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
温度/℃ |
45 |
7CrSiMnMoV |
LD |
Cr12MoV |
D2 |
800 |
0.129 |
0.101 |
0.081 |
0.076 |
0.066 |
900 |
0.149 |
0.145 |
0.106 |
0.082 |
0.069 |
1000 |
0.206 |
0.202 |
0.135 |
0.097 |
0.093 |
1100 |
0.237 |
0.230 |
0.183 |
0.143 |
0.119 |
1180 |
0.288 |
0.288 |
0.203 |
0.185 |
0.164 |
表4 钢号变形系数(以45钢为比较对象)
温度/℃ |
45 |
7CrSiMnMoV |
LD |
Cr12MoV |
D2 |
800 |
1.000 |
0.788 |
0.654 |
0.592 |
0.513 |
900 |
1.000 |
0.972 |
0.713 |
0.552 |
0.461 |
1000 |
1.000 |
0.980 |
0.654 |
0.472 |
0.448 |
1100 |
1.000 |
0.971 |
0.879 |
0.603 |
0.503 |
1180 |
1.000 |
0.915 |
0.642 |
0.585 |
0.519
|
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 |
|
2.3 实际应用
应用户要求又试轧制110mm方坯材,投入钢锭20.16t,实际方坯(材)17.00t,成坯材率84.32%,试轧制过程中,依试协过程中,8-84规定,也取样进行了检测,与试轧制φ60mm材效果相同。
经济效益分析:φ60mm轧材投入钢锭1.309t,轧制成坯1.12t,轧制成材0.985t,从锭到材成材率为85.25%,轧材的单位利润为1200元/t ;轧制110mm方坯投入钢锭64支计20.16t,轧成方坯128支计17.00t,成材率84.32%,单位利润1300元/t,两批总计18.00t,实际利润24714.42元。
对于用户来说,仅从减少加工次数、降低成本、节约用料来看,每年用户可减少30?50%的消耗,经济效益和社会效益都是可观的(表6)。以轧带锻可行,应当推广,这是首特公司20多年来在模具钢成材规格上的突破,满足了用户的要求,也为今后轧制模具钢扁材提供了经验。将逐步扩大对718、P20等钢种大规格轧材的试轧制,有条件时也可进行H13钢太轧坯、大轧材的研制。
表6 用户使用情况
使用单位 |
使用部位模具 |
加工物件 |
寿命情况 |
二汽冲模厂 |
落料冲孔模 |
5mm原汽车前栓杆支架 |
比T10提高1.2倍 |
手表厂 |
落料模 |
6.8mm原表壳 |
比Cr12MoV提高0.5倍 |
汽车灯具厂 |
落料冲孔模 |
0.8mm汽车工作灯料 |
比Cr12MoV提高5倍 |
上海延锋汽车内饰厂 |
拉延模、落料模 |
汽车驾驶手柄等件 |
比Cr12、Cr12MoV有所提高 |
嘉陵工业股份公司 |
落料模、切边模、冲孔模、剪切、成形模 |
每副模具平均用料 |
500kg/副 |
上材所 |
拉伸模、薄板冲裁模 |
|
比T10、Cr12有所提高 |
四川汽车制造厂 |
|
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比Cr12MoV好
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3 结语
火线淬火模具钢7CrSiMnMoV是一种发展前景良好、用户满意、社会经济效益可观的新产品,它可以缩短模具钢制造周期和节约能源消耗,模具钢生产效率提高5?10%,成本降低15%左右,热处理电能节约30%左右,模具钢寿命提高一倍以上,在冷作模具钢系列中,应当大力推广和应用7CrSiMnMoV。
火焰淬火模具钢工艺研究及生产应用
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