鋼的共晶碳化物掃描電鏡面掃描和能譜分析結(jié)果

圖3 不同加熱工藝的共晶碳化物

圖4 不同鍛造工藝的共晶碳化物

（2）鍛造方式對共晶碳化物的影響 魚骨狀的共晶碳化物通過鍛造可以破碎，合理的鍛造工藝可以使其充分破碎而得到改善。為此，采用1.2t錠第2、3、4、5組工藝對鍛造方式進行對比試驗，鍛造扁鋼規(guī)格為120mm×310mm，共晶碳化物如圖4所示。

文獻指出鐓粗對共晶碳化物的改善效果不如拔長顯著。由圖4a、圖4b可見，采用直接拔長的共晶碳化物沿變形方向伸長且破碎呈條帶狀分布；由圖4c、圖4d可見，采用一次鐓拔的共晶碳化物沿變形方向呈封閉拉長網(wǎng)狀，且堆積嚴(yán)重處仍呈魚骨狀。由于鋼料鐓粗后橫截面積變大而長度變短，在隨后沿長度方向拔長時變形較小，共晶碳化物不易破碎，故采用直接拔長對共晶碳化物破碎要好于一次鐓拔。理論上講，只有經(jīng)過多次鐓拔的共晶碳化物才能得到改善，對于不同鋼錠及鍛造尺寸，需要的鐓拔次數(shù)也不同，而實際生產(chǎn)中，多次鐓拔弊端較多，氧化、脫碳嚴(yán)重且效率低等，所以，兼顧考慮采用直接拔長為宜。

另外，由圖4還可見，單道次壓下量100～80mm的共晶碳化物沿變形方向比50～30mm的明顯伸長，且顆粒較小，這是由于增大壓下量，內(nèi)部易鍛透，可使內(nèi)部粗大的共晶碳化物得到破碎，所以，鍛造時盡可能采用大壓下量，有利于共晶碳化物的破碎。

（3）鍛造變形比對共晶碳化物的影響 一般來說，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。采用第5組工藝進行不同鍛造變形比對共晶碳化物的影響試驗，試驗結(jié)果如表2、共晶碳化物如圖5所示，相同鋼錠，隨著鍛造變形比的增大，共晶碳化物級別降低且顆粒小，相同鍛造變形比，小鋼錠的共晶碳化物級別低且顆粒小。

由表3、圖5可見，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易被破碎，級別越低；另一方面，共晶碳化物還與鋼錠大小有關(guān)，小鋼錠的級別低，大鋼錠的級別高。這是因為共晶碳化物是鋼錠凝固時形成的萊氏體組織，小鋼錠細(xì)小，大鋼錠粗大，大鋼錠雖增大了鍛造變形比，但原始鑄造態(tài)的共晶碳化物粗大，不易被破碎。因此，實際生產(chǎn)中，必須兼顧鋼錠大小和鍛造變形比，才能使共晶碳化物得到有效改善，避免大鋼錠、大鍛造變形比卻獲得相對較差的共晶碳化物。

圖5 不同鍛造變形比的共晶碳化物

表3 不同鍛造變形比對共晶碳化物的影響試驗結(jié)果

3. 結(jié)語

（1）Cr12MoV鋼的加熱溫度過高達到1200℃且長時間保溫，共晶碳化物溶解，熱加工時隨著溫度的降低又呈魚骨狀析出而加重，不宜采用高溫長時間加熱的方法使共晶碳化物改善。

（2）Cr12MoV鋼的共晶碳化物通過破碎的方法可以得到改善，隨著鍛造壓下量的增大和變形比的增加，共晶碳化物的被破碎效果愈好。

（3）實際生產(chǎn)中，Cr12MoV鋼的共晶碳化物改善一次鐓拔不如直接拔長效果好，多次鐓拔可有所改善，但氧化、脫碳嚴(yán)重且效率低，宜采用直接拔長的鍛造方法，并兼顧鋼錠大小、壓下量和變形比可獲得理想的共晶碳化物。