火焰淬火模具钢工艺研究及生产应用

火焰淬火模具钢是为第二汽车制造厂研制开发的新型冷作模具钢。它是在参照国外火焰淬火模具钢SX-105V的基本上研制成功的。

    火焰淬火模具钢7CrSiMnMoV主要用于汽车、机床、电器、仪表等行业作为冲压钢板、修边、冲孔、成型等模具，也可以作胶木模、陶木模、切边模、切条剪力等模具材料。近年来，又用于机床导轨、压碎机滚筒用钢、范围在逐渐拓宽。该钢种由于是淬硬钢，具有良好的强度与韧性的配合，淬火温度范围宽，热处理变形小，易于加工切削，安全可靠，还可以广泛用于模具的修复。为了满足用户对小型棒材和特小型圆棒材的需求，在测定模具钢7CrSiMnMoV的热变形工艺参数的前提下，改变了原有工艺，将生产小圆棒材先锻开坯再轧开坯再成材改为直接轧制成材。

   1  试验材料和方法

    1.1  试验室变形抗力测试

    利用自行设计研制的多功能变形抗力测试机，对45钢、H13、LD（7Cr7Mo2V2Si)、7CrSiMnMoV、Cr12MoV、D2（Cr12Mo1V1)等钢种进行了变形抗力的测试和研究。利用试样在高温状态下受一定冲击力的作用而导致变形，并根据钢号-温度-轴向变形率曲线，计算其试样的变形抗力系数和抗氧化烧损率。试验用φ25、H=40mm的小圆柱试样共测定了790、800、900、950、1000、1100、1180℃温度级，外界给定能量为1281.1J，主要测定轴间变形率，其精确定为≤1.0%。

    1.2  实际热加工试验方案

   （1）试验用钢化学成分（表1）。

   （2）试验钢锭轧、锻开坯加热工艺（表2）

           表1  试验钢成分%

 

元素	C	Si	Mn	P	S	V	Cr	Mo	Cu	Ni	W
成分	0.70	1.03	0.27	0.017	0.011	0.19	0.97	0.25	0.08	0.06	0.04

                 表2  试验钢锻、轧加热工艺

工序	入炉温度 /℃	加热温度 /℃	总加热时间 /h	终轧锻锻温度/℃	冷却
锻开坯	<900	1160-1180	>6		堆冷
轧开坯	<900	1160-1180	>5		坑缓
坯轧成材	<900	1160-1180	>2	850-900	砂缓

（3）检验
    试样取样数量：断口试样3个；退火硬度试样3个；淬火硬度试样2个；脱碳层试样3个。
    110mm方轧（坯）材检验要求：按试协189-96执行。
    2  试验结果和分析
    2.1  试验钢变形抗力结果和分析
     用试样在高温受力后轴间变形率和相对45钢的变形因数来表示试验钢的变形抗力，试验结果见表3和表4。可见。7CrSiMnMoV模具钢与其它钢种的变形抗力在800?1180℃范围内（即锻、轧加工变形范围）随温度的升高而降低（轴间变形率增加）。7CrSiMnMoV钢的变形抗力仅略高于45钢，在900?1000℃的范围内几乎与45钢接近，所以，7CrSiMnMoV钢具有良好的热加工性能，同时7CrSiMnMoV钢的终轧（锻）温度可适当降低，即控制在850℃左右为宜。
                   表3  温度?钢号?轴间变形率关系

针对轧钢厂的设备状况和生产经验，选择在500或600mm轧机上生产90?110mm方坯及在430或330mm轧机上生产φ50?80mm规格圆材是可行的，其变形抗力不会对轧机造成破坏或影响轧机的正常扎制。

   2.2  实际热加工组织和力学性能

      扎制φ60mm圆材的成材率75.25%。低倍检验φ60mm轧材结果：中心疏松、一般疏松、锭型偏析均为0.5级，轧材经（800±10）℃保温4?6h退火后（以30℃/h冷却速度冷至650℃，出炉空冷）布氏硬度：中心217HB，边沿229HB。φ60mm轧材在不同工艺下淬火硬度见表5。淬火组织为淬火马氏体。

           表5  φ60mm轧材淬火工艺及淬火硬度/HRC

淬火工艺	心部	边部	1/4R
（900±10）℃空冷	55	59	55
（860?880±10）℃油淬 （热油≥80℃）	64	64	64
860℃×37min油淬	62-63	62-64
900℃×35min空冷	62-63	60-63
900℃×70min空冷	55	59
880℃×40min油淬	64	64	64
轧后500℃×30min炉冷		58