改善Cr12MoV模具鋼共晶碳化物均勻性的工藝研究

孫秀華，康愛軍，王 琳，胡 杰，牟 風(fēng)，趙長順

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Cr12MoV鋼的共晶碳化物要求越來越嚴(yán)，要求其細(xì)小和均勻分布，以滿足模具的發(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，針對熱加工工藝對共晶碳化物的數(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，鋼液冷凝過程中發(fā)生共晶反應(yīng)形成萊氏體，共晶碳化物呈魚骨形并沿晶界呈網(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，因此熱加工工藝對共晶碳化物是否均勻分布起關(guān)鍵作用。

針對不同的加熱工藝、鍛造方式、變形比對共晶碳化物的影響進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)后，在扁鋼橫截面對角線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)形貌呈魚骨狀，圖2c、圖2d鑄造態(tài)呈魚骨狀的共晶碳化物被破碎呈網(wǎng)狀分布。

由圖2 可見，第1 種加熱工藝的加熱溫度過高達(dá)到1,200℃且長時(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)的共晶碳化物通過鍛造被破碎。所以，熱加工時(shí)加熱溫度不易過高，溫度過高反而會(huì)析出魚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 鍛造方式對共晶碳化物的影響

鑄造態(tài)呈魚骨狀的共晶碳化物可通過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，鋼錠直接鍛造拔長的共晶碳化物沿變形方向伸長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，如圖3c、圖3d所示，這是由于鋼錠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(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對共晶碳化物的破碎效果要好于一次鐓粗后再鍛造拔長。由圖3 還可見，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，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[3]。采用鋼錠直接鍛造拔長方式進(jìn)行不同鍛造變形比對共晶碳化物的影響試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表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]指出鐓粗對共晶碳化物的改善效果不如拔長顯著，且通過試驗(yàn)也證明鋼錠直接鍛造拔長對共晶碳化物的破碎效果好于一次鐓粗后再鍛造拔長，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，且對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，鍛造開始采用大壓下量，隨著溫度的降低，壓下量逐漸減小，防止開裂。

通過采取上述工藝措施，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）加熱溫度過高達(dá)到1,200℃且長時(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骨狀析出而加重。

（2）共晶碳化物可以通過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)。