消除厚度≥100mmXF2311模具钢心部残余奥氏体工艺改进

时间：2024-11-06

王琨铭，刘小林，熊文名，董富筠，廖桑桑，王鹏

（新余钢铁集团有限公司，江西新余 338001）

近年来，终端客户陆续向新钢公司提出了多起关于厚度≥100mmXF2311模具钢分段切锯时，因钢板心部组织不均匀，导致锯条断裂要求退货的质量异议。通过分析问题钢板心部组织，发现其心部存在一定的残余奥氏体。钢板心部残余奥氏体在钢板切锯时，其热膨胀系数与钢板基体组织相差较大，从而导致刀片变形，是锯条断裂的主要原因。为了减少质量异议，消除钢板心部残余奥氏体是唯一可行的办法。

1 生产工艺流程和主要技术参数

（1）生产工艺流程。为了提高探伤合格率，减少钢板心部疏松，改善内部质量，对于厚度≥100mmXF2311模具钢，选取新钢公司自主研发的415mm断面连铸坯进行生产，其具体生产工艺如下：铁水～转炉～LF精炼～真空～连铸～热装热送～加热～轧制～堆冷～探伤～切割～定尺～硬度检测～入库～发货。

（2）化学成分和性能要求。XF2311的化学成分及性能要求见表1和表2。

表1 XF2311模具钢成分%

表2 XF2311性能要求HRC

（3）工艺控制参数。为确保钢板心部质量，避免钢板轧制后出现探伤不合格现象，坯料冶炼时，连铸过程至关重要，浇注前必须停开机检查铸机弧度、开口度和清理喷枪。确保铸机精度达到要求，二冷喷嘴无堵塞。轻压下使用正常，确保连铸机各设备状况良好。使用专用保护渣，连铸保护浇铸必须满足工艺要求。浇铸时必须保证恒拉速。板坯加热方面，由于该钢种含碳量和合金量较高，钢坯采用热装热送进炉，加热温度1200℃～1260℃。轧制时降低坯料咬钢速度，采用高温再结晶方式轧制，终轧温度950℃～1050℃。轧完后钢板开至冷床，钢板在冷床上间距1米冷却，下线温度控制在280℃～330℃堆冷。堆冷48小时后，按相应热处理工艺进行回火。回火后，带温对钢板进行切割定尺，避免冷切后钢板端部出现延迟裂纹。

2 残余奥氏体产生原因

厚度≥100mmXF2311模具钢心部残余奥氏体的产生主要来源于钢板轧制后的冷却过程。空冷时钢板表面组织因热交换比较快，组织转变较为完全，主要转变为贝氏体，而钢板心部温降较表面慢，不能将组织完全转变为贝氏体，其组织中依然存在有少量奥氏体，这部分未发生组织转变的奥氏体称为残余奥氏体[1]。

3 消除残余奥氏体实验

（1）实验方案。为探索消除钢板心部残余奥氏体机理，从XF2311模具钢连铸坯距上表面3mm轴线上截取尺寸为ф10mm×15mm圆棒试样8个利用Gleeble-3800热模拟试验机在实验室开展了多道次压缩试验。将变形后的试样沿轴心线锯开，分析锯切面的金相组织和洛氏硬度。其实验钢成分和实验方案如下表3和表4。

表3 XF2311实验模具钢成分%

（2）实验结果与分析。①硬度分析。按工艺1～8变形后的各试样心部洛氏硬度检测值见表5。

表5 实验样心部洛式硬度（HRC)

从表5可以看出，无论是高温再结晶轧制还是控制轧制，随着轧后保温温度的升高，其心部硬度均下降。不同变形方式下保温温度对硬度的变化规律：采取再结晶方式轧制，在325℃～400℃保温，硬度下降幅度达5.6HRC；采取控轧方式，在325℃～400℃保温，硬度下降幅度达6.1HRC。②金相分析。对各工艺试样的心部组织进行观察，组织照片分别见图1和图2。

图1 再结晶方式轧制时不同保温温度下的组织形态

表4 实验方案工艺

图2 再结晶方式轧制时不同保温温度下的组织形态

从金相分析结果看：①冷却速度3℃/s试样组织主要为马氏体组织，存在少量贝氏体；②控轧方式与再结晶方式相比，组织存在较大的差异：前者马氏体量更多，马氏体针细小，而后者马氏体量相对较少，马氏体针粗大。③轧后325℃～400℃保温，出现残奥组织，但保温温度不同，组织中残奥量也不同。两种变形方式325℃保温时，组织中残奥量最少。主要为试样心部残余奥氏体在室温下处于过冷状态，趋向于转化为铁素体加渗碳体的稳定状态转化。但在室温下，原子扩散能力很低，这种转化很困难，回火则促进组织转化。而回火温度对残余奥氏体的分解起决定性作用[2]。从图1和图2结果来看，保温温度325℃对于残余奥氏体转化最有利。结合实验室结果可以得出：若采用阶梯式升温回火工艺，实际生产过程中，炉内会发生温度串温现象，部分炉内温度段实际温度达不到设定温度，使整个炉内温度场不均，会影响钢板心部残余奥氏体分解。同时，在低温段存炉时间不足，亦会降低钢板心部残余奥氏体的分解。