改善Cr12MoV模具钢共晶碳化物均匀性的工艺研究

孙秀华，康爱军，王 琳，胡 杰，牟 风，赵长顺

抚顺特殊钢股份有限公司（辽宁抚顺 113001）

1 引言

Cr12MoV模具钢是典型的冷作模具钢，占模具钢总量的17%，占合金模具钢总量的34%，具有良好的淬透性、淬回火硬度、耐磨性、强度等，用于制造截面较大、形状复杂、工作条件繁重的各种冷冲模具和工具，为了适应其工作条件，必须有效控制钢的纯净度和共晶碳化物的数量、大小、形状及其分布等[1]。

随着模具形状的大型化和复杂化发展，以及工作条件的日趋繁重，对Cr12MoV钢的共晶碳化物要求越来越严，要求其细小和均匀分布，以满足模具的发展要求。抚钢为进一步改善Cr12MoV 钢共晶碳化物的细小和均匀分布，针对热加工工艺对共晶碳化物的数量、大小、形状及其分布进行了研究，提出了改进工艺，并在实践中得到了很好的应用。

2 试验材料及方法

2.1 试验材料

试验用Cr12MoV钢为抚钢生产的锻制扁钢，其生产流程为：EAF+LF+VD冶炼➝模铸1.2t和6.3t钢锭➝快锻机锻制120×310mm和120～240×610mm扁钢，化学成分如表1所示。

2.2 试验方法

Cr12MoV属莱氏体钢，钢液冷凝过程中发生共晶反应形成莱氏体，共晶碳化物呈鱼骨形并沿晶界呈网状析出，如图1a 所示，热加工后沿变形方向不均匀分布，根据热加工工艺不同呈带系和网系分布，如图1b、1c所示，因此热加工工艺对共晶碳化物是否均匀分布起关键作用。

针对不同的加热工艺、锻造方式、变形比对共晶碳化物的影响进行了试验，试验后，在扁钢横截面对角线的四分之一处切取纵向试样，经研磨、抛光后制成金相试样，用4%硝酸酒精溶液深腐蚀，根据GB/T 14979标准中第四评级图对共晶碳化物的不均匀性进行分析及评定。

3 试验结果及分析

3.1 加热工艺对共晶碳化物的影响

采用6.3t钢锭，试验了两种加热工艺，第1种工艺为：1,200℃×15h+1,150℃×5h；第2种工艺为：1,150℃×5h，锻制160×610mm 和200×610mm 扁钢。共晶碳化物如图2 所示，图2a、图2b 的共晶碳化物铸造态形貌呈鱼骨状，图2c、图2d铸造态呈鱼骨状的共晶碳化物被破碎呈网状分布。

由图2 可见，第1 种加热工艺的加热温度过高达到1,200℃且长时间保温，铸造态的共晶碳化物熔解，热加工时随着温度的降低又呈鱼骨状析出；第2种加热工艺采用1,150℃加热，铸造态的共晶碳化物通过锻造被破碎。所以，热加工时加热温度不易过高，温度过高反而会析出鱼骨状的共晶碳化物而加重，其加热的目的以获得良好的塑性保证锻造加工即可。

3.2 锻造方式对共晶碳化物的影响

铸造态呈鱼骨状的共晶碳化物可通过合理的锻造工艺使其充分破碎而得到改善[2]。采用1.2t 钢锭，试验了4 组不同锻造方式，如表2 所示，锻制120×310mm扁钢，共晶碳化物如图3所示。

图2 不同加热工艺锻制扁钢的共晶碳化物

图3 不同锻造方式锻制扁钢的共晶碳化物

表2 试验用锻造方式

由图3 可见，钢锭直接锻造拔长的共晶碳化物沿变形方向伸长且破碎呈条带状分布，如图3a、图3b所示，一次镦粗后再锻造拔长的共晶碳化物沿变形方向呈封闭拉长网状，且堆积严重处仍呈鱼骨状，如图3c、图3d所示，这是由于钢锭镦粗后横截面积变大而长度变短，在随后沿长度方向拔长时变形较小，共晶碳化物不易破碎，所以，钢锭采用直接锻造拔长对共晶碳化物的破碎效果要好于一次镦粗后再锻造拔长。由图3 还可见，采用单道次压下量80～100mm 锻造的扁钢的共晶碳化物沿变形方向比30～50mm的明显伸长，且颗粒较小，级别可降低0.5级，这是由于增大压下量锻造，钢锭内部易锻透，使内部粗大的共晶碳化物得到破碎，所以，锻造时采用大压下量，有利于共晶碳化物的破碎。

3.3 锻造变形比对共晶碳化物的影响

一般来说，锻造方式反映的是共晶碳化物的微观变化，而锻造变形比反映的是共晶碳化物的宏观变化[3]。采用钢锭直接锻造拔长方式进行不同锻造变形比对共晶碳化物的影响试验，试验结果见表3、锻制扁钢的共晶碳化物如图4所示，可以看出，一方面，共晶碳化物与锻造变形比有关，锻造变形比越大则共晶碳化物就越容易被破碎，级别越低；另一方面，共晶碳化物还与钢锭大小有关，小钢锭的级别低，大钢锭的级别高。这是由于共晶碳化物是钢锭凝固时形成的，小钢锭的细小，大钢锭的粗大，大钢锭虽然增大了锻造变形比，但原始铸造态的共晶碳化物粗大，锻造时不易被破碎。

表3 不同锻造变形比试验结果

图4 不同锻造变形比锻制扁钢的共晶碳化物

4 改进工艺及效果

抚钢为进一步改善Cr12MoV 钢的共晶碳化物细小和均匀分布，根据试验结果，对锻造工艺进行了改进。

（1）钢锭采用1,120℃～1,150℃加热，其目的以获得良好的热塑性保证锻造加工即可。

（2）兼顾钢锭大小和锻造变形比，避免大钢锭、大锻造变形比却获得相对较差的共晶碳化物，控制锻造变形比大于4的前提下尽量选用小钢锭，以使共晶碳化物得到有效改善。

（3）文献[4]指出镦粗对共晶碳化物的改善效果不如拔长显著，且通过试验也证明钢锭直接锻造拔长对共晶碳化物的破碎效果好于一次镦粗后再锻造拔长，理论上讲，只有经过多次镦拔的共晶碳化物才能得到改善，且对于不同钢锭及锻造尺寸，需要的镦拔次数也不同[5]，而实际生产中，多次镦拔的弊端较多，氧化、脱碳严重且效率低等，所以，兼顾考虑采用钢锭直接拔长的锻造方式。

（4）钢种特性，热加工性能差，且可锻造温度区间窄，随着锻造温度的降低，变形阻力增大，塑性降低，变形量大易产生裂纹，而根据试验结果，锻造时采用大压下量，有利于共晶碳化物破碎。所以，为破碎共晶碳化物，采用多火次锻造，锻造开始采用大压下量，随着温度的降低，压下量逐渐减小，防止开裂。

通过采取上述工艺措施，共晶碳化物的均匀性有了明显改善，颗粒减小且均匀分布，级别比以前可降低1级。

5 结论

（1）加热温度过高达到1,200℃且长时间保温，共晶碳化物熔解，热加工时随着温度的降低又呈鱼骨状析出而加重。

（2）共晶碳化物可以通过破碎的方法得到改善，且随着压下量的增大和变形比的增加，共晶碳化物的破碎效果越好。

（3）采取1,120℃～1,150℃加热，控制变形比大于4 的前提下选用小钢锭，以及大压下量直接锻造拔长工艺优化后，共晶碳化物的均匀性得到明显改善，级别比以前可降低1级。