H13钢的带状组织及其消除方法
钢材带状组织的产生原因及消除方法
钢材带状组织的产生原因及消除方法钢材存在的带状组织是常见的一种缺陷，然而带状组织缺陷问题却影响了钢铁公司的正常生产经营，一方面在公司内部发生了相当数量的由于带状组织不合所造成的废品，另一方面顾客用户提出产品质量异议，导致退货或索赔，这些都给企业产品信誉和经济效益带来了相当大负面影响。
研究证明亚共析钢冷却室温后，显微组织均是由铁素体和珠光体组成，经完全退火的亚共析钢，它的显微组织由铁素体与珠光体组成，正常情况下根据钢的含碳量按一定比例以无规律的混合状态存在，钢的含碳量越高，则珠光体量越高，而铁素体量越少，在热轧钢材上获取与轧制方向平行的截面上的试样，显微组织往往能看到沿轧制方向延伸了的交替排列的带状铁素体与带状珠光体的组织，这种组织在合金钢中最常见。
1 带状组织的成因和影响1）钢中除C以外的合金元素和杂质的偏析，是形成带状组织的原因。
因钢液在铸锭结晶形成的化学成分是不均匀分布的枝晶组织，铸锭中的粗大枝晶在轧制时沿变形方向被拉长并逐渐与变形方向一致，因此形成碳等元素的贫化带。
当钢中含有硫等害杂质时，因硫化物凝固温度较低，凝固时多分布在枝晶间隙，压延时杂质沿压延方向延伸，当钢材冷Ar3（冷却时奥氏体开始析出游离铁素体的温度）以下时，这些杂质就形成了铁素体形核的核心使铁素体形态呈带状分布，当温度继续降低时，珠光体在余下的奥氏体区域中形成，也相应地成条状分布，形成带状组织，成分偏析越严重，形成的带状组织也越严重；2）因钢材热加工温度不当引起。
钢材在热加工停锻温度（在停锻时锻件的瞬间温度）低于二相区时（Ar1（冷却时奥氏体向珠光体转变开始温度）和Ar3之间），此时铁素体沿着金属流动方向从奥氏体中呈带状析出，还没有分解的奥氏体被割成带状，当冷却到Ar1时带状奥氏体转化为带状珠光体。
人们了解到这一点已相当久了。
但是却没有弄明白偏析元素是通过什么样的机理使铁素体与珠光体成析出的。
某XX公司技术部门对各种偏析层的试样进行了研究，提出了关于带状组织成因的如下推测。
低碳钢零件中带状组织的成因及其危害、避免与消除工艺设计
低碳钢零件中带状组织的成因及其危害、避免与消除工艺设计摘要：分析了低碳钢零件在热加工过程中形成带状组织的主要原因，讨论了带状组织的存在对低碳钢零件性能的影响，推导通过控制热加工冷却速度消除带状组织的冷却速度公式并提出了通过控制热加工冷却速度以及高温扩散退火（+ 1-3次正火）来避免和消除低碳钢零件中带状组织的工艺控制措施。
关键字：低碳钢带状组织冷却速度扩散退火1.引言低碳钢零件拥有重要机械用途，在实际应用过程要求具有较高的力学性能。
然而在实际生产中，我们经常发现低碳钢零件在热加工后的金相中存在带状组织，严重地影响了零件的各向同性性能和其最终的热处理质量。
为此，分析低碳钢零件中带状组织成因和采取消除措施是十分必要。
2.低碳钢带状组织形成的原因2.1.状组织形成的原因低碳钢材料在冶炼浇注后绝大部分要经过压力加工方可成为型材。
但是，加工后的低碳钢零件容易得到沿着变形方向珠光体和铁素体呈带状分布的组织，即形成带状组织。
低碳钢零件形成带状组织的原因各不相同，归纳起来大致有2种原因：a．由成分偏析引起的带状组织，即当低碳钢零件中含有一定数量的夹杂物，压延时，夹杂物沿压延方向程流线分布。
当低碳钢零件冷至Ar3以下时，这些杂质就成为先共析铁素体成核的核心，使先共析铁素体先在夹杂物周围生成，形态呈带状分布，随后剩余奥氏体转变成珠光体，使先共析铁素体和珠光体呈带状分布，形成带状组织。
b．由热加工温度不当引起的带状组织，即低碳钢零件热加工停锻温度于二相区时（Ar1和Ar3之间），铁素体沿着金属流动方向从奥氏体中呈带状析出，尚未分解的奥氏体被割成带状，当冷却到Ar1时，带状奥氏体转化为带状珠光体。
3.带状组织对低碳钢零件力学性能的影响3.1.带状组织对低碳钢零件的力学性能的影响，参见表1中的关于带状组织的实验数据。
试验表明：带状组织使低碳钢零件在垂直于轧制方向(即垂直于带状组织方向)的伸长率δ5，断面收缩率ψ及冲击韧度αk降低。
H13钢的热加工工艺研究
H13模具钢的热加工工艺研究曹光明（潍坊学院机电工程系，山东潍坊 261061）摘要：研究了H13钢的锻造、预备热处理、淬火回火、表面热处理对其性能和模具寿命的影响。
针对H13钢质量的差别及其具体使用情况，指出了每个工艺过程的较佳工艺参数。
并介绍了H13钢表面处理的最新进展。
关键词：H13钢，模具钢，模具寿命Research on Heat Machining Technics Applied in H13 Die SteelCAO Guang-ming(Department of Mechanical and Electrical Engineering, Weifang University, Weifang Shandong 261061, China)Abstract: The effects on the properties and die lifespan of forging, conditioning heat treatment, quenching and tempering, surface heat treatment are researched. The preferable technics parameters are proposed according to different qualities and different used conditions of H13 steel. The recent progresses on the surface heat treatment of H13 steel are also discussed. Kewords: H13 steel, die steel, die lifespanH13（4Cr5MoSiV1）钢是目前国内外广泛使用的热作模具钢。
因其具有良好的热强性、红硬性、较高的韧性和抗热疲劳性能，广泛用于铝合金的热挤压模和压铸模；同时也可制作热锻模和塑料模。
带状组织的形成原因以及控制
带状组织产生原因：
带状组织是材料显微组织的两相或相组成物呈方向性的交替分布，常见于亚共析钢。
产生的原因有二：一是热轧（再结晶温度以上）时钢内存在的偏析组织或含量较高的非金属夹杂物沿压力加工方向呈带状，再结晶时成为铁素体（F）非均匀形核的核心，形成带状铁素体，形成的珠光体（P）也成带状；二是热轧时停锻温度在两相区，铁素体沿流动方向呈带状结晶，使奥氏体（A）也成带状，所以转变成的珠光体也成带状，因这种原因形成的带状组织可用正火或退火消除。
带状组织的危害：
带状组织的存在使钢的成分不均匀，并影响钢材性能，使得钢材形成各向异性，降低钢的塑性、韧性和断面收缩率，造成冷弯不合格、冲击废品率高、热处理时钢材易变形等后果。
带状组织的抑制或减轻方法：
1调整加热温度，提高加热温度延长加热时间，使形成枝晶偏析的元素（如Mn等）、残余碳化物扩散均匀，达到理想的奥氏体均匀化，同时使奥氏体的晶粒尺寸超过原始带状的条带宽度，以减轻原始带状。
2控制合理的终轧温度，适当降低终轧温度（靠近Ac3线为宜），细化奥氏体晶粒，以达到细化铁素体晶粒，从而加大其与富锰带带间距s之间的差别，减轻带状组织。
3加大终轧后的冷却速度，抑制碳在原始带状基础上的长距离扩散，消除或减轻铁素体珠光体带状。
同时兼顾考虑冷速过大带来的魏氏组织缺陷。
钢材常见缺陷组织详解
钢材常见缺陷组织详解一、带状组织（banded structure）是钢材内部缺陷之一，出现在热轧低碳结构钢显微组织中，沿轧制方向平行排列、成层状分布、形同条带的铁素体晶粒与珠光体晶粒。
这是由于钢材在热轧后的冷却过程中发生相变时铁素体优先在由枝晶偏析和非金属夹杂延伸而成的条带中形成，导致铁素体形成条带，铁素体条带之间为珠光体，两者相间成层分布。
形成原因金属材料在冶炼浇注后绝大部分要经过压力加工方可成为型材。
但是，加工后的材料容易得到沿着变形方向珠光体和铁索体呈带状分布的组织，即形成带状组织。
形成带状组织的原因大致有两种：1、由成分偏析引起的带状组织在低碳钢中，由于夹杂物的含量较多，加工变形后，夹杂物呈流线分布，当钢从热加工温度冷却时，这些夹杂物可作为先共析铁索体成核的核心，使先共析铁素体先在夹杂物周围生成，最后剩余奥氏体转变成珠光体，使先共析铁素体和珠光体呈带状分布，形成带状组织。
这种带状组织很难用热处理的方法加以消除。
2、由于热加工温度不当引起的带状组织在锻造时，热加工停锻温度位于两相区时（Ar1和Ar3之间），铁素体沿着金属流动方向从奥氏体中呈带状析出，尚未分解的奥氏体被割成带状，当冷到Ar1时，带状奥氏体转化为带状珠光体，这种组织可以通过正火或退火的方法加以消除。
带状组织的存在会使金属的力学性能呈各向异性，沿带状组织的方向明显优于其垂直方向。
压力加工时易于从交界处开裂。
对于需要后续热处理的零件，带状组织轻则会导致热变形过大，重者会造成应力集中，甚至出现裂纹。
如果带状组织非常严重的话，正火是解决不了的，最好进行高温扩散退火，在1050℃以上加热，才能使碳原子扩散均匀，消除带状组织。
消除方法带状组织一般可用热处理方法加以消除。
对于高温下能获得单相组织的材料，带状组织有时可用正火来消除。
而因严重的磷偏析产生的带状组织必须用高温扩散退火及随后的正火加以改善。
具体消除手段如下：1、由成分偏析引起的带状组织，即当钢中含有磷等有害杂质并压延时，杂质沿压延方向伸长。
H13钢热处理资料
引言近年来, 随着模具工业的迅速发展, 模具钢的发展也极为迅速。
由于工业生产技术的发展和不断出现的新材料, 模具的工作条件日益苛刻, 对模具钢的性能、品质、品种等方面不断地提出了新的要求, 为此,世界各国近年来都积极开发了具有各种特性, 适应不同性能要求新型模具钢。
本文介绍了最具代表性的热作模具钢H13 国内外的应用及其发展.H13 钢原是美国的一种钢种, 它是一种应用比较广泛的热作模具钢, 世界各国都有应用。
在我国一般称作4Cr5MoSiV1 钢。
H13钢的含铬量为4.75%～5.50%。
一般来说, 含5%Cr的钢应具有高韧度, 故其含碳量应保持在形成少量合金碳化物的水平上。
Woodyatt和Krausst指出在870℃的Fe- Cr- C三元相图上, Hl3钢的位置在奥氏体和(A+M3C+M7C3)三相区的交界位置处较好。
相应的含碳量约0.4%[1]。
另外重要的是, 保持相对较低的含碳量是使钢的Ms点趋于相对较高的温度水平(Hl3钢的Ms点一般资料介绍为340℃左右), 使该钢在淬冷至室温时获得以马氏体为主加少量残余奥氏体和残留均匀分布的合金碳化物组织, 较低的含碳量经回火后获得均匀的回火马氏体组织, 避免使过多残余奥氏体在工作温度下发生转变影响工件的工作性能或变形。
这些少量残余奥氏体在淬火以后的两次或三次回火过程中应可达到转变完全[2]。
顺便指出, H13钢淬火后得到的马氏体组织为板条马氏体+少量片状马氏体+少量残余奥氏体。
众所周知, 钢中增加碳含量将提高钢的强度, 对热作模具钢而言, 会使高温强度、热态硬度和耐磨损性提高, 但会导致其韧度降低。
有学者在文献[3]中将各类H型钢的性能比较证明了这个观点。
通常认为导致钢塑性和韧度降低的含碳量界限为0.4%。
为此要求人们在钢合金化设计时遵循下述原则: 在保持强度前提下要尽可能降低钢的含碳量, 有资料已提出: 在钢抗拉强度达1550MPa以上时, 含C量在0.3%～0.4%为宜[2]。
H13钢芯棒淬火裂纹分析及防止措施
■Ｗ
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巅枷
１∞
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能量，ｋｃＶ
万方数据
（ｂ）轧向 图２芯棒的显微组织
（ｃ）疏松和夹杂
图３夹杂物能谱分析
能●Ｈｋｅｙ
第２期
Ｈ１３钢芯棒淬火裂纹分析及防止措施
４９
３ 分析与讨论
３．１化学成分 Ｈ１３钢作为铬系热作模具钢，由于含铬量较高，
因而具有较高的淬透性，加入Ｍｏ时，淬透性更高； 由于Ｃｒ、Ｓｉ的共同加入，使抗氧化性得以进一步提 高，同时提高了钢的临界点，有利于提高其康热疲劳 性能；Ｖ的加入使钢的二次强化加强，增加钢的热稳 定性。其淬裂趋势采用雾冷时较大。 ３．２显微组织 ３．２．１带状组织成因
带状组织使芯棒的机械性能亢生方向性，特别 是横向塑性和韧性明显降低，并使材料的切削性能 恶化。 ３．２．４带状组织的消除方法
采用奥氏体化后快速冷却的方法可以显著抑制 先共析铁素体的析出。芯棒坯料经高温奥氏体化快 速冷却到Ａｒｌ以下，能够比较均匀形核，析出铁素体 和渗碳体，从而有效的抑制碳的不均匀分布，控制带 状组织。 ３．３热处理工艺分析
从芯棒裂纹位置附近处取样，进行化学成分分 析，结果见表２，化学成分分析表明芯棒材料的化学 成分符合技术条件要求。
图１ 芯棒裂纹横截面示意图
表２化学成分检测结果（质量分数）
％
２。３金相检验 在芯棒开裂处切取试样，经金相磨制后，在电子
显微镜下观察（横向）如图２（ａ）所示，显微组织为回 火索氏体和细粒状碳化物，组织中碳化物的分布不 均匀，尺寸较大的碳化物颗粒直径为２００—３００ ｒｌｎｌ， 退火后显示带状组织（轧向）如图２（ｂ）所示。从芯
碳化物的不均匀性易增加淬火后钢的脆性，使 钢件淬火后应力增大导致变形而开裂【２Ｊ。在淬火加 热条件下，带间的低碳低铬区域容易过热，淬火得到 片状马氏体，而横带上的富碳富铬区未溶碳化物较 多不易过热，淬火后得到隐晶马氏体；还可能由于冷 却较慢形成一部分屈氏体，造成性能不均，各向异 性，从而增加淬火变形和开裂倾向。 ３．２．３ 带状组织对性能的影响
钢中带状组织的影响因素及改善方法
钢中带状组织的影响因素及改善方法带状组织是钢材内部的一种缺陷，可分为一次带状组织和二次带状组织。
前者是在冶炼过程中，由于钢水凝固时产生枝晶偏析所形成的原始带状组织；后者是钢材在热加工后冷却所产生的沿轧制方向平行排列、成层状分布、形同条带的组织。
带状组织的存在使钢的组织不均匀，并严重影响钢材性能，降低钢的塑性、冲击韧性、断裂韧性和断面收缩率，造成冷弯不合、冲压废品率高；热处理时钢材容易变形、淬火开裂。
其影响因素及改善方法是：1、连铸工艺钢材轧后出现的带状组织主要来源于连铸坯中产生的枝晶偏析，控制连铸坯的枝晶偏析和促进元素的均匀分布是减轻或消除带状组织的有效方法。
从连铸工艺方面来看，扩大等轴晶区的范围和获得细小的二次枝晶能有效控制枝晶偏析。
通过合理控制浇注温度并保持恒定的速度浇注能有效增大等轴晶区域；另外，采用末端电磁搅拌，利用感应磁场产生的电磁力破碎树枝晶，使其作为等轴晶核心长大，能有效控制连铸坯的中心偏析；还有，制定合理的二冷工艺，控制二冷区各段冷却水量的大小，可以控制连铸坯表面温度，使连铸坯冷却均匀，也可以得到大区域的等轴晶。
2、轧钢工艺一次带状组织是在连铸过程中出现的，但采用合理的轧钢工艺可有效抑制二次带状组织的出现。
轧钢工艺中加热制度、开轧温度、变形量、终轧温度和冷却速度等参数尤为重要。
通过铸坯加热，可对铸态组织的成分偏析起到均匀化作用，也可以降低轧制过程的变形抗力，在允许的条件下，都尽可能采用较高的加热温度，而且还要保证足够的加热时间。
另外，奥氏体未再结晶区大压下量轧制法不仅对材料的带状组织减轻有利，而且还有细化晶粒的作用；同时冷却速率也是改善带状偏析的关键因素，随着冷却速度的增加，带状组织级别减轻或消除。
3、热处理工艺通过合理的热处理能有效减轻带状组织的级别。
钢在退火过程中，由于随炉冷却，使先共析铁素体析出充分，加重带状组织级别。
在正火过程中，冷速较快，可以减轻带状组织。
采用等温正火工艺可有效抑制带状组织的产生，将钢材加热到Ac3或Acm以上30-50℃，保温一段时间，快速冷却到珠光体转变区的某一温度，然后进行保温使其完成铁素体和珠光体的均匀转变，随后在空气中进行冷却。
带状组织的形成原因及消除方法介绍
带状组织的形成原因及消除方法介绍一、带状组织的形成原因带状组织是指亚共析钢中珠光体和铁素体呈带状排列的现象，是钢在冶炼过程中形成的缺陷组织。
钢液在铸锭结晶过程中选择性结晶，形成化学成分不均匀分布的枝晶组织。
钢锭中的粗大枝晶在轧制时沿变形方向被拉长，并逐渐与变形方向一致，从而形成碳及合金元素的贫化带和富化带，彼此交替堆叠。
在缓冷条件下，先在碳和合金元素的贫化带（过冷奥氏体的稳定性较低）析出先共析铁素体，将多余的碳排入两侧的富化带，最终形成以铁素体为主的带；而碳及合金元素的富化带（过冷奥氏体稳定性较高）在其后形成以珠光体为主的带，最终形成以铁素体和珠光体交替排列的带状组织。
成分偏析越严重，形成的带状组织越严重。
图1 40钢带状组织图1所示为40钢供应状态的显微组织，用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，白色铁素体和深色珠光体呈带状分布。
钢中存在磷的偏析时会形成带状组织。
当钢在A3-A1区间慢冷时，高磷区域的A3温度高，首先形成铁素体，碳被浓缩到低磷区，造成低磷富碳区，在随后冷却时发生共析转变，形成珠光体，使组织分层排列。
锰也是促进带状偏析形成的元素。
热轧钢中，一般形成珠光体处的含锰量较高，而析出铁素体处含锰量较低。
钢经热轧后缓慢冷却，先共析铁素体将优先沿变形纤维分布方向的低锰处析出，然后碳将推进到高锰处形成珠光体，结果珠光体与铁素体相间分布呈条带状。
如果钢材中存在沿轧制方向被拉长为呈带状分布的非金属夹杂物，在冷却过程中，这些夹杂物就可能成为铁素体优先析出的核心，而形成铁素体带，一般就很难用正火的方法予以消除。
这种带状组织必须先采用高温均匀化退火后再正火处理来改善。
如果奥氏体中的合金元素分布不均匀，将导致其晶粒长大倾向不一，在碳化物形成元素的富化区易残留未溶碳化物，降低碳原子的扩散速度，从而抑制晶粒长大；在贫化区晶粒则容易长大，故易出现混晶组织。
淬火时，合金元素贫化区的淬透性低，易形成非马氏体组织。
渗碳淬火时，混晶中的粗大晶粒形成粗大针状马氏体，将增加残留奥氏体量。
精品H13模具钢金相组织分析
精品H13模具钢金相组织分析热作模具钢H13的显微组织金相分析# 摘要:按照北美压铸协会提出的优质压铸模H13钢验收标准NADCA207-90和H11、H13及改良型钢的显微成分偏析验收参考图谱对H13某国产钢进行显微组织分析，并对其真空淬火显微组织进行研究。
关键词:热作模具钢;热处理;显微组织1 前言H13钢在淬硬条件下具有较高韧度，并具有优良的抗热裂能力，是一种强韧兼有的空冷硬化型热作模具用钢。
它适用于制造压铸模、挤压模、热切边模、热锻模的热冲孔模具等。
H13钢在我国为4Cr5MoSiV1钢。
德国的DIN1.2344，瑞典的SS142242，法国的AFNORZ40COV5和日本的JISSKD61与之相类似。
众所周知，影响模具寿命的最重要因素是热作模具钢的质量。
现在，描述热作模具钢的质量主要通过显微组织分析。
评#定显微组织的标准广泛采用北美压铸协会模具材料委员会编的《压力铸造模具用高级H13钢的验收标准》NADCA207-90。
新近研究的显微带状组织验收参考图谱更能说明钢材力学性能和模具寿命的关系。
因而，它们是对材料进行金相评级的重要依据。
本文从这两方面着手对一种国产H13钢进行显微组织分析，并对这种材料的真空淬火显微组织作研究。
2 按NADCA的分析按照NADCA#207-90标准，一般试样都在退火态下进行推测。
2.1 材料化学成分:国产H13钢的化学成分分析结果列于表1。
表中还列入ASTMA681(最新修订版)中H13钢和NADCA#207-90中高级H13钢的化学成分，表中列入的4Cr5MoSiV1钢为GB/T1299-2000《合金工具钢》中规定的相当于H13钢的成分。
降低钢中含硫量对提高H13钢的纯净度，从而改善其性能具有重要意义。
文献[3]介绍，硫的质量分数<0.014%时可以大大提高钢件的断裂韧度KIC值。
国外电渣重熔优质H13钢的含硫质量分数控制在0.005%,0.008%范围。
低碳钢中带状组织的成因、危害和消除
欢迎访问中国金相分析网您现在位置：专题分析与讲座 >> 带状组织分析低碳合金钢中带状组织的成因、危害和消除刘云旭(吉林工学院材料工程系，长春 130012)摘 要：研究了低碳合金钢中带状组织和混晶组织形成的原因、对钢材质量的影响和消除方法。
结果表明，这两种组织主要是钢中的成分偏析引起的，而且常成因果关系。
带状组织会降低钢的力学性能、切削加工性能和塑性成形性能，带状组织中的合金元素偏析，在常规退火、正火、淬火、渗碳加热条件下难以消除。
采用电渣重熔、快速结晶、增大锻造比和扩散退火等技术，可以减轻或避免钢材带状组织的形成。
关键词：低碳合金钢；带状组织；混晶组织1 引言低碳合金钢(包括渗碳钢)中的带状组织是指沿钢材轧制方向形成的，以先共析铁素体为主的带与以珠光体为主的带彼此堆叠而成的组织形态[1，2]。
混晶组织是指在热处理加热奥氏体化后获得了大小相差悬殊，粗细晶粒共存的组织形态。
它们都是经常出现的钢材的缺陷性组织。
由于我国的一些机械制造企业，对这种缺陷性组织的危害认识不足，材料入厂对其未作检查，而在产品加工过程中或制成后，因带状组织超标、混晶组织严重，满足不了用户要求时，在对热处理能否消除这种组织缺乏理性认识的情况下，要求热处理部门予以解决，并要求设备制造工厂带有消除或改善这种组织功能的预先热处理设备，常因达不到要求而发生纠纷。
应一些企业之约撰写此文，拟从这种缺陷性组织形成原因，对制件的危害和减轻或消除技术等方面予以说明。
2 试验试验用钢为汽车渗碳齿轮常用的低碳合金钢，其钢号及化学成分列于表1。
从30CrMo钢汽车齿轮锻坯切取试样，平行轴线方向的显微组织如图1所示，可以看出带状组织形貌，其中白色为先共析铁素体，灰黑色为细珠光体加贝氏体。
将此试样经1000℃×1h→640℃×1h等温处理，其显微组织如图2所示。
可以看出，已无贝氏体，但带状组织形貌仍然存在，而严重程度有所减轻。
国产H13性能
回火后，由于MoC2 ﹑V4C3 等碳化物析出产生“二次硬化”
一般用于压铸模的H13钢材料技术要求如下：
效果，可以使强度大为提高(δb 可达200kg/mm2)，此外，钢(1)硬度退火态，交货硬度≤255HB。
4.2 国产H13 钢的热处理新工艺
国产H13 钢淬火工艺实验：550℃×2min/mm + 800℃预
热，最终加热温度分别选用1030℃、 1050℃、1100℃，按
1min/mm 保温后油淬,600℃×2h 两次回火。结果表明，提高
国产H13 钢的淬火温度可加速碳化物的溶解，增加淬火后马
铸造模具用H13 钢标准”。我国生产的4Cr5MoV1SiR 钢和
2344、W302 钢相比，夹杂物含量级别尚可。以上3 种钢的
夹杂物等级对比见表4。
表3 国内外模坯夹杂物测定值及允许等级
夹杂物
类型
A 硫化物 B 氧化物
C 硅酸
盐类
D 球状
氧化物
细 1.0 1.5 1.0 2.0
1～3 倍。
(4) 真空热处理和表面强化处理：前者可防止表面氧化脱
碳并有净化表面的作用，且红硬性、回火稳定性，耐磨性较
高。压铸时粘模现象少，产品质量高。目前，国内应用较广
和正在应用的表面强化方法如表9 所示。
表9 压铸模表面强化处理方法
序号
工艺
名称
性能特征效果
1 氮化
高硬度(950HV 以上)、
物，见图2(a)，一次碳化物属亚稳定共晶合金碳化物，是由
H13钢热处理资料
引言近年来, 随着模具工业的迅速发展, 模具钢的发展也极为迅速。
由于工业生产技术的发展和不断出现的新材料, 模具的工作条件日益苛刻, 对模具钢的性能、品质、品种等方面不断地提出了新的要求, 为此,世界各国近年来都积极开发了具有各种特性, 适应不同性能要求新型模具钢。
本文介绍了最具代表性的热作模具钢H13 国内外的应用及其发展.H13 钢原是美国的一种钢种, 它是一种应用比较广泛的热作模具钢, 世界各国都有应用。
在我国一般称作4Cr5MoSiV1 钢。
H13钢的含铬量为4.75%～5.50%。
一般来说, 含5%Cr的钢应具有高韧度, 故其含碳量应保持在形成少量合金碳化物的水平上。
Woodyatt和Krausst指出在870℃的Fe- Cr- C三元相图上, Hl3钢的位置在奥氏体和(A+M3C+M7C3)三相区的交界位置处较好。
相应的含碳量约0.4%[1]。
另外重要的是, 保持相对较低的含碳量是使钢的Ms点趋于相对较高的温度水平(Hl3钢的Ms点一般资料介绍为340℃左右), 使该钢在淬冷至室温时获得以马氏体为主加少量残余奥氏体和残留均匀分布的合金碳化物组织, 较低的含碳量经回火后获得均匀的回火马氏体组织, 避免使过多残余奥氏体在工作温度下发生转变影响工件的工作性能或变形。
这些少量残余奥氏体在淬火以后的两次或三次回火过程中应可达到转变完全[2]。
顺便指出, H13钢淬火后得到的马氏体组织为板条马氏体+少量片状马氏体+少量残余奥氏体。
众所周知, 钢中增加碳含量将提高钢的强度, 对热作模具钢而言, 会使高温强度、热态硬度和耐磨损性提高, 但会导致其韧度降低。
有学者在文献[3]中将各类H型钢的性能比较证明了这个观点。
通常认为导致钢塑性和韧度降低的含碳量界限为0.4%。
为此要求人们在钢合金化设计时遵循下述原则: 在保持强度前提下要尽可能降低钢的含碳量, 有资料已提出: 在钢抗拉强度达1550MPa以上时, 含C量在0.3%～0.4%为宜[2]。
改善H13钢冶金质量的退火工艺研究
退火状 态 下 ， 获得 粒状 珠光 体 组织 。
图 ５ Ｈ１ 球 化 退 火 后 的组 织 ３钢
首先 ， 氏体 化 温 度 要 低 。且 奥 氏体 的 Ａ ． 奥 ｃ 为 ８０℃ ， 在 ８０℃ 即 Ａ ＋（０～ ０ ） 度保 温 ， ５ 故 ７ ｃ ２ ３ 温 进 行 特定 的 奥 氏体 化 ， 温 一 小 时 左 右 。 由于 奥 氏 保 体 化 温度 较低 ， 温 时 间较 短 ， 热 转 变 不 充 分 ， 保 加 即
球 化退 火工 艺有三 方 面的要求 ，即低 的加热 温
度 、高 的 等 温 转 变 温度 、充 分 的 等 温 时 问 。球
大 的缺陷是成分偏析 、 组织严重 等现象 ， 带状 用此类 材
料 制作 的 Ｉ 具经过 常规工艺处理 后 ， 模 常出现 早期 失 效 。研究表明退火工艺对材料的淬火加热组织 和力 Ｊ 学性 的影响十分 明 ， 本文 通过实验制 定 Ｈ ３钢 的系 １ 列退火工艺 ， 究退 火 工艺 的微 观机理 、 变过 程 ， 探 相 提 出改善 Ｈ】 钢冶金缺陷的退火工艺 。 ３
１３ 实验方 法 ． １３ １ 球化退 火 ． ．
实验 表 明 ，合 理的退 火工艺 可大幅度 消 除带状 组织偏 析 。 关键 词 ：川 ３钢
０ 前 言
Ｈ１ ３是近 年开发 的美标 热作 模具 钢新 钢种 ， 与
之 相对 应 的我 国钢 号 为 ４ ｒＭｏｉ ，是 一 种 热 作 Ｃ５ ＳＶ１ 模 具钢 ，主 要用 于制造 热机锻 模及 压铸模 具 等 。 由于 Ｈ１ ３具有 优 良的综 合力 学性 能 ， 泛 应 用 广 于热锻 模 、 挤 压 模 和有 色 金 属 压铸 模 。国 内外 市 热 场 Ｈ ３ 的需求量巨大 ， 国内市场年需求量大约在 ５ １钢 仅 万吨以上“ 。 目前 ， 国内 Ｈ ３主要 生产厂 家 的质 量和 １
消除H13模具钢网状碳化物的热处理工艺研究
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ｔｈ ｅ ｆ ｏｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｎｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｃ ａ ｒ ｂｉ ｄｅ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ａ ｎ ｎ ｅａ ｌ ｅ ｄ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ Ｈ１ ３ ｄ ｉ ｅ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｈａ ｓ ｂｅ ｅ ｎ ａ ｎａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ． Ｍ ｅ ａ ｎ —
ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｙ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｏ ｂ ｖ ｉ ｏ ｕ ｓ ｌ ｙ ａ ｓ ｗｅ ｌ １ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： Ｈ１ ３；ｄ ｉ ｅ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ；ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｃ ａ ｒ ｂ ｉ ｄ ｅ；ｓ ｐ ｈ ｅ ｒ ｏ ｉ ｄ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｎ ｅ ａ ｌ ｉ ｎ ｇ
０． ３ ５～ ０． ３～ ０ ． ４ ２ ０． ６
响模 具 的 冲击性 能 和使 用 寿 命 。 因 此 ， 找 出 Ｈ１ ３ 模具 钢 网状碳 化 物 的 有 效控 制 措 施 ， 探 索 出一 套
Ｎｏ ． ３ Ｍａ ｖ ２０１ ７
《 大型铸 锻件》
ＨＥＡＶＹ ＣＡＳ ＴＩ ＮＧ ＡＮＤ Ｆ ＯＲＧＩ ＮＧ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
消 除 ＨＩ ３模 具 钢 网 状 碳 化 物 的 热 处 理 工 艺 研 究
夏 云峰 张光 川 朱 文 李 挺
（ 内蒙古北 方重工业 集团有限公司 ， 内蒙古 ０ １ ４ ０ ３ ３ ） 摘要 ： 分析 了 Ｈ １ ３模具钢退火 组织 中网状碳 化物的形成机理 ， 阐述 了网状碳化 物对模 具钢性能 的影响 ， 发 现锻后通过高温加热及快速冷却 的方式 能够有 效避免网状碳化物 的析 出 ， 同时还能够显著提高 冲击性能 。 关键词 ： Ｈ１ ３ ； 模具钢 ； 网状 碳化物 ； 球化退火
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H13钢的带状组织及其消除方法
王玉峰 刘宗昌 范文宝
(内蒙古科技大学材料与冶金学院,包头 014010)
【摘要】 通过对H13钢进行高温淬火和高温退火处理,研究了不同温度、不同冷速对带状组织的影响,得出采用高温奥氏体化处理和快速冷却的方法可减轻和消除带状组织。
【关键词】 H13钢 带状组织 消除方法 热处理工艺
作者简介:王玉峰,女,内蒙古科技大学高级工程师,主要从事金属材料及磁性材料研究。
E 2mail :wy f77@ey ou 1com
THE BAN D STRUCTURE OF H 13STEE L AN D ITS
E LIMINATION METH OD
Wang Y u feng Liu Z ongchang Fan Wenbao (Material and Metallurgy School ,UST Inner M ong olia )
【Abstract 】 The H13steel was treated by the processes of high tem perature quenching and
high tem perature annealing.The in fluence of different tem peratures and cooling rates on the band structure was studied.The band structure could be weaken and eliminated by high tem perature austenization and rapid cooling treatment.
【K ey Words 】 H13Steel ,Band Structure ,Elimination Method ,Heat Treatment Process
1 概 述
H13钢是一种使用温度一般在600℃以下的中
耐热韧性钢,它既有3Cr2W8V 钢的高温性能,
5CrMnM o 的高韧性特点,也具有一般热作模具钢要求的热硬性、热强性、抗回火稳定性、耐磨性、抗热疲劳性等。
现已在锤锻模、挤压模、压铸模、模锻模等模具领域得到广泛应用。
H13钢铸锭由于表面和心部冷却速度不同,造成表面组织细小均匀,心部组织晶粒粗大,并混有带状组织,严重影响锻件的性能和最终热处理质量。
为此,分析带状组织的成因和采取消除措施十分必要。
2
实验方法及实验方法211 实验材料本次实验用材料是上海宝钢提供的工业用H13钢。
它的化学成分如表1:
表1 实验用钢(H13)的化学成分
(质量百分数,%)
C S
S i
Mn
P
Al Cr V M o 0136
<01002110820165601014
-5137
0198
1118
试样尺寸为15mm ×15mm ×20mm ,用HRC -150型洛氏硬度计测定硬度,ZEISS C A25型金相显微镜观察、拍摄金相组织。
按G B ΠT l3299-91评定带状级别。
212 热处理试验
将试样在高温箱式炉进行处理,处理工艺如图1所示。
试样分别加热到1200、1250、1300℃,保温2h 后,采用炉冷和油冷二种方式冷至室温。
图1 退火处理工艺
3 试验结果和讨论
第27卷 第6期
上 海 金 属
V ol 127,N o 16 392005年11月
SH ANGH AI MET A LS
N ovember ,2005
311 原始组织
宝钢生产的钢锭经过锻造退火后组织见图
2,按照G B ΠT 13299-91标准评级,带状组织评级为3-4级。
图2 H13钢锻造退火后组织
312 热处理工艺对组织性能的影响31211 奥氏体化温度的影响
H13钢试样经1200℃、1250℃、1300℃奥氏
体化保温2h 后炉冷至室温的显微组织为铁素体
和索氏体组织,如图3,性能如表2。
表2 不同奥氏体化退火后性能
奥氏体化温度Π℃120012501300平均硬度ΠHRC
4811
4512
4516
由图3、表1可知,随着奥氏体化温度升高,钢中的带状偏析元素扩散得越充分,得到的
组织越均匀,当加热温度达到1300℃时,带状组织消除。
但是,经过高温扩散退火后,
组织晶粒变粗大,必须经过正火处理,以细化晶粒;锻件经过高温扩散退火处理后氧化严重,且扩散退火工艺时间长,生产成本高。
31212 冷却速度的影响
将H13钢加热到1200℃,保温2h 后采用不同的冷速(油冷、炉冷)冷至室温,显微组织如图4所示,性能如表3所示。
由图4、表3可见,冷却方式的不同,对组织的转变有重要的影响。
炉冷时,得到在奥氏体
表3 1200℃奥氏体化后不同冷速
对组织性能的影响
冷却方式平均硬度
显微组织
炉冷4412HRC 先共析铁素体+索氏体
油冷
5417HRC
马氏体+未熔碳化物+残余奥氏体
图3 1200℃(a ),1250℃(b ),1300℃(c )炉冷的带状组织
晶界上附着的先共析铁素体和索氏体组织。
而油淬时得到的是在奥氏体晶界内有着不同位向的板条状马氏体、残余奥氏体和没有溶解的碳化物颗粒。
由图4(a )还可知,快速冷却可抑制带状组织的形成。
313 带状组织的形成和消除方法
H13钢的带状组织实质上是由于合金元素沿
锻轧方向的偏析所引起。
通常钢液在冷却凝固过程中以树枝晶的方式长大,在不同时期凝固的晶
4 上 海 金 属
第27卷
内和枝晶间的化学成分不均匀,存在合金元素偏析。
铸锭经过锻轧后,合金元素的偏析表现为沿锻轧方向分布。
在扩散退火冷却过程中,先共析铁素体优先在C 含量低,A r3高的位置析出,同时向相邻区奥氏体中排出碳,进一步造成C 的不均匀分布。
冷却越缓慢,先共析铁素体转变越
充分。
碳元素分布越不均匀,带状组织越严重。
采用奥氏体化后快速冷却的方法可以显著抑制先共析铁素体的析出。
当试样快速冷却至A r1以下时,试样各区域比较均匀地形核,析出铁素体和渗碳体。
从而有效地抑制了C 的不均匀分布,控制了带状组织。
图4 1200℃加热油冷(a )、炉冷(b )后的显微组织
4 结 论
(1)H13钢锻件的带状组织是钢在冶炼时某
些元素的枝晶偏析并经过热加工处理后形成的。
(2)锻件的带状组织可以通过高温奥氏体化
快速冷却方式减轻或消除。
收稿日期:2005-04-06
信息
中南大学研制出高精度激光钢板平直度测量系统
在钢板生产线对板材平直度的测量与计量非常重要。
我国目前的板材平直度测量大多使用较简单的工具,以人工方法进行测量,检测结果准确性差,影响到板材产品的质量和档次的提高,因此迫切希望开发研制高精度的钢板平直度自动测量系统。
目前,宝山钢铁股份有限公司和中南大学合作开发的PDZ 21激光钢板平直度自动测量系统通过了专家鉴定和验收,最近已在宝钢投入生产使用。
该仪器具有测量精度高、可靠性强、操作简便自动等优点,填补了国内同类产品的空白,达到了国际先进水平。
PDZ 21测量仪是根据中南大学博士生导师张学庄教授等人的“平直度自动测量装置及方法”的发明专利,并由长沙莱塞光电子技术研究所制造,具有自主知识产权。
PDZ 21是一种自动化程度高的智能化“一键OK ”型测量仪器。
只要点击测量键,由计算机
控制的高精度激光测距传感器,全自动对板材被测区域的多条测量线进行全自动非接触高精度浪形测量,测量数据在计算机中作实时数据处理、存储,最后在计算机屏幕上显示出板材的测量结果和浪形曲线,并自动评定平直度的质量等级,打印测量报表,并有超差报警功能。
该仪器在宝钢进口的冷轧生产线上,取代了人工用塞尺等工具测量平直度的传统方法,大大提高了测量精度,减少了测量时间和劳动强度。
这一高精度自动测量仪对出厂板材的检验,改进与提高板材产品质量,提高档次和经济效益很有价值。
同时对统一厂方和用户的检验标准,仲裁质量纠纷提供了有效的手段。
吉祥 供稿
14第6期
王玉峰等:H13钢的带状组织及其消除方法 。