钢锭截面形状对Cr12Mo1V1锻制扁钢和圆钢的共晶碳化物影响

2019-10-26王继红孙秀华康爱军

模具制造 2019年9期

王继红，孙秀华，王琳，康爱军，蔡清

抚顺特殊钢股份有限公司技术中心（辽宁抚顺 113001）

1 引言

Cr12Mo1V1钢为高碳高铬冷作模具钢，广泛用于制造高精度、长寿命的冷作模具，钢中含有不均匀分布的共晶碳化物，易造成模具在锻造或热处理时开裂、过热及变形，而且模具在使用过程中也易出现崩裂等缺陷[1]，因此，需对Cr12Mo1V1钢的共晶碳化物不均匀度进行检验，并对合格级别有一定要求。

随着模具形状的大型化和复杂化，Cr12Mo1V1钢大尺寸材料需求量增大的同时，对共晶碳化物不圴匀度的要求更加严格，不但合格级别加严，而且检验位置也不局限在常规的扁钢对角线和圆钢直径的1/4处，而是要求在相对于模具使用的位置进行检验。由于Cr12Mo1V1钢的共晶碳化物随尺寸的增大不均匀度加重[2]，所以，研究大尺寸材料的不同位置的共晶碳化物不均匀性尤为重要，并采取相应的措施加以控制，以满足模具的正确使用。本文对矩形截面钢锭和八角形截面钢锭以及锻制的扁钢和圆钢的共晶碳化物进行了研究，为实际生产和模具使用提供参考。

2 试验钢的化学成分、生产流程、试验方法

试验钢的化学成分如表1所示。

表1 试验钢的化学成分 %

试验钢的生产流程：30t EAF＋LF＋VD冶炼→模铸4.2t矩形截面钢锭和4t八角形截面钢锭→钢锭加热→2,000t快锻机锻制110×460mm扁钢和φ250mm圆钢→钢材退火→取片检验。

试验方法：分别沿扁钢横截面对角线1/4处和圆钢横截面直径1/4处切取金相试样，经研磨、抛光、4%硝酸酒精溶液腐蚀后，根据GB/T14979-1994《钢的共晶碳化物不均匀度评定法》标准中第四评级图对试验钢的共晶碳化物不圴匀度进行评定及分析。

3 试验结果与分析

3.1 钢锭的共晶碳化物分析

Cr12Mo1V1属莱氏体钢，钢锭冷凝过程中，钢液发生共晶反应形成鱼骨状的莱氏体沿晶界呈网状凝固，钢锭的冷凝速度越快，凝固时间越短，钢锭的晶粒细小，则共晶碳化物网细小[3]。根据钢锭凝固的平方根定律，即钢锭凝固层厚度（S/mm）与凝固时间（t/min）的平方根成正比，公式为：S＝Kt1/2，式中K为凝固系数，一般为25mm/min1/2[4]，试验钢锭的截面尺寸及按公式计算的凝固时间如表2所示。由表2可以看出，4.2t矩形截面钢锭的截面面积与4t八角形截面钢锭的截面面积相当（二者截面面积比为0.98），但4.2t钢锭的凝固时间则较短，是4t钢锭的0.6倍。由此可见，4.2t钢锭的晶粒要细于4t钢锭，共晶碳化物网也要细于4t钢锭，说明4.2t矩形截面钢锭比4t八角形截面钢锭易于获得细的共晶碳化物网。

表2 试验钢锭的截面尺寸及凝固时间

根据凝固理论，钢锭分为3个晶区，即表层细小等轴晶区、中部柱状晶区、心部粗大等轴晶区，表层细小等轴晶是由激冷导致，中部柱状和心部粗大等轴晶与冷凝条件有关，如钢液成分和温度、钢锭模温度和结构等[5]。因为试验钢锭的共晶碳化物沿晶界呈网状析出，所以共晶碳化物也分为3个区，即表层细小等轴网状区、中部柱状网状区、心部粗大等轴网状区，而且表层细小等轴网状与激冷有关，中部柱状和心部粗大等轴网状与冷凝条件有关。由于试验的4.2t矩形截面钢锭比4t八角形截面钢锭的凝固时间短而易于获得细的共晶碳化物网，所以4.2t矩形截面钢锭与4t八角形截面钢锭的共晶碳化物相比，表层细小等轴网状共晶碳化物二者相当，中部柱状和心部粗大等轴网状共晶碳化物4.2t矩形截面钢锭细于4t八角形截面钢锭。

3.2 扁钢和圆钢的共晶碳化物分析

Cr12Mo1V1钢锭经热加工后，如图1a所示的钢锭铸造态网状共晶碳化物沿变形方向呈带状或网状延展，变形充分时呈带状如图1b所示，变形不充分时呈网状如图1c所示。试验扁钢和圆钢的共晶碳化物如图2所示，按GB/T14979-1994标准中第四评级图评定的共晶碳化物不均匀度级别如表3所示。

表3 试验扁钢和圆钢的共晶碳化物不均匀度级别

图1 Cr12Mo1V1钢锭铸造态和热加工后的共晶碳化物

图2 试验扁钢和圆钢的共晶碳化物

由图2和表3可见，无论4.2t矩形截面钢锭，还是4t八角形截面钢锭，二者锻制的圆钢均比其扁钢共晶碳化物不均匀度级别低0.5级；4.2t矩形截面和4t八角形截面二种钢锭锻制的扁钢共晶碳化物不均匀度级别角部相当、对角线1/4处和心部4.2t比4t钢锭的级别低0.5级，二种钢锭锻制的圆钢共晶碳化物不均匀度级别与锻制的扁钢相似，边部相当、直径1/4处和心部4.2t比4t钢锭的级别低0.5级。

Cr12Mo1V1钢锻造比可以反映共晶碳化物的变形情况，锻造比大，共晶碳化物变形充分[6]，所以，影响试验扁钢和圆钢的共晶碳化物除钢锭的共晶碳化物外，还与锻造比有关，钢锭的共晶碳化物网细，锻造比大，扁钢和圆钢易于获得细的共晶碳化物网。

试验钢锭及其锻制扁钢和圆钢的截面示意图如图3所示，锻造比如表4所示。

由图3和表4可见，无论4.2t矩形截面钢锭，还是4t八角形截面钢锭，锻制的扁钢和圆钢锻造比（截面面积比）虽相当，但截面对角线或直径比圆钢大于扁钢，圆钢约是扁钢的2倍，所以，试验的扁钢和圆钢相比，圆钢比扁钢的共晶碳化物变形充分，不均匀度级别低。

图3 试验钢锭及其锻制扁钢和圆钢的截面示意图

表4 试验扁钢和圆钢的锻造比

试验扁钢和圆钢的锻造比相当，共晶碳化物不均匀度主要由钢锭的共晶碳化物决定，根据对试验钢锭的共晶碳化物分析结果，4.2t矩形截面钢锭与4t八角形截面钢锭的表层细小等轴网状共晶碳化物相当，中部柱状和心部粗大等轴网状共晶碳化物4.2t钢锭细于4t钢锭，所以，4.2t矩形截面和4t八角形截面二种钢锭锻制的扁钢（或圆钢）共晶碳化物不均匀度相比，角部（或边部）级别相当、对角线（或直径）1/4处和心部4.2t比4t钢锭的级别低。