徐詠梅 徐海霞 劉洪波 孫雪翠

(東特集團(tuán)北滿特鋼技術(shù)中心，黑龍江161041)

1.2714鍛制扁鋼的試制研究

徐詠梅 徐海霞 劉洪波 孫雪翠

(東特集團(tuán)北滿特鋼技術(shù)中心，黑龍江161041)

在1.2714鋼生產(chǎn)試制過(guò)程中，通過(guò)對(duì)鋼水純凈度、鍛造溫度、鍛后調(diào)質(zhì)等嚴(yán)格控制，并對(duì)鍛制扁鋼分別進(jìn)行橫向、縱向取樣，以及力學(xué)性能、非金屬夾雜物、組織、晶粒度等檢驗(yàn)分析，得出該鋼種的基本數(shù)據(jù)，為今后此鋼種及類似鋼種的生產(chǎn)積累了經(jīng)驗(yàn)。

1.2714鍛制扁鋼;鍛造;研究

1.2714 模具鋼，相當(dāng)于國(guó)內(nèi)牌號(hào)55CrNi2MoV，是在1.2344鋼的基礎(chǔ)上改良而成。其既保留了1.2344鋼高塑韌性和耐磨性的優(yōu)點(diǎn)，又得到了更好的耐熱裂紋性。該鋼淬火后空冷即可得到馬氏體組織，適用于大型、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、特長(zhǎng)壽命要求的壓鑄模、高性能壓鑄模和擠壓模等。我公司今年首次生產(chǎn)粗加工調(diào)質(zhì)無(wú)損檢測(cè)交貨狀態(tài)的鍛制扁鋼，其超聲檢測(cè)及硬度均勻性要求尤為嚴(yán)格。

1 主要技術(shù)要求

1.1 牌號(hào)及化學(xué)成分

鋼的牌號(hào)及化學(xué)成分(熔煉分析)應(yīng)符合表1規(guī)定。

1.2 低倍組織

鍛件應(yīng)檢驗(yàn)酸浸低倍組織。橫截面上不得有目視可見(jiàn)的縮孔、夾雜、分層、裂紋、氣泡和白點(diǎn)。按GB/T1299第三級(jí)別圖評(píng)定，中心疏松≤4.0級(jí)，錠型偏析≤4.0級(jí)。

1.3 非金屬夾雜物

按GB/T10561的A法檢驗(yàn)非金屬夾雜物，每個(gè)試樣的檢驗(yàn)結(jié)果應(yīng)不大于表2的規(guī)定。

1.4 超聲檢測(cè)

鍛件應(yīng)逐支進(jìn)行超聲檢測(cè)。按SEP1921執(zhí)行，合格級(jí)別為:厚度≤250 mm，D/d級(jí);厚度＞250 mm，C/c級(jí)。

表1 鋼的牌號(hào)及化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Steel grades and chem ical composition(mass fraction，%)

表2 非金屬夾雜物級(jí)別Table 2 Levels of non-metallic inclusions

1.5 硬度

調(diào)質(zhì)交貨狀態(tài)的扁方鋼硬度值應(yīng)為38～42 HRC。

2 工藝流程

針對(duì)1.2714鍛制扁鋼硬度均勻性要求嚴(yán)格這一特點(diǎn)，我們?cè)诠に嚥邉潟r(shí)，重點(diǎn)控制淬回火硬度及其均勻性。因該鋼種為白點(diǎn)敏感性較強(qiáng)鋼種，對(duì)鋼水的純凈度、鍛造溫度、變形量及鍛后冷卻等也進(jìn)行了重點(diǎn)控制。按其交貨狀態(tài)，工藝流程設(shè)定為:電爐冶煉+LF+VD→澆注→鋼錠退火→鋼錠加熱→鍛造→退火→粗加工→無(wú)損檢測(cè)→調(diào)質(zhì)→檢驗(yàn)。

3 生產(chǎn)試制

3.1 電爐冶煉

電爐冶煉時(shí)每爐配入鐵水(生鐵)≥35%，鐵合金及造渣材料應(yīng)充分烘烤和干燥，溫度合適可出鋼至LF。到LF位后給電，渣子化好后喂入鋁線。白渣操作保持時(shí)間不少于40分鐘?；瘜W(xué)成分進(jìn)入規(guī)格后溫度合適出鋼進(jìn)VD。真空前喂Al線，將Al成分調(diào)到0.020%左右。真空度67 Pa以下，保持時(shí)間20 min以上，破空后軟吹A(chǔ)r，澆注鋼錠。鋼錠退火，工藝按圖1執(zhí)行。

電爐冶煉時(shí)重點(diǎn)是控制鋼中有害元素P、S含量。鋼中P、S含量較高會(huì)使鋼的冷脆和熱脆傾向增加，使鋼的強(qiáng)、韌性指標(biāo)降低。為了最大限度地降低鋼中的P、S含量，在煉鋼時(shí)充分利用先期溫度低有利于去磷的熱力學(xué)條件，在后期扒凈氧化渣，減少回磷，并采用高堿度白渣精煉和出鋼過(guò)程中鋼渣混出，使鋼液和精煉渣充分接觸脫硫。出鋼后吹氬精煉，不僅提高了鋼液純凈度，也使鋼中的P、S含量控制在較低的范圍內(nèi)。成品化學(xué)成分見(jiàn)表3。

3.2 加熱、鍛造及鍛后退火

圖1 1.2714鋼錠退火工藝Figure 1 Annealing process for 1.2714 steel ingot

表3 1.2714鋼成品化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 3 Chem ical compositions of 1.2714 steel products(mass fraction，%)

裝爐時(shí)要防止火焰直噴鋼錠上，必須保證爐溫的均勻性。鋼錠在650～750℃待料，保溫8 h后轉(zhuǎn)入高溫爐，高溫段加熱至1 220～1 240℃，根據(jù)錠型不同執(zhí)行相應(yīng)的均質(zhì)化時(shí)間。鍛造時(shí)采用鐓拔結(jié)合鍛造工藝，鍛造過(guò)程中要及時(shí)清理砧子上的氧化鐵皮，保證表面質(zhì)量及尺寸。溫度降至900℃返爐，每火次返爐保溫2 h以上可出爐鍛造，最后一火次鍛比不小于1.5。終鍛溫度控制在850～900℃。鍛后30 min內(nèi)裝入退火爐。

這一工序的重點(diǎn)是鋼錠的高溫均質(zhì)化處理和鍛后熱處理。鑄態(tài)合金因凝固時(shí)溶質(zhì)原子再分布，易導(dǎo)致凝固后合金元素的不均勻分布，從而引起枝晶偏析，同時(shí)因合金元素的偏析產(chǎn)生組織的不均勻分布，這些現(xiàn)象嚴(yán)重影響熱加工性能，以及鑄鍛件的力學(xué)性能［1］。熱加工過(guò)程中常采用高溫均質(zhì)化來(lái)減少或消除枝晶偏析。其基本原理是通過(guò)高溫狀態(tài)下合金元素原子由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)遷移，來(lái)提高合金元素分布的均勻程度［2］，即將鋼錠加熱至略低于固相線的溫度并長(zhǎng)時(shí)間保溫，然后緩慢冷卻以消除化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象的熱處理工藝。其目的是消除鑄錠或鑄件在凝固過(guò)程中產(chǎn)生的枝晶偏析及區(qū)域偏析，使成分和組織均勻化。對(duì)于模具鋼這種合金成分較高的鋼種來(lái)說(shuō)，高溫均質(zhì)化是一道必要的工序。在鋼錠透燒后，鋼錠的內(nèi)外變形程度也更加均勻一致。

在鍛后熱處理過(guò)程中，采用了一次正火，一次過(guò)冷及擴(kuò)散去氫工藝。通過(guò)正火達(dá)到均勻組織、細(xì)化晶粒的目的，并為后面的調(diào)質(zhì)處理做好組織準(zhǔn)備。過(guò)冷是為了使奧氏體充分分解，然后長(zhǎng)時(shí)間保溫進(jìn)行擴(kuò)散去氫處理。采用650℃擴(kuò)散去氫是因?yàn)樵诖藴囟认職涞娜芙舛缺容^小，擴(kuò)散系數(shù)較大，去氫效果好。實(shí)踐結(jié)果表明，鍛后退火效果顯著，獲得了均勻的組織。

3.3 鍛件調(diào)質(zhì)

鍛件退火后進(jìn)行粗加工，無(wú)損檢測(cè)合格后進(jìn)行調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)處理是保證最終獲得良好綜合力學(xué)性能至關(guān)重要的一環(huán)。淬火時(shí)為了防止淬火裂紋的產(chǎn)生，采用長(zhǎng)時(shí)間油冷的冷卻方式?；鼗饡r(shí)則選用溫度均勻性較好的電爐進(jìn)行回火，并保證爐底沒(méi)有氧化鐵皮。

4 鍛件檢驗(yàn)結(jié)果

鍛件退火后進(jìn)行高低倍檢驗(yàn)，調(diào)質(zhì)出爐后進(jìn)行硬度檢驗(yàn)。經(jīng)檢驗(yàn)，低倍一般疏松1.5級(jí)，高倍各類夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果均為0.5級(jí)以下，超聲檢測(cè)全部合格，硬度均在38.5～42HRC之間。高低倍檢驗(yàn)照片如圖2、圖3所示。

圖2 1.2714低倍檢驗(yàn)Figure 2 Macroscopic examination for 1.2714 steel

圖3 1.2714鋼夾雜物100×Figure 3 Inclusion of 1.2714 steel 100×

圖4 1.2714鋼組織500×Figure 4 Microstructure of1.2714 steel

圖5 1.2714鋼帶狀100×Figure 5 Banded microstructure of 1.2714 steel

圖6 1.2714鋼晶粒度100×Figure 6 Grain size of 1.2714 steel

表4 橫向試樣力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results ofmechanical properties of transverse specimens

表5 橫向試樣金相檢驗(yàn)結(jié)果Table 5 Test results ofmetallographic exam ination of transverse specimens

表6 縱向試樣力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果Table 6 Test results ofmechanical properties of longitudinal specimens

5 鍛件橫向、縱向取樣分析結(jié)果

因我公司首次生產(chǎn)調(diào)質(zhì)狀態(tài)交貨的1.2714扁鋼，為檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量，分別在正常切取的低倍試片(橫向)及超聲檢測(cè)超標(biāo)切除部分上切取的縱向試樣上進(jìn)行各項(xiàng)檢驗(yàn)，為今后生產(chǎn)積累數(shù)據(jù)。

5.1 橫向試樣檢驗(yàn)

5.1.1 試樣切取及檢驗(yàn)項(xiàng)目

在低倍試片的寬度和厚度方向邊緣及心部分別切取2個(gè)拉力試樣，6個(gè)沖擊試樣，在對(duì)角線1/4處分別切取顯微組織、帶狀、晶粒度試樣，進(jìn)行各項(xiàng)檢驗(yàn)。

5.1.2 檢驗(yàn)結(jié)果

(1)力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

(2)高倍檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。橫向試樣金相圖見(jiàn)圖4～圖6。

5.2 縱向試樣檢驗(yàn)

5.2.1 試樣切取及檢驗(yàn)項(xiàng)目

在縱向試樣的寬度方向邊緣、1/2及心部分別切取3個(gè)拉力試樣，6個(gè)沖擊試樣，在寬度方向1/2處切取晶粒度試樣，進(jìn)行各項(xiàng)檢驗(yàn)。

5.2.2 檢驗(yàn)結(jié)果

(1)力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。(2)高倍檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 縱向試樣金相檢驗(yàn)結(jié)果Table 7 Test results ofmetallographic exam ination of longitudinal specim ens

5.3 檢驗(yàn)結(jié)果分析

5.3.1 橫向試樣的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度達(dá)到縱向的90%以上。

5.3.2 縱向試樣的沖擊是橫向試樣的47% ～69%。

5.3.3 晶粒度均為7級(jí)以上。

6 結(jié)論

經(jīng)過(guò)本次試制，表明我公司已經(jīng)具備生產(chǎn)高要求的1.2714鍛制扁鋼的能力。同時(shí)通過(guò)對(duì)試樣橫向、縱向性能的分析研究，表明我公司生產(chǎn)的1.2714扁鋼的橫向屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度能夠達(dá)到縱向指標(biāo)的90%以上，很好地滿足了模具鋼的高等向性要求。

［1］ 劉鑫剛，聶紹珉，任運(yùn)來(lái).Cr-Mo系低合金鋼鍛前高溫?cái)U(kuò)散工藝的實(shí)驗(yàn)研究［J］.塑形工程學(xué)報(bào)，2007，10(5):141～144.

［2］ 彭坤，金曼，張洪奎，楊弋濤，邵光杰.高溫均質(zhì)化對(duì)高碳Cr合金鋼錠組織和元素分布的影響［J］.上海金屬，2010，32 (1):15-18.

編輯 李韋螢

Research on Trial-production of 1.2714 Forged Flat Steel

Xu Yongmei，Xu Haixia，Liu Hongbo，Sun Xuecui

The article found out the basic data of1.2714 steel by controlling themolten steel purity，forging temperature，quenching and tempering after forging etc.，and sampling the forged flat steels in horizontal and vertical directions，and testing and analyzing the mechanical properties，non-metallic inclusion，microstructure and grain size during trial-production of 1.2714 steel.It accumulates experiences for the production of the steel and similar steels.

1.2714 forged flat steel;forging;research

TG316

B

2013—08—06

徐詠梅(1972—)，畢業(yè)于佳木斯工學(xué)院，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事工模具鋼研究。