奥氏体化温度和时间对冷作模具钢组织和性能的影响

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1、奥氏体化温度和时间对Cr12MoVNbRE冷作模具钢组织和性能的影响赵爱民1）汪志刚1）陈闪闪1）赵征志1）张宇光1，2）唐荻1)1）北京科技大学冶金工程研究院2）马钢股份有限公司技术中心汇报提纲前言新型D2钢成分设计与实验方法实验结果结论1前言开发一种新型的D2钢D2钢是一种高碳高铬莱氏体型冷作模具钢。广泛用于制作工模具。D2钢含碳量高，合金元素多，微观组织中存在大量的碳化物，脆性大。D2钢中液析碳化物数量多，液析碳化物粗大，易呈带状分布。D2钢变形抗力大，锻造和热轧时温度范围较窄，热机械加工性能差等。在传统的D2钢中加入适量的RE、Nb微合金元素，并进行工艺优化，实现：细化

2、：通过加入晶粒细化剂细化合金的凝固组织、控制锻造过程的动态再结晶和热处理过程中奥氏体晶粒的长大，实现晶粒细化；均匀化：通过加入稀土、氮等表面活性元素进行变质处理和合理控制锻造工艺参数，改善一次碳化物的分布和形貌，获得均匀分布的、细小的、近球状或团块状的一次碳化物，实现碳化物分布均匀化；净化：通过控制冶炼和电渣重熔工艺，有效去除合金中有害的夹杂物，实现合金液的净化；弥散强化：通过热处理工艺优化，获得马氏体基体上弥散析出钒、铌碳化物或氮化物，实现弥散强化。新型的D2钢设计思路：本文采用热膨胀和热处理实验，研究了奥氏体化温度和时间对这种新型D2钢的组织性能的影响情况。应用：森吉米尔轧

3、机工作辊。2新型D2成分设计与实验方法根据资料进行新型D2钢微合金化的成分设计。在传统普通的D2钢基础上加入适量的RE和Nb，并进行成分优化。1）含C量：常规D2钢的C含量选在1.40％～1.60％，考虑到森吉米尔轧机工作辊在使用过程中出现裂纹的现象，因此适当降低碳含量，取常规成分的下限，目标成分为1.40％～1.50％。2）含Cr量：Cr在D2钢中是主要的合金元素，一方面铬与碳结合形成M7C3型碳化物，获得一定数量的高硬度的碳化物相，另一方面固溶到奥氏体的中的铬可以显著提高钢的淬透性。Cr在11.0％～13.0％。目标成分为11.5％～13.0％。3）含Mo量:一般在0.7％

4、～1.2％，目标成分为0.8％～1.0％。3）含V量：适当增加V的含量，以获得更好的组织稳定性、细小的晶粒和高硬度弥散分布的二次碳化物，目标成分为0.7％～1.1％。4）含S、P量：S、P对钢的延伸、冲击韧性及热加工都十分不利。所以S、P控制在0.03％以内。。5）含Nb量:Nb是一种强碳化物形成元素，铌和碳的亲和力大于钒，在钢铁材料中常用铌进行微合金化，含铌的碳化物形成温度较高，可能在高温钢水中存在，而且其晶格常数与奥氏体相近，可以作为奥氏体的结晶核心，加入微量的铌可以细化凝固组织，另外在热处理过程中析出碳化铌一般呈细小弥散分布，有利于弥散强化，并且可以阻止高温奥氏体长大。不

5、同的钢种加入铌的量是不相同的，目前尚未发现在D2钢中加入铌的系统研究工作，因此本实验设计了铌为：0.05～0.30％。6）RE加入量:在钢中加入稀土可以取到脱氧、净化和细化作用，改善夹杂物的形态和分布，提高合金的力学性能、抗热疲劳和高温抗氧化性能等，根据一般钢中加入的RE量，本项目确定加入混合稀土，加入量为处理钢水重量的0.15％。采用Nb进行微合金化，细化晶粒，采用RE元素进行变质处理，有效控制液析碳化物的形貌。表1试验用钢的化学成分CSiMnPSCrMoVNbRE*1.4~1.5<0.6<0.5<0.03<0.0311.5~13.00.8~1.00.7~1.10.05~0.

6、300.05~0.1实验方法采用感应电炉冶炼，再经过电渣重熔成铸锭，锻造成100mm×100mm×35mm的坯料。采用D100型热膨胀仪上测量相变点，试样尺寸为φ2×13mm。热处理实验：在锻坯上取10mm×10mm×5mm的小样若干放入瓷舟中，再一起放到电阻式加热炉中加热，分别保温不同的温度和时间后取出进行淬火。硬度测量采用HR150D型洛氏硬度计，按照国标GB/T230－91在每块试样上测4～5个点，最终取其平均值。金相实验：采用8%硝酸酒精侵蚀金相试样表面，再利用OM和SEM手段观察其显微组织。3实验结果1）冷却速度对Ｄ２钢相变点的影响热膨胀试验：利用DIL805热膨胀仪

7、奥氏体化温度选择为1020℃，保温２0分钟，后按不同的冷却速度冷却至室温，分析冷却速度对组织类型的影响典型连续冷却转变曲线及相变点温度测量结果如下HT/℃冷速℃/s铁素体加珠光体马氏体转变Ps/℃Pf/℃Bs/℃Bf/℃Ms/℃Mf/℃10200.017677280.057306660.17106503882992531690.33682832510.531128023012792652100.05℃/s0.1℃/s（OM）（SEM）0.3℃/s0.5℃/s（OM）（SEM）2）奥氏体化温度