楊 威 王 昂 高 鑫 黨坤會(huì)

(1．中鋼集團(tuán)邢臺(tái)機(jī)械軋輥有限公司，河北054000；2．軋輥材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北054000)

熱作模具鋼H13良好的性價(jià)比及工藝性能廣受市場(chǎng)青睞。該材質(zhì)具有較高的熱強(qiáng)度與硬度，尤其在中溫(600℃)，還具有較高的耐磨性、韌性和較好的熱疲勞性能，已在錘鍛模、擠壓模、壓鑄模、模鍛模等模具領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。

我公司模具鋼產(chǎn)品生產(chǎn)流程為電爐→精煉→電極澆注→電極退火→電渣重熔→熱送鍛造。模具鋼在經(jīng)過(guò)拋光處理，應(yīng)用塑料模具生產(chǎn)時(shí)，夾雜物對(duì)拋光鏡面的質(zhì)量影響顯得至關(guān)重要，即便按GB/T 10561—2005進(jìn)行評(píng)級(jí)，仍會(huì)出現(xiàn)“麻點(diǎn)”、“針孔”類缺陷。為此，需研究夾雜物尺寸分布對(duì)拋光性能的影響，以及精煉及澆注、電渣過(guò)程中夾雜物的變化規(guī)律。

1 試驗(yàn)方法

采用金相法對(duì)試樣中夾雜物進(jìn)行檢測(cè)統(tǒng)計(jì)，按照GB/T 10561—2005對(duì)非金屬夾雜物進(jìn)行分類和評(píng)級(jí)，并在試樣上隨機(jī)選擇30個(gè)視場(chǎng)，將夾雜物尺寸分為三個(gè)等級(jí)：3～10 μm、10～20 μm、20 μm以上，分別統(tǒng)計(jì)各類尺寸夾雜物的數(shù)量，并采用化學(xué)分析法對(duì)鋼中氫、氧、氮等成分進(jìn)行分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 拋光試樣對(duì)比分析

采用8000目砂紙拋光后，挑選3個(gè)試樣進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 拋光試樣對(duì)比Table 1 Comparison of polished samples

對(duì)以上試樣的夾雜物進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 夾雜物檢測(cè)結(jié)果Table 2 Inclusion detection results

對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)：

(1)試樣3中夾雜物尺寸20 μm以上的占比約15%，存在較大尺寸的夾雜物；而試樣1、2中并沒(méi)有此類尺寸的夾雜物，模具鋼的夾雜物約70%集中在3～10 μm。

(2)按照夾雜物的等級(jí)區(qū)分，試樣3夾雜物主要為C、D類，且等級(jí)≤1級(jí)，雖夾雜物的等級(jí)與試樣1相同，但卻影響了模具鋼的拋光性能。

2.2 各階段夾雜物控制分析

2.2.1 精煉各階段夾雜物分析

選取實(shí)際生產(chǎn)中的三個(gè)階段，對(duì)LF精煉后、VD軟吹前、VD軟吹后鋼水取樣，分析不同階段夾雜物變化情況，見(jiàn)表3。

表3 精煉階段夾雜物分析Table 3 Inclusion analysis in refining stage

對(duì)比分析，VD軟吹后，10～20 μm夾雜物的比例出現(xiàn)明顯增加，但20 μm以上的夾雜物數(shù)量及占比有一定的下降，主要原因?yàn)檐洿颠^(guò)程通過(guò)形成彌散的氣泡，可以將鋼水中的夾雜物吸附在氣泡表面，夾雜物上浮至渣層時(shí)會(huì)被吸附，因此大型夾雜物出現(xiàn)下降趨勢(shì)。

為降低C、D類夾雜物的數(shù)量，精煉過(guò)程需采用復(fù)合脫氧劑，終脫氧采用變質(zhì)處理等措施，精煉過(guò)程中及時(shí)觀察白渣狀態(tài)，分批次加入擴(kuò)散脫氧劑，避免使用沉淀脫氧的方式，杜絕B類夾雜物的產(chǎn)生。

2.2.2 澆注氣體控制

澆注氣體控制水平見(jiàn)表4。

表4 澆注氣體控制Table 4 Control of pouring gas

從表4中對(duì)比發(fā)現(xiàn)，氣體中O、N的提高非常明顯，與澆注過(guò)程中的保護(hù)澆注有直接關(guān)系。在氬氣澆注保護(hù)不到位時(shí)，鋼水與空氣接觸造成鋼水的二次氧化問(wèn)題，鋼水中的O、N增加，易導(dǎo)致鋼水夾雜物的產(chǎn)生。

澆注過(guò)程采用氬氣保護(hù)澆注要落實(shí)到位，同時(shí)對(duì)于夾雜物要求比較高的鋼種，必要時(shí)需增加型腔充氬，強(qiáng)化鋼水的保護(hù)澆注。

2.2.3 電渣重熔階段分析

查詢相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)鋼水夾雜物主要是由冶煉過(guò)程中的鋼水在后續(xù)脫氧處理時(shí)所致，控制冶煉過(guò)程中鋼水的O、N，成為夾雜物控制的重中之重。

此次，電渣過(guò)程采用氣體保護(hù)及重熔加鋁的方式。對(duì)比分析加鋁、氣體保護(hù)對(duì)于鋼水中夾雜物的影響差異，并在模具鋼鍛坯兩端(寬度的1/4位置，厚度1/2位置)取樣進(jìn)行夾雜物、氣體及光譜檢測(cè)。

(1)鋁豆加入，對(duì)[O]的變化情況見(jiàn)表5。

表5 加鋁對(duì)鋼水中[O]的影響Table 5 Effect of aluminum addition on oxygen content in molten steel

檢測(cè)表明，重熔前雖然加入鋁豆，但啟動(dòng)端位置取樣檢測(cè)的[O]并沒(méi)有明顯變化，試驗(yàn)的兩件產(chǎn)品中平均[O]相差僅0.9×10-6。

(2)夾雜物檢測(cè)

夾雜物檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 夾雜物檢測(cè)結(jié)果Table 6 Inclusion detection results

檢測(cè)結(jié)果表明，樣品2的夾雜物水平優(yōu)于樣品1。樣品2共檢測(cè)6塊試樣，僅在1個(gè)試樣中，發(fā)現(xiàn)2個(gè)>20 μm夾雜物，較前期模具鋼的夾雜物有明顯的改善。

(3)未進(jìn)行氣體保護(hù)的重熔模具鋼夾雜物

挑選前期未進(jìn)行氣體保護(hù)的電渣重熔生產(chǎn)的模具鋼產(chǎn)品，切取試樣后進(jìn)行金相檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 未進(jìn)行氣體保護(hù)的重熔模具鋼夾雜物Table 7 Remelting die steel inclusionswithout gas protection

對(duì)比結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氣體保護(hù)電渣重熔的模具鋼產(chǎn)品，其20 μm以上尺寸的夾雜物占比明顯下降，主要夾雜物的尺寸保持在10 μm以下的水平。

試驗(yàn)對(duì)比表明，拋光類模具鋼重熔過(guò)程需重點(diǎn)控制吸氣，包括澆注過(guò)程、電渣重熔階段，該階段的控制對(duì)鋼水中夾雜物水平的去除有非常明顯的作用，而重熔過(guò)程中加鋁抑制[O]的效果并不明顯。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)針對(duì)拋光類模具鋼，對(duì)夾雜物的檢測(cè)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，不能僅僅參考國(guó)標(biāo)要求，需要從夾雜物的大小及分布上摸索規(guī)律性，并制定針對(duì)性的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。

(2)自耗電極澆注及電渣重熔過(guò)程對(duì)于鋼水夾雜物的影響至關(guān)重要，必須要做好澆注的氬氣保護(hù)及重熔密封性氣氛的控制。試驗(yàn)表明，該階段產(chǎn)生的夾雜物在電渣過(guò)程中去除的效果并不理想。