熱加工工藝對(duì)Cr12MoV鋼的共晶碳化物影響

■ 孫秀華，康愛軍，曹 瑩，曹麗紅，馮淑玲

Cr12MoV冷作模具鋼C含量1.5%，Cr含量達(dá)到12%，屬萊氏體鋼，組織中含有大量的共晶碳化物呈不均勻分布，若不均勻性嚴(yán)重，將造成模具在鍛造或熱處理時(shí)開裂、過熱及變形，并使模具在使用過程中易出現(xiàn)崩裂等缺陷，生產(chǎn)時(shí)必須加以工藝控制使其細(xì)小、均勻分布。為研究熱加工工藝對(duì)共晶碳化物的影響，本文從加熱溫度、鍛造方式及鍛造變形比三個(gè)方面對(duì)共晶碳化物的不均勻性進(jìn)行對(duì)比分析，確定影響共晶碳化物的主要因素，以便更好地指導(dǎo)生產(chǎn)。

表1 試驗(yàn)用料的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 試驗(yàn)工藝

1.試驗(yàn)用料及方法

試驗(yàn)用料采用EAF+LF+VD冶煉，模鑄1.2t八角錠（頭部 440mm/尾 部 360mm/高度1200mm）和6.3t矩形錠（頭部891mm×655mm/尾部800mm×510mm/高度1580mm），快鍛機(jī)鍛制120～240mm×310～610mm扁鋼。試驗(yàn)用料化學(xué)成分如表1所示。

試驗(yàn)工藝如表2所示。試驗(yàn)后，在相當(dāng)于鋼錠頭部的扁鋼橫截面對(duì)角線1/4處切取縱向試樣，經(jīng)研磨拋光后制成金相試樣，用4%硝酸酒精溶液腐蝕，根據(jù)GB/T14979標(biāo)準(zhǔn)中第四評(píng)級(jí)圖對(duì)共晶碳化物的不均勻性進(jìn)行分析及評(píng)定。

2.試驗(yàn)結(jié)果及分析討論

Cr12MoV鋼鑄造態(tài)的共晶碳化物形貌如圖1a、圖1b所示，鋼錠結(jié)晶時(shí)沿晶界呈魚骨狀析出，掃描電鏡面掃描和能譜分析結(jié)果如圖2所示，主要以Cr為主，其次是Fe，并含有少量的Mo和V，熱加工后將沿變形方向不均勻分布，根據(jù)熱加工工藝不同呈帶狀和網(wǎng)系分布，如圖1c、圖1d所示，因此，熱加工工藝對(duì)共晶碳化物是否均勻分布起決定作用，針對(duì)加熱溫度、鍛造方式及鍛造變形比對(duì)共晶碳化物的影響進(jìn)行了試驗(yàn)。

（1）加熱溫度對(duì)共晶碳化物的影響 采用6.3t錠第1組和第2組工藝進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，鍛造扁鋼規(guī)格1為160mm×610mm，規(guī)格2為200mm×610mm，共晶碳化物如圖3所示，按第1組工藝經(jīng)過1200℃×15h加熱后，共晶碳化物似鑄造態(tài)形貌呈魚骨狀，而按第2組工藝沒有經(jīng)過1200℃×15h加熱，鑄造態(tài)魚骨狀的共晶碳化物被破碎呈網(wǎng)狀分布。可見，加熱溫度過高達(dá)到1200℃且長(zhǎng)時(shí)間保溫，共晶碳化物溶解，熱加工時(shí)隨著溫度的降低又呈魚骨狀析出，若采用1150℃加熱，鑄造態(tài)的共晶碳化物通過鍛造被破碎，所以，熱加工時(shí)加熱溫度不易過高，溫度過高反而會(huì)加重共晶碳化物的析出，其加熱的目的是獲得良好的塑性保證鍛造加工即可。

圖1 Cr12MoV鋼鑄造態(tài)和熱加工后的共晶碳化物

圖2 Cr12MoV鋼的共晶碳化物掃描電鏡面掃描和能譜分析結(jié)果

圖3 不同加熱工藝的共晶碳化物

圖4 不同鍛造工藝的共晶碳化物

（2）鍛造方式對(duì)共晶碳化物的影響 魚骨狀的共晶碳化物通過鍛造可以破碎，合理的鍛造工藝可以使其充分破碎而得到改善。為此，采用1.2t錠第2、3、4、5組工藝對(duì)鍛造方式進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，鍛造扁鋼規(guī)格為120mm×310mm，共晶碳化物如圖4所示。

文獻(xiàn)指出鐓粗對(duì)共晶碳化物的改善效果不如拔長(zhǎng)顯著。由圖4a、圖4b可見，采用直接拔長(zhǎng)的共晶碳化物沿變形方向伸長(zhǎng)且破碎呈條帶狀分布；由圖4c、圖4d可見，采用一次鐓拔的共晶碳化物沿變形方向呈封閉拉長(zhǎng)網(wǎng)狀，且堆積嚴(yán)重處仍呈魚骨狀。由于鋼料鐓粗后橫截面積變大而長(zhǎng)度變短，在隨后沿長(zhǎng)度方向拔長(zhǎng)時(shí)變形較小，共晶碳化物不易破碎，故采用直接拔長(zhǎng)對(duì)共晶碳化物破碎要好于一次鐓拔。理論上講，只有經(jīng)過多次鐓拔的共晶碳化物才能得到改善，對(duì)于不同鋼錠及鍛造尺寸，需要的鐓拔次數(shù)也不同，而實(shí)際生產(chǎn)中，多次鐓拔弊端較多，氧化、脫碳嚴(yán)重且效率低等，所以，兼顧考慮采用直接拔長(zhǎng)為宜。

另外，由圖4還可見，單道次壓下量100～80mm的共晶碳化物沿變形方向比50～30mm的明顯伸長(zhǎng)，且顆粒較小，這是由于增大壓下量，內(nèi)部易鍛透，可使內(nèi)部粗大的共晶碳化物得到破碎，所以，鍛造時(shí)盡可能采用大壓下量，有利于共晶碳化物的破碎。

（3）鍛造變形比對(duì)共晶碳化物的影響 一般來說，鍛造方式反映的是共晶碳化物的微觀變化，而鍛造變形比反映的是共晶碳化物的宏觀變化。采用第5組工藝進(jìn)行不同鍛造變形比對(duì)共晶碳化物的影響試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2、共晶碳化物如圖5所示，相同鋼錠，隨著鍛造變形比的增大，共晶碳化物級(jí)別降低且顆粒小，相同鍛造變形比，小鋼錠的共晶碳化物級(jí)別低且顆粒小。

由表3、圖5可見，一方面，共晶碳化物與鍛造變形比有關(guān)，鍛造變形比越大則共晶碳化物就越易被破碎，級(jí)別越低；另一方面，共晶碳化物還與鋼錠大小有關(guān)，小鋼錠的級(jí)別低，大鋼錠的級(jí)別高。這是因?yàn)楣簿蓟锸卿撳V凝固時(shí)形成的萊氏體組織，小鋼錠細(xì)小，大鋼錠粗大，大鋼錠雖增大了鍛造變形比，但原始鑄造態(tài)的共晶碳化物粗大，不易被破碎。因此，實(shí)際生產(chǎn)中，必須兼顧鋼錠大小和鍛造變形比，才能使共晶碳化物得到有效改善，避免大鋼錠、大鍛造變形比卻獲得相對(duì)較差的共晶碳化物。

圖5 不同鍛造變形比的共晶碳化物

表3 不同鍛造變形比對(duì)共晶碳化物的影響試驗(yàn)結(jié)果

3. 結(jié)語(yǔ)

（1）Cr12MoV鋼的加熱溫度過高達(dá)到1200℃且長(zhǎng)時(shí)間保溫，共晶碳化物溶解，熱加工時(shí)隨著溫度的降低又呈魚骨狀析出而加重，不宜采用高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱的方法使共晶碳化物改善。

（2）Cr12MoV鋼的共晶碳化物通過破碎的方法可以得到改善，隨著鍛造壓下量的增大和變形比的增加，共晶碳化物的被破碎效果愈好。

（3）實(shí)際生產(chǎn)中，Cr12MoV鋼的共晶碳化物改善一次鐓拔不如直接拔長(zhǎng)效果好，多次鐓拔可有所改善，但氧化、脫碳嚴(yán)重且效率低，宜采用直接拔長(zhǎng)的鍛造方法，并兼顧鋼錠大小、壓下量和變形比可獲得理想的共晶碳化物。