H13热作模具钢的热处理

测定了Ｈ１３钢的临界点和退火用ＴＴＴ曲线,研究了热处理工艺对Ｈ１３组织和性能的影响,试验结果表明,Ｈ１３钢在８４０￣８６０℃退火,软化效果最好,在１０２０￣１０４０℃加热淬火,５８０￣６００℃回火,可满足热作模具钢的硬度要求。     

转炉冶炼热作模具钢H13的生产实践

H13(4Cr5MoSiV1)钢是一种应用广泛的热作模具钢,是制造热锻模、热挤压模和压铸模的主要材料.H13钢通常由特殊钢厂采用电炉冶炼、电渣重熔和锻压工艺生产,质量较为稳定.但该制造工艺复杂、生产周期长、成本高、产量低.介绍了通过大型转炉冶炼和初轧轧制流程开发H13的新工艺,解决了生产过程中存在的一些质量问题,并对H13的实物质量水平进行了评估,各项性能指标接近国外先进水平.     

H13模具钢模铸坯夹杂物及碳化物分布解析

H13(4Cr5MoSiV1)钢是目前使用量最大的一种热作模具钢,钢中夹杂物和碳化物是影响性能及服役寿命的关键因素。实验在Thermo-Calc热力学软件分析基础上,采用金相显微镜、扫描电子显微镜、非水溶液电解装置等装备对某厂H13模铸坯中夹杂物、碳化物的分布规律进行解析。研究表明：夹杂物在H13模铸坯边部至中心,等效直径D≤3μm的小尺寸夹杂物逐渐减少,D≥5μm的大尺寸夹杂物逐渐增加,夹杂物的等效直径由2.82μm增大至3.86μm,密度由177个/mm²减少至47个/mm²,面积占比[0.057%,0.098%];夹杂物类型以MnS和Al₂O₃为主,检测结果与计算结果一致;H13碳化物从边部至心部,形态演变规律为：颗粒状、块状、片状、长条状,尺寸从几微米至100μm不等;主要为深灰色富V类MC型碳化物、亮白色富Mo类M₆C型碳化物、浅灰色富Cr类M₂₃C₆型碳化物。     

新型热作模具钢H13A的组织性能

研究了高性能热作模具钢Ｈ１３Ａ主要性能，碳化物的分布规律，新模具钢的主要性能全面优于３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ，且合金度较低，有很好的强韧性和高的使用寿命。     

热作模具钢H13生产工艺实践

H13是一种具有良好的性价比及工艺性能的热作磨具钢,目前在国内外得到广泛应用,该钢种热裂纹敏感性强,对纯净度、内部质量等指标要求严格.韶钢根据热作模具钢H13的成分、产品特性及自身生产工艺装备,设计了"转炉—LF精炼—RH真空处理—大方坯连铸—入坑缓冷—轧制—检验、入库"生产工艺流程,通过转炉双渣操作、出钢渣洗预脱氧、LF高碱度渣精炼、RH长时间高真空脱气、连铸弱冷等工艺措施,成功开发出各项性能均能满足客户要求的H13圆钢产品.     

H13热作模具钢的应用

H13(4Cr5MoSiV1)热作模具钢是首钢特殊钢公司根据美国标准钢号H13开发的一种使用温度在600℃以下的中碳中铬热作模具钢。H13既具有3Cr2W8V钢的高温性能,又具有5CrMnMo钢高韧性的特点,也具有一般热作模具钢要求的较高的热硬性、热强性、抗回火稳定性、耐磨性、抗冷热疲劳性等。现已在锤锻模、挤压模、压铸模、模锻模等     

应变幅对H13热作模具钢等温疲劳行为的影响

对H13热作模具钢试样进行600 ℃等温疲劳实验,通过显微维氏硬度计、金相显微镜（OM）、超景深显微镜和扫描电子显微镜（SEM）等设备研究了0.7%,0.9%和1.1%三种不同应变幅对疲劳行为的影响。结果表明:应力应变滞后回线呈现对称性,应变幅越大,滞回环面积越大。H13钢在实验中呈现循环软化的特征,应变幅越大,疲劳寿命越短,1.1%应变幅试样寿命约为0.7%应变幅试样的61.2%。应变幅的增加对裂纹萌生和扩展起促进作用,1.1%应变幅试样裂纹扩展最明显。高温非真空实验条件下,材料表面产生的氧化物也会促进裂纹扩展。疲劳后试样微观组织发生明显的长大和粗化,较大应变幅对碳化物析出有更大的助力,还会加速材料软化。有应变幅试样显微硬度远低于无应变幅试样。      

电渣重熔H13钢中一次碳化物形成机制

 H13热作模具钢在电渣重熔过程中会在凝固末端形成粗大的碳化物及氮化物,由于生成温度高,热稳定性好,会保留到最终热处理状态,对钢材的性能产生严重影响。应用偏析模型计算并说明了凝固过程生成粗大的共晶碳化物和氮化物的可能,当固相率达到0.82时由残余液相生成TiN,随着温度进一步下降在接近凝固终点时生成VC0.88,由于碳化物中固溶了其他合金元素,认为生成的VC0.88的活度不为1,试验检测的碳化物合金元素含量与理论假设基本吻合。对粗大的碳氮化物的特点及细化减少碳化物进行简单讨论。     

影响H13热作模具钢等向性的因素

 通过显微组织和断口分析并与化学成分分析和力学性能测试相结合的方法,研究了H13钢铸态组织特征、碳化物类型和分布对等向性能的影响。结果表明：在冷却过程中,H13钢铸锭会产生严重的宏观元素偏析,在铸锭的个别区域,特别是最后凝固的中心区域,出现的少量不平衡亚稳定共晶碳化物、宏观偏析严重的铸态组织经变形而形成的带状组织、缓慢冷却形成的二次碳化物网是影响H13钢等向性的主要因素。     

技术研发中心成功开发出H13热作模具钢

H13热作模具钢为美国牌号，主要用于制作较高温度下的模具材料，具有优良的综合力学性能，良好的抗热疲劳性能、热稳定性、抗氧化和耐液态金属冲蚀性能，以及良好的淬透性，是制造热作模的首选材料。国内模具钢主要生产厂家为长城特钢、辽特集团、上钢五厂，这三家钢厂的热作模具钢产量占到全国热作模具钢产量的50％。H13模具钢自今年以来，市场价格大幅上扬，为进一步拓宽莱钢产品市场，     

镁对H13钢液析碳化物及组织的影响

摘要：为了研究镁对H13热作模具钢夹杂物、碳化物及组织性能的影响,采用蔡司金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、非水溶液电解、显微硬度仪等试验仪器,分析了经高温电阻炉冶炼的不同镁质量分数的H13钢。结果表明：由于镁较高的蒸气压,镁的平均收得率仅为2.12%;随镁质量分数的增加,钢中的氧化物夹杂由Ca-Al-O、Al2O3向MgAl2O4、MgO转变,硫化物夹杂由MnS向Mg-Mn-S转变;MgAl2O4、MgO与γ-Fe、M(CN)、M6(CN)的错配度和聚集长大能力相较于Al2O3更小,能够为钢中的液析碳化物提供更多的形核位置,减小析出碳化物的尺寸;微量镁可显著细化铸态树枝晶,减小二次枝晶间距,镁的加入,提高H13钢基体硬度、降低偏聚区硬度,H13钢整体硬度的均匀性得到改善。     

高温时H13钢中初生碳氮化物的分解研究

利用光学显微镜、扫描电镜和电子探针研究了H13钢中初生碳氮化物高温分解时的形貌、尺寸、成分变化规律.原始初生碳氮化物主要为10~30 μm的长条状（V_x,Mo_1-x）（C_y,N_1-y）及少量方形的（Ti_x,V_1-x）（C_y,N_1-y）.在1200℃保温2.5 h后碳氮化物边缘变为凹凸不平的锯齿状,然后形成细小的分解颗粒,10 h后碳氮化物平均长度减小为12.9 μm,主要为（Ti_x,V_1-x）（C_y,N_1-y）.当经过1250℃×5 h保温后87%的碳氮化物发生分解,（V_x,Mo_1-x）（C_y,N_1-y）溶解消失,碳氮化物长度在20 μm以下,当保温时间延长到10 h后碳氮化物长度均在10 μm以下,70%为方形并且93%分解形成细小颗粒,未分解的碳氮化物为（Ti_x,V_1-x）（C_y,N_1-y）.电子探针分析（Ti_x,V_1-x）（C_y,N_1-y）的分解与Fe元素扩散有关,高温时Fe在（Ti_x,V_1-x）（C_y,N_1-y）中含量逐渐增加而Ti、V减少,优先在边部曲率半径较小部位或缺陷处分解,形成0.1~1 μm的细小分解颗粒,并由外向内以区域溶解方式使原始碳氮化物逐渐消失.双亚点阵模型分析两种碳氮化物的平衡溶解温度和组成有关,试样中大部分（Ti_x,V_1-x）（C_y,N_1-y）平衡溶解温度在1200~1246℃之间,与实验吻合较好.     

H13型热作模具钢表面改性技术研究进展

 在工业中,模具的变形、磨损和疲劳失效普遍存在,严重影响了生产效率和产线安全。为了更好地了解和分析模具失效的原因,改善模具的性能,提高其使用寿命,通过介绍国内外H13型热作模具钢的表面改性技术及研究现状,总结了激光加热处理、热喷涂处理、化学热处理3类表面改性技术的特点及在改善热作模具钢表面性能方面的研究成果。探讨了不同表面处理工艺对该热作模具钢表面性能的影响,对不同处理技术应用于该热作模具钢表面改性的优缺点进行了分析,并对该热作模具钢表面改性技术的发展方向进行了展望。     

Evolution of Al2O3 inclusions by magnesium treatment in H13 hot work die steel

To investigate the evolution mechanism of Al₂O₃ inclusions after Mg treatment in H13 die steel, the determination of inclusions characteristics and thermodynamic calculation were carried out in the present study. The results showed that irregular and cluster Al₂O₃ inclusions in H13 die steel were modified to MgO·Al₂O₃ and MgO after Mg treatment. Two types of MgO·Al₂O₃ were detected after Mg treatment. The long-range gravity between the MgO-containing inclusions is weaker than that of the MgO-free inclusions. The long-range gravity between the inclusions decreases with the increasing of Mg content of the steel. The evolution mechanisms of inclusion in low Mg-containing and high Mg-containing H13 die steel were comprehensive discussed. The different reaction mechanisms result in the different of the core of the MgO·Al₂O₃ inclusion.     

基于双亚点阵模型对H13钢中初生碳氮化物的研究

实验证明H13钢中存在三类初生碳氮化物,包括富V和C的（V_x,Mo_1-x）（C_y,N_1-y）、富Ti和N的（Ti_x,V_1-x）（C_y,N_1-y）及富V和C的（Ti_x,V_1-x）（C_y,N_1-y）,部分存在形核核心.基于双亚点阵模型和凝固偏析模型分析计算H13钢凝固过程中元素含量变化,考虑初生碳氮化物中元素间的相互作用,根据三类碳氮化物中合金元素含量和C/N比值不同,对各碳氮化物的生成自由能进行分析.理论研究指出富Ti和N的（Ti_x,V_1-x）（C_y,N_1-y）在固相率为0.90时即可生成,而富V和C的（Ti_x,V_1-x）（C_y,N_1-y）在固相率大于0.96才可生成,两类碳氮化物的临界生成固相率f_P均随固溶Ti和N含量的增加而减小.（V_x,Mo_1-x）（C_y,N_1-y）的临界生成固相率与x值密切相关,x减小时f_P降低,粒子尺寸增加,实验与理论分析吻合良好.根据错配度分析氧化物和碳氮化物对H13钢中初生碳氮化物异质形核的作用.     

Effect of Niobium on Microstructure of Cast AISI H13 Hot Work Tool Steel

The effect of niobium addition on the microstructure of cast AISI H13 hot work tool steel was evaluated by using EDX analyzer attached to the scanning electron microscope. The volume percent of eutectic area and eutectic cell size and also volume percent of different carbides of new steel, which is heat treated under different conditions, are also determined. The results show that the a niobium addition modifies the cast structure of Nb-alloyed hot work tool steel, and reduces the size and volume of eutectic cells, and increases the maximum hardness of the steel.     

Effects of carbon,sulphur, phosphorus,and nickel compositions and hot working on thermal fatigue properties of H13 steel

For precise composition control and the selection of hot-w orking operation,effects of carbon( C),sulphur( S),phosphorus( P),and nickel( Ni) compositions and hot working on thermal fatigue properties of H13 steel under thermal cycling conditions w ere studied by a self-restraint thermal fatigue test. Results show ed that the control of the C content at about 0. 35%,Ni content at about 0. 50%,and S and P contents as low as possible and the forging operation used lead to an improvement of the thermal fatigue resistance of the steel.     

基于原位观察的H13钢中液析碳化物高温行为研究

使用原位观察方法研究了不同凝固条件H13钢铸锭样品中液析碳化物的高温行为.实验发现连铸锭及电渣锭两种样品在所研究的枝晶间存在明显的合金元素偏析,其中Cr、Mo、V、C的偏析较为明显,液析碳化物存在于凝固枝晶间偏析最严重的区域,成分为V、Mo、Cr、Ti的液析碳化物.连铸锭及电渣锭两种样品分别在1200℃及1250℃围绕液析碳化物周围出现局部液相,理论计算的局部液相出现温度与实验观察到的接近;随着温度的升高,局部液相范围扩大,与电渣锭相比,加热至相同温度时,连铸锭液析碳化物周围的局部液相范围更大.液析碳化物周围局部液相的出现加快了枝晶间合金元素的扩散,对液析碳化物的高温行为具有重要影响.     

含氮高锰奥氏体热作模具钢析出相的研究

利用Thermo-Calc软件对含氮高锰奥氏体热作模具钢凝固过程进行了计算,利用扫描电子显微镜观察分析了退火态组织和析出相,对碳氮化钒沉淀析出行为进行定量理论计算,研究碳氮化钒在奥氏体中析出规律和碳氮化钒中C与N元素互相置换行为.结果表明:电渣锭经过830℃退火后的组织为γ-Fe+MC+M_2C,MC相几乎与奥氏体同时析出,通过扫描电镜和能谱分析可知MC为富钒的V(C,N),M_2C为富钼的合金碳化物,MC相形貌为不规则多边条状或片状,M_2C相形貌呈鱼骨状或螺旋状.在凝固过程中先析出VN,因此高温下平衡析出的碳氮化钒明显富氮;随着温度降低,C、N、V元素固溶量均逐渐降低,由于C从奥氏体中析出相对含量比N多并且C置换VN中的N元素,因此低温下平衡析出的碳氮化钒明显富碳.