火焰淬火模具鋼工藝研究及生產應用

火焰淬火模具鋼是為第二汽車制造廠研制開發的新型冷作模具鋼。它是在參照國外火焰淬火模具鋼SX-105V的基本上研制成功的。
火焰淬火模具鋼7CrSiMnMoV主要用于汽車、機床、電器、儀表等行業作為沖壓鋼板、修邊、沖孔、成型等模具，也可以作膠木模、陶木模、切邊模、切條剪力等模具材料。近年來，又用于機床導軌、壓碎機滾筒用鋼、范圍在逐漸拓寬。該鋼種由于是淬硬鋼，具有良好的強度與韌性的配合，淬火溫度范圍寬，熱處理變形小，易于加工切削，安全可靠，還可以廣泛用于模具的修復。為了滿足用戶對小型棒材和特小型圓棒材的需求，在測定模具鋼7CrSiMnMoV的熱變形工藝參數的前提下，改變了原有工藝，將生產小圓棒材先鍛開坯再軋開坯再成材改為直接軋制成材。
1 試驗材料和方法
1.1 試驗室變形抗力測試
利用自行設計研制的多功能變形抗力測試機，對45鋼、H13、LD（7Cr7Mo2V2Si)、7CrSiMnMoV、Cr12MoV、D2（Cr12Mo1V1)等鋼種進行了變形抗力的測試和研究。利用試樣在高溫狀態下受一定沖擊力的作用而導致變形，并根據鋼號-溫度-軸向變形率曲線，計算其試樣的變形抗力系數和抗氧化燒損率。試驗用φ25、H=40mm的小圓柱試樣共測定了790、800、900、950、1000、1100、1180℃溫度級，外界給定能量為1281.1J，主要測定軸間變形率，其精確定為≤1.0%。
1.2 實際熱加工試驗方案
（1）試驗用鋼化學成分（表1）。
（2）試驗鋼錠軋、鍛開坯加熱工藝（表2）
表1 試驗鋼成分%

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 試驗鋼鍛、軋加熱工藝

工序	入爐溫度 /℃	加熱溫度 /℃	總加熱時間 /h	終軋鍛鍛溫度/℃	冷卻
鍛開坯	<900	1160-1180	>6		堆冷
軋開坯	<900	1160-1180	>5		坑緩
坯軋成材	<900	1160-1180	>2	850-900	砂緩

（3）檢驗
試樣取樣數量：斷口試樣3個；退火硬度試樣3個；淬火硬度試樣2個；脫碳層試樣3個。
110mm方軋（坯）材檢驗要求：按試協189-96執行。
2 試驗結果和分析
2.1 試驗鋼變形抗力結果和分析
用試樣在高溫受力后軸間變形率和相對45鋼的變形因數來表示試驗鋼的變形抗力，試驗結果見表3和表4?？梢?。7CrSiMnMoV模具鋼與其它鋼種的變形抗力在800?1180℃范圍內（即鍛、軋加工變形范圍）隨溫度的升高而降低（軸間變形率增加）。7CrSiMnMoV鋼的變形抗力僅略高于45鋼，在900?1000℃的范圍內幾乎與45鋼接近，所以，7CrSiMnMoV鋼具有良好的熱加工性能，同時7CrSiMnMoV鋼的終軋（鍛）溫度可適當降低，即控制在850℃左右為宜。
表3 溫度?鋼號?軸間變形率關系

溫度/℃	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 鋼號變形系數（以45鋼為比較對象）

溫度/℃	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

針對軋鋼廠的設備狀況和生產經驗，選擇在500或600mm軋機上生產90?110mm方坯及在430或330mm軋機上生產φ50?80mm規格圓材是可行的，其變形抗力不會對軋機造成破壞或影響軋機的正常扎制。
2.2 實際熱加工組織和力學性能
扎制φ60mm圓材的成材率75.25%。低倍檢驗φ60mm軋材結果：中心疏松、一般疏松、錠型偏析均為0.5級，軋材經（800±10）℃保溫4?6h退火后（以30℃/h冷卻速度冷至650℃，出爐空冷）布氏硬度：中心217HB，邊沿229HB。φ60mm軋材在不同工藝下淬火硬度見表5。淬火組織為淬火馬氏體。
表5 φ60mm軋材淬火工藝及淬火硬度/HRC

淬火工藝	心部	邊部	1/4R
（900±10）℃空冷	55	59	55
（860?880±10）℃油淬 （熱油≥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
軋后500℃×30min爐冷		58

2.3 實際應用
應用戶要求又試軋制110mm方坯材，投入鋼錠20.16t，實際方坯（材）17.00t，成坯材率84.32%，試軋制過程中，依試協過程中，8-84規定，也取樣進行了檢測，與試軋制φ60mm材效果相同。
經濟效益分析：φ60mm軋材投入鋼錠1.309t，軋制成坯1.12t，軋制成材0.985t，從錠到材成材率為85.25%，軋材的單位利潤為1200元/t ；軋制110mm方坯投入鋼錠64支計20.16t，軋成方坯128支計17.00t，成材率84.32%，單位利潤1300元/t，兩批總計18.00t，實際利潤24714.42元。
對于用戶來說，僅從減少加工次數、降低成本、節約用料來看，每年用戶可減少30?50%的消耗，經濟效益和社會效益都是可觀的（表6）。以軋帶鍛可行，應當推廣，這是首特公司20多年來在模具鋼成材規格上的突破，滿足了用戶的要求，也為今后軋制模具鋼扁材提供了經驗。將逐步擴大對718、P20等鋼種大規格軋材的試軋制，有條件時也可進行H13鋼太軋坯、大軋材的研制。
表6 用戶使用情況

使用單位	使用部位模具	加工物件	壽命情況
二汽沖模廠	落料沖孔模	5mm原汽車前栓桿支架	比T10提高1.2倍
手表廠	落料模	6.8mm原表殼	比Cr12MoV提高0.5倍
汽車燈具廠	落料沖孔模	0.8mm汽車工作燈料	比Cr12MoV提高5倍
上海延鋒汽車內飾廠	拉延模、落料模	汽車駕駛手柄等件	比Cr12、Cr12MoV有所提高
嘉陵工業股份公司	落料模、切邊模、沖孔模、剪切、成形模	每副模具平均用料	500kg/副
上材所	拉伸模、薄板沖裁模		比T10、Cr12有所提高
四川汽車制造廠			比Cr12MoV好

3 結語
火線淬火模具鋼7CrSiMnMoV是一種發展前景良好、用戶滿意、社會經濟效益可觀的新產品，它可以縮短模具鋼制造周期和節約能源消耗，模具鋼生產效率提高5?10%，成本降低15%左右，熱處理電能節約30%左右，模具鋼壽命提高一倍以上，在冷作模具鋼系列中，應當大力推廣和應用7CrSiMnMoV。

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