電渣重熔H13鋼錠球化退火工藝優化

2021-02-19 熱加工論壇

 H13熱作模具鋼由於含大量Cr、V等合金元素而具有高的熱強性和淬透性，鋼錠交貨前須經球化退火以消除內應力，降低硬度，提高切削加工性能。球化除降低硬度外，對顯微組織、碳化物分布狀態等都會產生影響。目前，國內外科技工作者的研究多集中在鍛後熱處理工藝，而針對鑄態組織研究很少。某公司採用INTECO氣體保護電渣爐生產的H13鋼錠，經球化退火後存在硬度偏高及大顆粒碳化物聚集、粘連等問題，且退火周期較長。因此，根據H13鋼的相變特徵，提出3種改進的球化退火工藝，並系統研究球化退火對鑄態顯微組織的影響規律及機理，以探索適合H13鋼的最經濟、最有效的退火工藝，為工業應用提供依據。

試驗用H13鋼錠（截面尺寸：160mm×160mm）經快速電渣重熔（ESRR）工藝冶煉，鋼錠化學成分見表1。自鋼錠心部取試驗樣，試樣尺寸為20mm×20mm×15mm。
表1  試驗鋼的名義化學成分（質量分數，%）

C

Si

Mn

Cr

V

Mo

P

S

0.37～0.40

0.98～1.01

0.35～0.37

5.03～5.05

0.92～0.95

1.28～1.30

≤0.015

≤0.003


對原球化退火工藝方案中保溫溫度及時間進行調整：方案一，870℃×2h+750℃×4h；方案二，870℃×2h+快速冷卻至500～550℃+750℃×4h；方案三，850℃×4h。降低冷卻速度：由原方案中（70～80）℃/h降至50℃/h以下，出爐溫度均為500℃。在經試驗所得到的較好工藝的基礎上，分別設定出爐溫度為350℃和200℃，以進一步研究出爐溫度對退火顯微組織及性能的影響。金相試樣經4%硝酸酒精溶液腐蝕後用Leica DM 2700M型金相顯微鏡觀察。採用HBE-3000型布氏硬度計測量試樣硬度。結果表明：
（1）採用方案一等溫球化退火併緩冷至200℃出爐得到的基體組織以粒狀貝氏體為主，大量細小碳化物粒子彌散分布，有部分適度粗化且均勻分布的大顆粒碳化物。該方案周期短，退火硬度低，退火效果好。
（2）隨冷卻速度降低，基體組織由針狀下貝氏體轉變為板條狀貝氏體，降低出爐溫度後又進一步轉變為粒狀貝氏體。冷卻速度是決定針狀鐵素體能否寬化和粒狀貝氏體能否形成的重要因素。
（3）在試驗條件下，碳化物粒子形態主要同保溫時間有關。延長保溫時間易導致碳化物粒子聚集粗化，並產生大顆粒碳化物的堆積和粘連，不利於硬度降低。
    （4）對於H13鋼，球化退火後緩冷對組織有重要影響。延長緩冷時間利於獲得粒狀貝氏體，且可降低硬度。


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