一种消除H13钢碳化物带状偏析的方法与流程

　　

　　本发明涉及一种应用于大型h13模块的锻造和热处理的工艺方法，尤其是一种消除h13钢碳化物带状偏析的方法。

　　背景技术

　　h13模具钢中的合金元素含量达到8％左右，大量的合金元素的添加使共析点左移，h13模具钢属于过共析钢，碳及合金元素的严重偏析，特别是铬、钒元素的作用，使得该钢在凝固过程中出现不平衡的亚稳定共晶碳化物。目前很多国内生产的h13模具钢退火态心部组织存在粗大的共晶碳化物和成分偏析，二次碳化物聚集在晶界处，并且在局部地方连成链状碳化物，而共晶碳化物和二次碳化物在晶界聚集对模块的冲击韧度影响很大。

　　h13模具钢碳化物带状偏析是国产h13钢普遍存在的问题。碳化物带状偏析和偏析带中的大块共晶碳化物直接影响h13模具钢的使用寿命。国内外一般采用钢锭直接高温扩散进行改善。锻钢厂原来采用钢锭高温扩散，带状偏析时好时坏，质量很不稳定。图1和图2为现有技术生产出来的h13钢的带状组织。按照北美压铸模金相标准nadca#207-2003图谱(图3)评定为第二列和第三列。

　　现有技术1：《钢铁研究学报》2012年4月(第24卷第四期47-52页)《h13钢带状偏析演化规律研究》：针对h13钢中普遍存在的带状偏析现象，利用金相显微镜及sem研究了h13钢不同状态带状偏析的演化规律。研究结果表明，h13钢退火态的带状偏析由枝晶偏析的热变形引起，表现为碳化物的球化程度、颗粒大小及分布的不均匀；退火组织的不均匀性直接影响h13淬火、回火态组织均匀性，且退火组织东锜属元素分布的不均匀及偏析带中存在的一次液析共晶碳化物一直保留到钢的回火状态，影响了h13钢的等向性；良好的退火组织是制造高品质h13热作模具钢的关键因素。

　　现有技术2：《苏州金属》2005年11月(第27卷第6期39-41页)《h13钢的带状组织及其消除方法》：通过对h13钢进行高温淬火和高温退火处理，研究了不同温度、不同冷速对带状组织的影响，得出采用高温奥氏体化处理和快速冷却的方法可减轻和消除带状组织。

　　现有技术1中对h13钢不同状态带状偏析的演化规律进行了研究，认为带状偏析是由枝晶偏析的热变形引起，表现为碳化物的球化程度、颗粒大小及分布的不均匀，并影响h13钢的等向性。现有技术2研究了h13钢在不同温度、不同冷速对带状组织的影响，提出了采用高温奥氏体化处理和快速冷却的方法可减轻和消除带状组织。

　　但是以上现有技术虽然能改善带状组织但是并不明显。

　　碳化物带状僦析是国产h13钢普遍存在的质量问题，其形成原因是由于碳和台金元素沿锻轧万向的偏析所引起。在钢锭冷却时，飘液中分配系数小于1的合金元素和杂质元素不断从树枝晶析出，因而这类元素在树枝晶间区域的浓度明显高于树枝晶内的浓度。由于这种微观结晶偏析，在枝晶间最后凝固的部分富集着碳和合金元素，凝固后形成大量的碳化物，在锻轧过程中它逐步沿热加工万向延伸成带状。碳元素分布越不匀，带状偏析越严重。带状偏析对h13钢芯棒的使性能有很大影响。由于带状组织相邻带的显微组织不同，淬回火后在带之间会产生应力集中。带状扁析的存在会适成材的冲击韧性，塑性和断裂韧性等降低，并具有显的各向异性，而且碳化物集聚区域(高碳马氏体区)最易成为疲劳裂纹源。因此，对芯棒材料要严格控制碳化物带状偏析。

　　严重的碳化物带状扁析，仅用一般的奥氏体匀化退火或正火无法消除，必须加热到更高温度进行匀化处理才能改善和消除。但温度过高，时间过长，氧化会很严重。

　　技术实现要素：

　　针对背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种实施后能明显改善带状组织的消除h13钢碳化物带状偏析的方法。

　　为达到上述目的，本发明设计的一种消除h13钢碳化物带状偏析的方法，其特征在于：按照成材率选择锭型；以镦粗比/拔长比≤2为原则制定镦拔工艺，并在最后一火回烧预留1.3～1.7的锻比且停锻温度控制在850℃～900℃；锻造加热温度为1250℃，保温时间t＝材料的厚度或直径/a，57mm≤a≤65mm；延长过程坯回烧时间至3.5小时以上；锻造完成后进行双细化处理。

　　优选的，成材率的范围为73％～83％。

　　优选的，最后一火回烧的预留锻比为1.5。

　　优选的，锻造加热过程为：以升温速度≤60℃/h升温至650℃后保温2小时，以升温速度≤80℃/h升温至850℃后保温4小时，以升温速度≤100℃/h升温至1250℃。

　　本发明的有益效果是：1.根据锻件规格尽量选用小锭型，锭型越小，枝晶偏析越轻微，同时可以避免单方向拔比太大，进而减轻带状偏析。2.预留1.5的锻比且控制停锻温度控制在850℃～900℃能够避免晶粒粗大。3.提高锻造温度和高温保温时间，利于金属元素的扩散，减少偏析。4.强化了过程坯的回烧，延长了过程坯的回烧时间，使得金属元素能充分的扩散。5.锻造后进行双细化处理，能够消除因锻造后冷却过程中产生的网状碳化物并细化晶粒。

　　为了消除h13钢碳化物带状偏析，现有技术一般对钢锭采用长时间高温保温进行均质化处理，但是这种处理容易产生过热过烧等问题。而本申请注重过程坯的回烧，钢锭经过锻造后，铸态组织得到改善，再进行高温均质化处理，不易过热过烧。同时，缩孔、疏松基本闭合，更利于原子扩散，高温匀质化处理更有效，可以缩短高温匀质化时间。

　　附图说明

　　为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

　　图1和图2为现有技术生产出的h13钢的带状组织图；

　　图3是带状组织标准图谱；

　　图4是本发明锻造加热过程；

　　图5和图6为利用本申请制造的h13钢的带状组织图。

　　具体实施方式

　　下面通过图4～图6以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

　　h13钢如何制造变成产品的步骤在本申请不赘述，本申请仅仅针对现有技术生产h13钢的过程有改进的地方进行阐述，而这些措施不一定是按照时间顺序逐步进行。

　　针对现有技术生产制造h13刚存在带状偏析的问题，本发明设计的一种消除h13钢碳化物带状偏析的方法，采取的技术手段有：

　　1.合理选用锭型。根据锻件规格尽量选用小锭型，一般按照73％～83％的成材率选择锭型，锭型越小，枝晶偏析越轻微，同时可以避免单方向拔比太大，进而减轻带状偏析。例如需要产出3吨钢材，控制成材率为75％，那么选择4吨的锭型；还有一种情况是要产出两块3吨钢材，可以选择7.5吨的锭型，成材后一分为二。

　　2.合理指定变形制度。镦粗比与拔长比相匹配，以镦粗比/拔长比≤2为原则，制定具体的镦拔工艺。

　　3.预留锻比。一般需要经过三墩三拔锻造过程，在最后一火回烧预留1.3～1.7的锻比，优选的，预留1.5的锻比，并且停锻温度控制在850℃～900℃能有效的避免晶粒粗大。

　　4.提高锻造温度及高温保温时间。锻造加热温度提高至1250℃，保温时间t＝材料的厚度或直径/a，57mm≤a≤65mm，进行高温匀质化处理。锻造加热制度如图4所示，以升温速度≤60℃/h升温至650℃后保温2小时，以升温速度≤80℃/h升温至850℃后保温4小时，以升温速度≤100℃/h升温至1250℃。优选的，a＝60mm。

　　5.强化过程坯的回烧。过程坯回烧时间延长至3.5小时以上，让合金元素充分扩散。

　　6.锻造完成后双细化处理，消除因锻造后冷却过程中产生的网状碳化物及细化晶粒。