作者：马 野， 刘宝石， 牟 风， 祝仁龙(抚顺特种钢铁有限公司)

　　【引言】利用金相显微镜和冲击试验机，探讨了H13钢组织和物理性能的两种国内外高端优质热作模具。结果表明：由抚顺特钢制成的H13钢和瑞典8407钢一胜百， 对成分、 带状缩松、 对淬火组织和断裂韧性进行数据分析。由抚顺特钢制成的H13钢成分P含量小于瑞典1胜18407钢， 钢带状缩松8407略优， 在抚顺特钢H13钢淬火机构芯部可以看到一些网状碳化物， 冲击边比8407钢略好。

　　关键字：模具钢；锻造；显微组织；冲击性能

　　伴随着2001年中国加入WTO及其机械制造业的发展， 在中国，模具工业发展迅速， 同时也促进了模具钢的发展。模具加工技术实力高低， 已经成为考虑一个国家产品制造水平的重要标志， 因为磨具的质量在一定程度上决定了产品的质量， 效益和新产品开发水平， 磨具已成为工业生产的前提。此外， 随着模具工业的快速发展， 对于磨具材料的性能和使用寿命等，提出了更高的要求。所有的模具行业， 以压铸模为例，热作模具占有重要地位， 压铸件是一种精密成形工艺，其金属部件接近最终外观规格， 车辆发展迅速， 机械、 在电子等关键产业中占有重要地位， 需求日益增加。我们国家每年要压铸几十万吨模具， 价值数十亿元。汽车轻量化需要大量使用铝合金， 镁合金压铸件。各国都是机械制造业推动压铸业， 在中国汽车工业中，铸件的市场占比超过65%， 超过80%的发达国家，如日本。

　　热模钢主要用于制造金属或液态金属在高温条件下抑制成工件磨具， 在此过程中，将金属或液态金属加热至再结晶温度以下， 因此，冷作模具钢等其它类型的模具钢， 塑胶模具钢的性能指标差别很大。热模钢的碳含量一般为0.3%~0.6%， 添加钨，提高高温特性， 钼、 铬、 合金元素，如钒， 可以分为铬钼系热作模钢和铬系热作模钢等。20世纪80年代初，中国引进了美国开发的海外通用铬钼热作模具钢H13 (我们的钢号是4Cr5MoSiV1) ， 这种钢材由于淬透性强， 淬硬性、 国内外广泛使用强韧性和热疲劳抗力， 用于制造热挤压模具， 压铸模、 热锻造模具和塑料模具等， 热作模具钢是目前世界上应用最为广泛的一种。

　　伴随着模具技术的发展， 对模具钢的质量特性提出了更高的要求。早在20世纪80年代， 国外先进的模具钢生产企业， 首先，奥地利BOHLER提出开始高向性H13钢的研究、开发和生产， 依据超纯冶炼技术， 均质化技术和超细化解决方案大大提高了H13钢的等向性，从而大大提高了磨具的使用寿命。之后，日本大同特殊钢， 日立、 高周波， 高端优质H13钢，如瑞典UDDEHOLM， 走在世界前列。抚顺特钢发展高端优质H13钢；瑞典发展高端优质H13钢 (8407钢一胜百) ， 成为热作模具钢的优秀品牌。

　　瑞典1胜18407钢属于热作模钢， 属于铬、 钼、 钒合金工具钢， 钢组织结构均匀， 高纯度具有高耐磨性和高向性， 适用≤金属压铸模600℃工作， 挤压模等。

　　本文对国内外类似规格的H13钢高质量热作模具进行了两种质量数据分析研究， 涉及的钢种有抚顺特钢制造的H13钢， 8407钢，瑞典一胜百。抚顺特钢钢在本文中用于探索。 H13 钢， 锻造扁钢的规格为 350×600mm。生产工艺如下：真空精炼→电渣重熔→大型快锻机锻造人才→钢热处理。瑞典一胜百的8407钢，用于探索， 锻造扁钢规格为3500×650mm。

　　对于抚顺特钢生产的高品质热作模H13钢和瑞典1胜100。 8407 钢， 按照北美压铸协会NADCA#207-2008的要求， 带状缩松、 对淬火组织和断裂韧性进行数据分析。

　　4.1 成分

　　抚顺特钢高端优质H13钢在本文中用于探索， 锻造扁钢规格为3500×600mm。高品质H13钢锻造扁钢实验的化学成分如表1所示。

　　在这篇文章中，瑞典一胜百的8407钢被用来探索， 锻造扁钢规格为3500×650mm。8407钢锻造扁钢的化学成分见表2所示。

　　从表 1 和表 2 能够得知， 两种实验钢成分符合NADCA #207-2008规范， 各种钢材的特点是：抚顺特钢高端优质H13钢的Cr和V元素含量略高于瑞典8407钢。SS与钢的清洁度有关。、 P和气体含量两种比照材料也有差异， 大多为：①在抚顺特钢高端优质H13钢中，瑞典1胜18407钢的P成分为0.008%， 低于抚顺特钢高端优质H13钢的氧含量0.0010%；②在0.005%以下，抚顺特钢高端优质H13钢P成分低于瑞典1胜18407钢， 氮含量115ppm小于瑞典1胜18407钢， 氧气含量18ppm高于瑞典1胜18407钢。

　　4.2 带状缩松

　　带状缩松是决定热作模钢质量的重要因素之一， 因此，对比钢带状缩松机构的差异具有重要意义。在钢材凝固过程中，合金元素和碳的聚集形成的枝晶缩松在热膨胀过程中变长， 聚集杂带产生合金元素和碳， 在淬火过程中产生不同尺寸的颗粒， 杂带渗碳体偏聚， 试样垂直浸蚀后可见条带状缩松。在钢材凝固过程中，合金元素和碳的聚集形成的枝晶缩松在热膨胀过程中变长， 聚集杂带产生合金元素和碳， 在淬火过程中产生不同尺寸的颗粒， 杂带渗碳体偏聚， 试样垂直腐蚀后可以看到条状缩松。根据材料的尺寸规格特点，本实验 按照NADCA规范标准， 选用材料芯部， 1/4D和边缘带状组织进行数据分析， 如图1所示。

　　图1 对比试验钢的带状缩松机构 （50×）

　　a — —抚钢H13锻造扁钢芯部 b — —锻造扁钢芯部8407

　　c — —1/4D锻造扁钢H13 d — —1/4D锻造扁钢8407

　　e — —抚钢H13锻造扁钢边缘 f — —8407锻造扁钢边缘

　　根据合金成分观察， 从图 1 在中间可以看到， 按下NADCA #207-2008 规范图普， 符合可接受规范标准的抚顺特钢高端优质H13钢和瑞典8407钢带状缩松机构， 瑞典8407钢一胜百的带状缩松略好于抚顺特钢高档H13钢。

　　4.3 淬火机构

　　淬火显微组织是评价H13类钢材质量的关键依据之一， H13钢淬火显微组织在北美压铸模协会NADCA#207-2008优质钢标准中达到AS1-AS9标准。在淬火机构中，良好的淬火显微组织可以得到良好的马氏体组织， 可以扩大模具淬火温度范围， 降低超温敏感度， 减少磨具变形，避免淬火冷却裂纹的形成， 因此，对称球状珠光体机构既是球化机构， 对于热作模具的最终热处理和使用具有重要意义。本试验基于比照材料的尺寸规格特性， 按照NADCA规范标准， 选用材料芯部， 1/4D和边缘淬火组织进行数据分析， 如图2所示。

　　图2 对比试验钢的淬火组织 （500×）

　　a — —抚钢H13锻造扁钢芯部 b — —锻造扁钢芯部8407

　　c — —1/4D锻造扁钢H13 d — —1/4D锻造扁钢8407

　　e — —抚钢H13锻造扁钢边缘 f — —8407锻造扁钢边缘

　　从图2中可以看出， 高端优质H13钢抚顺特钢铁淬火显微组织等级， 材料芯部、 1/4D边缘定级为AS4。、AS3 和 AS3， 瑞典一胜百胜 8407 钢铁淬火显微组织等级， 材料芯部、 AS31/4D和边缘定级、 AS3和AS3， 两种实验钢的淬火机构优良， 渗碳分布均匀弥漫， 钢材芯部、 1/4 D和边缘淬火机构的等级基本一致。两种试验钢的区别大多是：在瑞典8407钢淬火组织中，1胜100， 在抚顺特钢高端优质H13钢淬火组织中，芯部可见轻度渗碳体缩松， 核心部分可以看到一些网状碳化物。