作者：馬 野， 劉寶石， 牟 風， 祝仁龍(撫順特種鋼鐵有限公司)

　　【引言】利用金相顯微鏡和沖擊試驗機，探討了H13鋼組織和物理性能的兩種國內(nèi)外高端優(yōu)質(zhì)熱作模具。結(jié)果表明：由撫順特鋼制成的H13鋼和瑞典8407鋼一勝百， 對成分、 帶狀縮松、 對淬火組織和斷裂韌性進行數(shù)據(jù)分析。由撫順特鋼制成的H13鋼成分P含量小于瑞典1勝18407鋼， 鋼帶狀縮松8407略優(yōu)， 在撫順特鋼H13鋼淬火機構(gòu)芯部可以看到一些網(wǎng)狀碳化物， 沖擊邊比8407鋼略好。

　　關(guān)鍵字：模具鋼；鍛造；顯微組織；沖擊性能

　　伴隨著2001年中國加入WTO及其機械制造業(yè)的發(fā)展， 在中國，模具工業(yè)發(fā)展迅速， 同時也促進了模具鋼的發(fā)展。模具加工技術(shù)實力高低， 已經(jīng)成為考慮一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標志， 因為磨具的質(zhì)量在一定程度上決定了產(chǎn)品的質(zhì)量， 效益和新產(chǎn)品開發(fā)水平， 磨具已成為工業(yè)生產(chǎn)的前提。此外， 隨著模具工業(yè)的快速發(fā)展， 對于磨具材料的性能和使用壽命等，提出了更高的要求。所有的模具行業(yè)， 以壓鑄模為例，熱作模具占有重要地位， 壓鑄件是一種精密成形工藝，其金屬部件接近最終外觀規(guī)格， 車輛發(fā)展迅速， 機械、 在電子等關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)中占有重要地位， 需求日益增加。我們國家每年要壓鑄幾十萬噸模具， 價值數(shù)十億元。汽車輕量化需要大量使用鋁合金， 鎂合金壓鑄件。各國都是機械制造業(yè)推動壓鑄業(yè)， 在中國汽車工業(yè)中，鑄件的市場占比超過65%， 超過80%的發(fā)達國家，如日本。

　　熱模鋼主要用于制造金屬或液態(tài)金屬在高溫條件下抑制成工件磨具， 在此過程中，將金屬或液態(tài)金屬加熱至再結(jié)晶溫度以下， 因此，冷作模具鋼等其它類型的模具鋼， 塑膠模具鋼的性能指標差別很大。熱模鋼的碳含量一般為0.3%~0.6%， 添加鎢，提高高溫特性， 鉬、 鉻、 合金元素，如釩， 可以分為鉻鉬系熱作模鋼和鉻系熱作模鋼等。20世紀80年代初，中國引進了美國開發(fā)的海外通用鉻鉬熱作模具鋼H13 (我們的鋼號是4Cr5MoSiV1) ， 這種鋼材由于淬透性強， 淬硬性、 國內(nèi)外廣泛使用強韌性和熱疲勞抗力， 用于制造熱擠壓模具， 壓鑄模、 熱鍛造模具和塑料模具等， 熱作模具鋼是目前世界上應用最為廣泛的一種。

　　伴隨著模具技術(shù)的發(fā)展， 對模具鋼的質(zhì)量特性提出了更高的要求。早在20世紀80年代， 國外先進的模具鋼生產(chǎn)企業(yè)， 首先，奧地利BOHLER提出開始高向性H13鋼的研究、開發(fā)和生產(chǎn)， 依據(jù)超純冶煉技術(shù)， 均質(zhì)化技術(shù)和超細化解決方案大大提高了H13鋼的等向性，從而大大提高了磨具的使用壽命。之后，日本大同特殊鋼， 日立、 高周波， 高端優(yōu)質(zhì)H13鋼，如瑞典UDDEHOLM， 走在世界前列。撫順特鋼發(fā)展高端優(yōu)質(zhì)H13鋼；瑞典發(fā)展高端優(yōu)質(zhì)H13鋼 (8407鋼一勝百) ， 成為熱作模具鋼的優(yōu)秀品牌。

　　瑞典1勝18407鋼屬于熱作模鋼， 屬于鉻、 鉬、 釩合金工具鋼， 鋼組織結(jié)構(gòu)均勻， 高純度具有高耐磨性和高向性， 適用≤金屬壓鑄模600℃工作， 擠壓模等。

　　本文對國內(nèi)外類似規(guī)格的H13鋼高質(zhì)量熱作模具進行了兩種質(zhì)量數(shù)據(jù)分析研究， 涉及的鋼種有撫順特鋼制造的H13鋼， 8407鋼，瑞典一勝百。撫順特鋼鋼在本文中用于探索。 H13 鋼， 鍛造扁鋼的規(guī)格為 350×600mm。生產(chǎn)工藝如下：真空精煉→電渣重熔→大型快鍛機鍛造人才→鋼熱處理。瑞典一勝百的8407鋼，用于探索， 鍛造扁鋼規(guī)格為3500×650mm。

　　對于撫順特鋼生產(chǎn)的高品質(zhì)熱作模H13鋼和瑞典1勝100。 8407 鋼， 按照北美壓鑄協(xié)會NADCA#207-2008的要求， 帶狀縮松、 對淬火組織和斷裂韌性進行數(shù)據(jù)分析。

　　4.1 成分

　　撫順特鋼高端優(yōu)質(zhì)H13鋼在本文中用于探索， 鍛造扁鋼規(guī)格為3500×600mm。高品質(zhì)H13鋼鍛造扁鋼實驗的化學成分如表1所示。

　　在這篇文章中，瑞典一勝百的8407鋼被用來探索， 鍛造扁鋼規(guī)格為3500×650mm。8407鋼鍛造扁鋼的化學成分見表2所示。

　　從表 1 和表 2 能夠得知， 兩種實驗鋼成分符合NADCA #207-2008規(guī)范， 各種鋼材的特點是：撫順特鋼高端優(yōu)質(zhì)H13鋼的Cr和V元素含量略高于瑞典8407鋼。SS與鋼的清潔度有關(guān)。、 P和氣體含量兩種比照材料也有差異， 大多為：①在撫順特鋼高端優(yōu)質(zhì)H13鋼中，瑞典1勝18407鋼的P成分為0.008%， 低于撫順特鋼高端優(yōu)質(zhì)H13鋼的氧含量0.0010%；②在0.005%以下，撫順特鋼高端優(yōu)質(zhì)H13鋼P成分低于瑞典1勝18407鋼， 氮含量115ppm小于瑞典1勝18407鋼， 氧氣含量18ppm高于瑞典1勝18407鋼。

　　4.2 帶狀縮松

　　帶狀縮松是決定熱作模鋼質(zhì)量的重要因素之一， 因此，對比鋼帶狀縮松機構(gòu)的差異具有重要意義。在鋼材凝固過程中，合金元素和碳的聚集形成的枝晶縮松在熱膨脹過程中變長， 聚集雜帶產(chǎn)生合金元素和碳， 在淬火過程中產(chǎn)生不同尺寸的顆粒， 雜帶滲碳體偏聚， 試樣垂直浸蝕后可見條帶狀縮松。在鋼材凝固過程中，合金元素和碳的聚集形成的枝晶縮松在熱膨脹過程中變長， 聚集雜帶產(chǎn)生合金元素和碳， 在淬火過程中產(chǎn)生不同尺寸的顆粒， 雜帶滲碳體偏聚， 試樣垂直腐蝕后可以看到條狀縮松。根據(jù)材料的尺寸規(guī)格特點，本實驗 按照NADCA規(guī)范標準， 選用材料芯部， 1/4D和邊緣帶狀組織進行數(shù)據(jù)分析， 如圖1所示。

　　圖1 對比試驗鋼的帶狀縮松機構(gòu) （50×）

　　a — —撫鋼H13鍛造扁鋼芯部 b — —鍛造扁鋼芯部8407

　　c — —1/4D鍛造扁鋼H13 d — —1/4D鍛造扁鋼8407

　　e — —撫鋼H13鍛造扁鋼邊緣 f — —8407鍛造扁鋼邊緣

　　根據(jù)合金成分觀察， 從圖 1 在中間可以看到， 按下NADCA #207-2008 規(guī)范圖普， 符合可接受規(guī)范標準的撫順特鋼高端優(yōu)質(zhì)H13鋼和瑞典8407鋼帶狀縮松機構(gòu)， 瑞典8407鋼一勝百的帶狀縮松略好于撫順特鋼高檔H13鋼。

　　4.3 淬火機構(gòu)

　　淬火顯微組織是評價H13類鋼材質(zhì)量的關(guān)鍵依據(jù)之一， H13鋼淬火顯微組織在北美壓鑄模協(xié)會NADCA#207-2008優(yōu)質(zhì)鋼標準中達到AS1-AS9標準。在淬火機構(gòu)中，良好的淬火顯微組織可以得到良好的馬氏體組織， 可以擴大模具淬火溫度范圍， 降低超溫敏感度， 減少磨具變形，避免淬火冷卻裂紋的形成， 因此，對稱球狀珠光體機構(gòu)既是球化機構(gòu)， 對于熱作模具的最終熱處理和使用具有重要意義。本試驗基于比照材料的尺寸規(guī)格特性， 按照NADCA規(guī)范標準， 選用材料芯部， 1/4D和邊緣淬火組織進行數(shù)據(jù)分析， 如圖2所示。

　　圖2 對比試驗鋼的淬火組織 （500×）

　　a — —撫鋼H13鍛造扁鋼芯部 b — —鍛造扁鋼芯部8407

　　c — —1/4D鍛造扁鋼H13 d — —1/4D鍛造扁鋼8407

　　e — —撫鋼H13鍛造扁鋼邊緣 f — —8407鍛造扁鋼邊緣

　　從圖2中可以看出， 高端優(yōu)質(zhì)H13鋼撫順特鋼鐵淬火顯微組織等級， 材料芯部、 1/4D邊緣定級為AS4。、AS3 和 AS3， 瑞典一勝百勝 8407 鋼鐵淬火顯微組織等級， 材料芯部、 AS31/4D和邊緣定級、 AS3和AS3， 兩種實驗鋼的淬火機構(gòu)優(yōu)良， 滲碳分布均勻彌漫， 鋼材芯部、 1/4 D和邊緣淬火機構(gòu)的等級基本一致。兩種試驗鋼的區(qū)別大多是：在瑞典8407鋼淬火組織中，1勝100， 在撫順特鋼高端優(yōu)質(zhì)H13鋼淬火組織中，芯部可見輕度滲碳體縮松， 核心部分可以看到一些網(wǎng)狀碳化物。