火焰淬火模具钢工艺研究及生产应用

火焰淬火模具钢是为第二汽车制造厂研制开发的新型冷作模具钢。它是在参照国外火焰淬火模具钢SX-105V的基本上研制成功的。
火焰淬火模具钢7CrSiMnMoV主要用于汽车、机床、电器、仪表等行业作为冲压钢板、修边、冲孔、成型等模具，也可以作胶木模、陶木模、切边模、切条剪力等模具材料。近年来，又用于机床导轨、压碎机滚筒用钢、范围在逐渐拓宽。该钢种由于是淬硬钢，具有良好的强度与韧性的配合，淬火温度范围宽，热处理变形小，易于加工切削，安全可靠，还可以广泛用于模具的修复。为了满足用户对小型棒材和特小型圆棒材的需求，在测定模具钢7CrSiMnMoV的热变形工艺参数的前提下，改变了原有工艺，将生产小圆棒材先锻开坯再轧开坯再成材改为直接轧制成材。
1 试验材料和方法
1.1 试验室变形抗力测试
利用自行设计研制的多功能变形抗力测试机，对45钢、H13、LD（7Cr7Mo2V2Si)、7CrSiMnMoV、Cr12MoV、D2（Cr12Mo1V1)等钢种进行了变形抗力的测试和研究。利用试样在高温状态下受一定冲击力的作用而导致变形，并根据钢号-温度-轴向变形率曲线，计算其试样的变形抗力系数和抗氧化烧损率。试验用φ25、H=40mm的小圆柱试样共测定了790、800、900、950、1000、1100、1180℃温度级，外界给定能量为1281.1J，主要测定轴间变形率，其精确定为≤1.0%。
1.2 实际热加工试验方案
（1）试验用钢化学成分（表1）。
（2）试验钢锭轧、锻开坯加热工艺（表2）
表1 试验钢成分%

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 试验钢锻、轧加热工艺

工序	入炉温度 /℃	加热温度 /℃	总加热时间 /h	终轧锻锻温度/℃	冷却
锻开坯	<900	1160-1180	>6		堆冷
轧开坯	<900	1160-1180	>5		坑缓
坯轧成材	<900	1160-1180	>2	850-900	砂缓

（3）检验
试样取样数量：断口试样3个；退火硬度试样3个；淬火硬度试样2个；脱碳层试样3个。
110mm方轧（坯）材检验要求：按试协189-96执行。
2 试验结果和分析
2.1 试验钢变形抗力结果和分析
用试样在高温受力后轴间变形率和相对45钢的变形因数来表示试验钢的变形抗力，试验结果见表3和表4。可见。7CrSiMnMoV模具钢与其它钢种的变形抗力在800?1180℃范围内（即锻、轧加工变形范围）随温度的升高而降低（轴间变形率增加）。7CrSiMnMoV钢的变形抗力仅略高于45钢，在900?1000℃的范围内几乎与45钢接近，所以，7CrSiMnMoV钢具有良好的热加工性能，同时7CrSiMnMoV钢的终轧（锻）温度可适当降低，即控制在850℃左右为宜。
表3 温度?钢号?轴间变形率关系

温度/℃	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 钢号变形系数（以45钢为比较对象）

温度/℃	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

针对轧钢厂的设备状况和生产经验，选择在500或600mm轧机上生产90?110mm方坯及在430或330mm轧机上生产φ50?80mm规格圆材是可行的，其变形抗力不会对轧机造成破坏或影响轧机的正常扎制。
2.2 实际热加工组织和力学性能
扎制φ60mm圆材的成材率75.25%。低倍检验φ60mm轧材结果：中心疏松、一般疏松、锭型偏析均为0.5级，轧材经（800±10）℃保温4?6h退火后（以30℃/h冷却速度冷至650℃，出炉空冷）布氏硬度：中心217HB，边沿229HB。φ60mm轧材在不同工艺下淬火硬度见表5。淬火组织为淬火马氏体。
表5 φ60mm轧材淬火工艺及淬火硬度/HRC

淬火工艺	心部	边部	1/4R
（900±10）℃空冷	55	59	55
（860?880±10）℃油淬 （热油≥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
轧后500℃×30min炉冷		58

2.3 实际应用
应用户要求又试轧制110mm方坯材，投入钢锭20.16t，实际方坯（材）17.00t，成坯材率84.32%，试轧制过程中，依试协过程中，8-84规定，也取样进行了检测，与试轧制φ60mm材效果相同。
经济效益分析：φ60mm轧材投入钢锭1.309t，轧制成坯1.12t，轧制成材0.985t，从锭到材成材率为85.25%，轧材的单位利润为1200元/t ；轧制110mm方坯投入钢锭64支计20.16t，轧成方坯128支计17.00t，成材率84.32%，单位利润1300元/t，两批总计18.00t，实际利润24714.42元。
对于用户来说，仅从减少加工次数、降低成本、节约用料来看，每年用户可减少30?50%的消耗，经济效益和社会效益都是可观的（表6）。以轧带锻可行，应当推广，这是首特公司20多年来在模具钢成材规格上的突破，满足了用户的要求，也为今后轧制模具钢扁材提供了经验。将逐步扩大对718、P20等钢种大规格轧材的试轧制，有条件时也可进行H13钢太轧坯、大轧材的研制。
表6 用户使用情况

使用单位	使用部位模具	加工物件	寿命情况
二汽冲模厂	落料冲孔模	5mm原汽车前栓杆支架	比T10提高1.2倍
手表厂	落料模	6.8mm原表壳	比Cr12MoV提高0.5倍
汽车灯具厂	落料冲孔模	0.8mm汽车工作灯料	比Cr12MoV提高5倍
上海延锋汽车内饰厂	拉延模、落料模	汽车驾驶手柄等件	比Cr12、Cr12MoV有所提高
嘉陵工业股份公司	落料模、切边模、冲孔模、剪切、成形模	每副模具平均用料	500kg/副
上材所	拉伸模、薄板冲裁模		比T10、Cr12有所提高
四川汽车制造厂			比Cr12MoV好

3 结语
火线淬火模具钢7CrSiMnMoV是一种发展前景良好、用户满意、社会经济效益可观的新产品，它可以缩短模具钢制造周期和节约能源消耗，模具钢生产效率提高5?10%，成本降低15%左右，热处理电能节约30%左右，模具钢寿命提高一倍以上，在冷作模具钢系列中，应当大力推广和应用7CrSiMnMoV。

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