1.降低鋼中的非金屬夾雜物的措施

(1)電爐冶煉時采取的工藝措施

1) 選用優(yōu)質(zhì)的原材料

模具鋼在冶煉時應(yīng)盡量選用優(yōu)質(zhì)原材料，廢鋼中不僅S、P含量要低，而且應(yīng)嚴(yán)格控制其他有害元素As、Sn、Pb和Cu等。廢鋼 應(yīng)盡量多采用好的廢鋼（最好是本組的返回料)，或優(yōu)質(zhì)生鐵。用氧化法冶煉時， 應(yīng)盡量保證氧化期的去碳量。

2) 選用優(yōu)質(zhì)的耐火材料

在用電爐冶煉葛利茲模具鋼時，應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)耐沖刷的 耐火材料。如爐襯可選用優(yōu)質(zhì)鎂碳磚，鋼包一般選用高鋁磚或鎂碳磚，包括澆注等用的耐火材料一定要注意。

3) 冶煉中采用吹氬攪拌

模具鋼在冶煉時，采用吹氬攪拌，可加速夾雜物 的上浮速度，而且可使較小的夾雜物通過碰撞、聚合而形成較大的夾雜物而易于 上浮，但吹氬量要控制適當(dāng)，如吹氬流量太大或吹氬時間太長，會引起鋼渣卷入 鋼液中，從而帶來更多的夾渣或夾雜物，同時使鋼液的溫度降低太多。

4) 采用合成渣

向鋼液中加入專門配置的溶淹，可強(qiáng)化有害雜質(zhì)向溶渣中 的轉(zhuǎn)變過程，合成渣的配方有很多，加入的方式也較多，當(dāng)需要去除某種成分的 非金屬夾雜物時，選擇相應(yīng)的合成渣。

5) 采用復(fù)合脫氧劑

近些年來，葛利茲模具鋼的冶煉一般采用復(fù)合脫氧劑，可使 夾雜物更易從金屬中分離出來。如Si-Mn合金、Al-Mn-Si合金、Ca-Si合金等， 均可作為復(fù)合脫氧劑。

6) 采用稀土元素。

稀土金屬元素是很強(qiáng)的脫氧劑，可以選用含稀土（質(zhì)量 分?jǐn)?shù)）30%〜50%的合金，加入鋼液中形成稀土氧化物、稀土硫化物能成為結(jié)晶 時的晶核，分布在晶體內(nèi)而不在晶界，對鋼材性能的有害作用可降至最小，并提 髙模具鋼的等向性。

(2) 模具鋼的爐外精煉

爐外精煉是去除鋼中夾雜物，降低鋼中氣體含量最 有效的技術(shù)措施。在模具鋼生產(chǎn)中常用的有：

1) 真空精煉

合金工具鋼常用的真空精煉有VHD、VD、RH、VAD和 ASEA-SKF等，經(jīng)過真空精煉的模具鋼氧含量可降低w (Q) 40%〜60%左右， 硫含量降低w (S) 40%以上，使鋼液中的夾雜物顯著降低。

2) 噴粉精煉

即使利用吹氬攪拌、真空脫氣等技術(shù)措施，鋼液中還會有一 些氧化鋁夾雜物。若把以氧化鈣為主的精煉劑噴入鋼液中，氧化鈣對氧化鋁具有 較高的親和力，可形成鋁酸鈣鹽類，鋁酸鈣熔點較低，易凝聚長大而上浮，使鋼 液中的夾雜物明顯減少，顯著改善鋼的純潔度。大多數(shù)夾雜物的尺寸均小于 50叫1。在鋼液中噴入CaO-CaF2能進(jìn)行去硫，也可噴入Ca-Si粉，以改變硫化物 的形態(tài)，或噴入CaC2粉劑達(dá)到脫氧脫硫的目的。

3) 電渣重熔

利用電渣重熔可以大量去除鋼中的夾雜物并改善鋼材的低倍 組織，從而有效地改善了鋼材的性能。近些年來，模具鋼的冶煉開始大量使用電 渣重熔法生產(chǎn)高質(zhì)量的葛利茲模具鋼。

(3) 合金模具鋼的澆注。

合金模具鋼的澆注主要是防止鋼液的二次氧化和帶入夾雜物，從而提高模具鋼的純凈度，一般應(yīng)采取以下工藝措施:

1) 氣體保護(hù)澆注

鋼液在鋼錠模內(nèi)上升時與錠模和大氣接觸（如在電爐出鋼-鋼包、鋼包-鍵模等過程)，都需要用惰性氣體保護(hù)（通常用氬氣)，以防止鋼 液的二次氧化。

2) 真空澆注

即將鋼液在真空狀態(tài)下澆注，對防止鋼液的二次氧化十分有效。

3) 控制合理的澆注工藝

葛利茲模具鋼一般采用下注法，包括合理的澆注溫度、 澆注速度。應(yīng)使鋼液在鋼錠模內(nèi)平穩(wěn)上升，避免鋼液翻騰，這不僅對鋼錠表面質(zhì) 量有利，也避免鋼渣卷入鋼液中形成夾渣，影響鋼材的純凈度，甚至報廢。

4) 選用合理的保護(hù)渣

在葛利茲模具鋼的澆注時，把保護(hù)渣放入鋼鍵模中，當(dāng)鋼 液與粉末接觸時生成液態(tài)渣浮蓋于鋼液表面，使鋼液與大氣和鋼錠模相隔離，從 而減少鋼液'的氧化。

(4)模具鋼的連鑄

為了在連鑄時減少鋼液中的總夾雜物的含量，必須保證 在整個過程中沒有產(chǎn)生夾雜物的來源，也就是消除鋼液的再氧化，避免鋼液與空 氣的接觸，并使用性能穩(wěn)定的耐火材料。在連鑄過程中操作的要點是使產(chǎn)生夾雜 物的量小于去除的夾雜物的量。鋼包和中間包適度攪拌，鑄模液面的穩(wěn)定控制， 耐火磚套埋入深度的控制，模子維護(hù)，注流控制等均是獲得清潔鋼的必要條件。

2.提高和改進(jìn)鋼的鍛造質(zhì)量

(1)避免過熱、過燒

鍛造質(zhì)量的好壞與多種因素有關(guān)，一般說選用良好的 表面質(zhì)量的鋼錠、精坯，提高整個工序的操作質(zhì)量，是改善鍛造質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

合金模具鋼的鋼錠或鋼坯表面往往存在著裂紋、發(fā)紋、夾雜、折疊、結(jié)疤 等缺陷為了減少和防止這些缺陷，以防止這些缺陷在加熱和鍛造時進(jìn)一步擴(kuò)大， 加熱前必須將這些缺陷清理干凈，以改善表面質(zhì)量。常用的清理方法有風(fēng)鏟清理、 或?qū)Ｓ霉ぞ咔謇�、火焰切割清理、磨削清理、剝皮清理等�?/p>

鋼錠或鋼坯在鍛前加熱過程中可能產(chǎn)生氧化、脫碳、過熱、過燒及內(nèi)部裂 紋，這些缺陷會不同程度的影響著鋼材的質(zhì)量，氧化造成金屬的燒損，降低鋼材 的成材率，增加鋼材的表面粗糙度。甚至在鋼材的表面形成麻點等缺陷，從而減 抿鋼材的尺寸精度。脫碳將使鋼材的表面硬度和強(qiáng)度降低，影響零件的使用性能。 為了防止氧化和脫碳，應(yīng)盡量采用快速加熱，縮短在高溫下的停留時間，爐氣保 持不大的正壓，爐內(nèi)造成中性或弱氧化性氣氛，而還原性氣氛會加速脫碳。過燒 和內(nèi)裂是不可挽回的廢品缺陷，所以在加熱和鍛軋過程中盡量避免此類缺陷。

過熱是鋼在稍低于過燒溫度的高溫下長期保溫，晶粒過分長大的現(xiàn)象。過 熱使金屬在鍛造時塑性下降，降低了鋼材的力學(xué)性能。對于未鍛造或軋制的過熱 鋼材，為了改善過熱造成的粗晶組織，一般可采用冷卻后重新加熱重結(jié)晶后鍛造 或軋制的方法來解決。若鍛后可通過熱處理的方法來細(xì)化晶粒。但并不是所有的 過熱鋼能通過上述的方法解決，重要的是防止過熱。

過燒是由于加熱溫度過高，致使鋼中熔點較低的組成物熔化而導(dǎo)致不可挽 回的缺陷。一般鋼淀具有很薄很致密細(xì)小的等軸晶保護(hù)層，在加熱過程中可以防 止氧化性爐氣浸入鋼錠內(nèi)部。而鋼錠在冷卻過程中形成的晶間裂紋可穿過致密的 表面結(jié)晶層和大氣相溝通，具有這種晶間裂紋的鋼錠是最容易過燒的，這種裂紋

就是爐氣向鋼錠內(nèi)侵入的通道。滲入晶粒邊界的氧化性氣體，使晶間的氧化物變 脆。預(yù)先剝皮的鋼徒在加熱時就要特別注意，因為剝皮時把所有可防止裂紋與爐 氣相通的很致密的表面結(jié)晶層去掉了，所以就有可能暴露大量的裂紋缺陷，晶間 裂紋的存在不僅使氧化性爐氣容易向鋼錠內(nèi)滲入，而且也造成了過熱時促使易熔 晶間物質(zhì)滲出的條件，晶間空隙的產(chǎn)生又引起新的通道的形成，爐氣便沿該通道 進(jìn)入鋼錠內(nèi)部，因此在加熱時應(yīng)更加注意。

過燒現(xiàn)象一般都是從表面且沿晶界開始時，并向鋼錠的內(nèi)部發(fā)展，在開始 形成不大的空隙-空穴，其后進(jìn)一步擴(kuò)大，若晶間空隙的表面氧化過程得到充分 發(fā)展，則由于失掉晶間聯(lián)系而使鋼錠在鍛造或軋制時碎裂。

為了使鋼錠或鋼坯在熱加工過程中防止過熱或過燒，應(yīng)根據(jù)鋼的化學(xué)成分 和尺寸制定正確合理的加熱規(guī)范，并嚴(yán)格執(zhí)行。選擇合理的爐型并采用微機(jī)控制 是提高加熱葛利茲質(zhì)量的重要的保證。盡量減少爐內(nèi)的過剩空氣量，高溫下應(yīng)調(diào)節(jié)成弱 氧化性氣氛；在火焰爐內(nèi)加熱時，鋼料應(yīng)離開燒嘴一定的距離，避免鋼料與火焰 直接接觸，以防鋼料局部過熱和過燒，如因鍛壓設(shè)備發(fā)生故障而長時間停鍛時必 須降低爐溫和采取其他措施。

(2)減少角裂、表裂等缺陷

鍛造時制定正確的鍛造工藝，采用先進(jìn)的鍛造 設(shè)備，熟練的撐握操作技術(shù)是減少角裂、表面裂紋、表面結(jié)皰的關(guān)鍵。例如，鍛 造Cr12型模具鋼，就必須采用多次小變形的鍛造方法，砧子的圓角半徑不能太 小，進(jìn)料量要進(jìn)行控制，一般L//H=0.6-0.8,要注意勤倒棱，觀測鍛造料的溫度 的變化，尤其是角部。以防棱角處溫度下降，而造成角裂，一旦出現(xiàn)裂紋應(yīng)及時 清除，否則裂紋會在隨后的鍛造中將進(jìn)一步擴(kuò)大。

表面裂紋的種類很多，在CM2型鋼的鍛造中時常發(fā)現(xiàn)“三角形”或“人” 字形的裂紋，這種裂紋的形成說法較姜，但應(yīng)控制鋼料的進(jìn)給量、加熱溫度和錘 擊的速度和力度。

采用先進(jìn)的鍛造設(shè)備是提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要途徑�？焖馘懺鞕C(jī)和精密鍛造 機(jī)代表著當(dāng)今鍛造設(shè)備的先進(jìn)水平。快鍛機(jī)的特點是：在空程和回程的速度快， 鍛壓次數(shù)可達(dá)90-100次/min的前提下，實現(xiàn)了鍛造操作車的聯(lián)合動作。由于 液壓機(jī)還裝有電子閉路系統(tǒng)，可嚴(yán)格控制鍛造壓下量，鍛件的尺寸精度可達(dá)到土 1-2mm。這樣一方面適應(yīng)了高合金鋼在短時間內(nèi)的變形。另一方面，可提高貴 重金屬的收得率。此外由于鍛造力大，便于鋼錠的鐓粗，從而提高模具鋼的質(zhì)量。 精鍛機(jī)與一般鍛造相比具有以下的特點：①變形方式優(yōu)越，精鍛過程是多錘頭高 速徑向鍛造壓縮過程，鍛件在變形過程中始終承受徑向壓力，應(yīng)變形式則沿圓周 的徑向壓縮和軸向延伸，不存在自由寬展，避免了鍛件心部產(chǎn)生裂紋；②鍛造速 度快，每一錘頭的一次變形量很小而道次變形量大，高合金鋼可達(dá)20%〜40%, 碳素鋼可以更大一些；③火次變形量大，錘頭的高速鍛造使鍛件的輻射熱損失較

小，錘頭與鍛件的接觸時間短，熱損失也較少，高速變形使鍛件的變形溫升較高， 使鍛件可以進(jìn)行多次往復(fù)鍛造。④鍛造方式由圓一圓、圓一方、方一圓等多種 變形方式，防止了由于溫度不均而造成的角裂及其他的表面缺陷；⑤生產(chǎn)的自動 化程度高，產(chǎn)品的尺寸精度高。實踐表明，精鍛機(jī)在工藝技術(shù)是先進(jìn)的，尤其是 在髙合金鋼方面的鍛造，有一定的優(yōu)勢，與快鍛機(jī)配合進(jìn)行高合金鋼的小批量、 多品種的開還及成材生產(chǎn)，優(yōu)勢比較突出，尤其是鍛后產(chǎn)品的力學(xué)性能和表面質(zhì)' 量很好，是冶金廠鍛造設(shè)備改進(jìn)的方向。但是精鍛機(jī)由于其本身的鍛造變形的工 藝特點，即表面變形、鍛透深度不夠，容易形成孔洞鍛造缺陷，在使用時應(yīng)注意 其變形工藝等方面的深入研究。

(3)尺寸精度尺寸

精度是衡量葛利茲鋼材的外觀質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，同時也影 響到零件機(jī)加工的切削率和成本等。尺寸精度主要取決于工藝裝備。國內(nèi)目前的 鍛材除了少數(shù)幾個大的特殊鋼廠用快鍛機(jī)生產(chǎn)外，大多數(shù)用水壓機(jī)和氣錘生產(chǎn)， 因此鋼材的外型較差，且尺寸精度較低。采用快鍛機(jī)和精鍛機(jī)的企業(yè)生產(chǎn)的鍛材， 其產(chǎn)品尺寸精度可控制在±0.1%-0.2%的范圍內(nèi)，其外型也比較規(guī)整，而且產(chǎn) 品的內(nèi)在質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高，成材率也高，表2-17中列出我國快鍛機(jī)生產(chǎn)的 模塊與日本的模塊的尺寸精度的比較，可見改善工藝裝備是提高尺寸精度的關(guān) 鍵。近幾年來，有部分模具鋼使用單位要求尺寸精度更嚴(yán)，因此，需要機(jī)加工后 交貨。

表2-17快鍛機(jī)生產(chǎn)模塊與日本模塊的尺寸精度比較

(4)改善Cr2型冷作模具鋼共晶碳化物的不均勻度

高碳髙鉻型葛利茲冷作模具鋼常用的鋼種有：Cr12、Cr12MoV和Cr12Mo1V1等鋼種，此類鋼一般屬于萊氏 體鋼，在鑄態(tài)組織中存在“魚骨狀”的共晶碳化物，共晶體（奧氏體+碳化物） 沿著已形成的晶界呈網(wǎng)狀凝固，共晶體的析出即使在高速冷卻的條件下也難以避 免。在鋼的以后冷卻過程中，二次碳化物從過飽和的奧氏體中析出，并沉淀在共晶體碳化物上，從而使網(wǎng)狀碳化物量增加，網(wǎng)狀加厚。在鑄態(tài)下由于網(wǎng)狀碳化物 的存在，鑄態(tài)鋼變得很脆且強(qiáng)度很低。在鋼的熱加工過程中，共晶碳化物被破碎， 呈網(wǎng)狀分布的碳化物變成顆粒狀碳化物并沿著變形方向延伸產(chǎn)生了帶狀碳化物。 鋼在鑄態(tài)下的原始組織對使用性能影響很大，其中碳化物分布的不均勻性起著重 要作用。

為了消除和改善萊氏體鋼網(wǎng)狀共晶碳化物，降低粗大碳化物的帶狀組織，必須在鋼的熱加工過程中采用很大的變形率才能獲得分布比較均勻的碳化物。在 鋼經(jīng)過變形時，當(dāng)鋼的橫截面變形至1/12〜1/15時（相當(dāng)于變形率達(dá)到90%) 網(wǎng)狀碳化物才能消失，即使在如此大的變形量的情況下，仍保留著粗大的共晶碳 化物，只有變形截面至1/30〜1/40時（變形為98%左右)，碳化物才能趨于均勻。

改善Cr12型的萊氏體共晶碳化物不均勻性常采用以下幾種有效措施：

①選擇合理的錠型，在滿足鍛比的情況下，應(yīng)盡量選擇較小的錠型，一般<150mm 的材，應(yīng)選擇1.5t以下的鋼錠.對于大截面的鎮(zhèn)材，應(yīng)選用較大的鋼錠.對于同一 種規(guī)格的鋼材，大型鋼錠的碳化物級別偏低.但是由于鋼錠較大，鋼錠凝固冷卻 條件差，易產(chǎn)生嚴(yán)重的偏析、疏松等缺陷，因此在能滿足鍛造比的情況下，應(yīng)盡 量選擇較小的鋼錠；

②在條件允許的情況下，加大鍛造比，改善碳化物的不均勻 度。在Cr12型萊氏體鋼的鑄態(tài)組織中存在著數(shù)量相當(dāng)大的以樹枝狀和板條顆粒 聚集復(fù)合碳化物，為了使這些碳化物破碎，應(yīng)采用大的鍛造比以增加變形程度；

③采用多次鐓拔，可使碳化物的分布進(jìn)一步均勻。但要防止在鐓粗過程中產(chǎn)生裂 紋；

④采用電渣重熔工藝，可以使共晶碳化物細(xì)小、均勻；

⑤在澆注前加入稀 土元素，進(jìn)行變質(zhì)處理，使鑄態(tài)組織得到細(xì)化，有利于網(wǎng)狀共晶碳化物的消除， 并使碳化物的顆粒尺寸減�。�

⑥優(yōu)化冶煉澆注工藝參數(shù)，Cr12型模具鋼熔點低， 液相線的溫度約為1360℃，應(yīng)嚴(yán)格控制各期的溫度，要嚴(yán)防還原期鋼液溫度過 熱，且在凝固過程中容易形成碳化物偏析，要嚴(yán)格控制出鋼溫度和澆注溫度，一 般出鋼溫度為1480-1510℃。在澆注時一定要控制澆注速度。

(5) 降低表面碳脫的措施

為了降低葛利茲合金模具鋼表面脫碳和氧化，在熱加工 過程中，鋼坯加熱多采用加熱爐高溫段采用強(qiáng)化加熱和控制爐內(nèi)氣氛的措施，也 有在高溫段采用電感應(yīng)快速加熱工藝，可基本上避免鋼坯在加熱過程中的氧化和 脫碳現(xiàn)象。在鋼材的熱處理方面，為了避免氧化和脫碳，廣泛采用連續(xù)式可控氣 氛退火爐，用吸熱式可控氣氛以控制碳勢。對于小型軋材和線材的熱處理，近年 來有的工廠已采用大型真空熱處理爐進(jìn)行真空退火。由于真空熱處理的鋼材質(zhì)量 好，損失小和易于控制等，使這類裝備得到迅速發(fā)展。

(6) 高碳低合金冷作模具鋼帶狀組織的改善

高C低合金葛利茲冷作模具鋼 CrWMn、9CrWMn、9Mn2V、Cr2等鋼種屬于過共析鋼，在鑄態(tài)組織中存在一 定數(shù)量的M3C型碳化物，但與萊氏體鋼的共晶碳化物相比，碳化物顆粒均勻和 細(xì)小，如9SiCr鋼在淬火組織中含有碳化物3%〜4%，回火后組織中含碳化物約 10%-12%，鋼中的碳化物在熱加工后或熱加工過程中二次析出并沿晶界分布。 但產(chǎn)生該類缺陷，可以采用860〜900℃正火處理消除。一般來說，在鋼的碳化 物在熱加工過程中沿變形方向拉長而呈帶狀分布，隨著變形率的增大，碳化物的 分布愈細(xì)小均勻。碳化物網(wǎng)或帶狀對模具性能有較大影響，主要表現(xiàn)在降低鋼的 橫向的強(qiáng)度和籾性，此外對模具鋼的拋光性能也有大的影響。

此外，碳化物的不均勻性還與鋼的成分有關(guān)，當(dāng)鋼中的含W ©量在1% 左右和含有一定量的w (W) 1%左右時，碳化物的不均勻性較髙，即使采用較 大的鍛造比，仍有一定量的碳化物帶狀或網(wǎng)狀。

改善模具鋼帶狀碳化物的有效工藝措施：

1) 改善鋼錠的結(jié)晶組織，在滿足一定鍛造比的情況下，盡量采用小的錠型， 以提高鋼液在結(jié)晶區(qū)內(nèi)的冷卻速度，以減小碳化物的鑄態(tài)組織的偏析。

2) 在可能的情況下，應(yīng)盡量采用低溫澆注。

3) 采用電弧爐+電渣重熔工藝冶煉，充分改善鋼錠的原始鑄態(tài)組織，使碳 化物細(xì)化。

4) 選用大的鍛造比和大的變形率有利于破碎碳化物，改善碳化物的顆粒度。

5) 對存在碳化物不均勻的鋼，可采用高溫擴(kuò)散處理，進(jìn)行均勻化處理，一 般采用1180-1200℃，保溫5-8h。

6) 軋后或鍛后進(jìn)行強(qiáng)化冷卻，可以采用風(fēng)冷、霧冷等工藝措施。一般軋后 或鍛后冷卻到650-700℃,然后進(jìn)行緩冷，快冷是為了防止網(wǎng)狀碳化物，緩冷是 防止白點和形成裂紋。

7) 提高鋼材的力學(xué)性能的措施。

提高葛利茲模具鋼材的等向性能，改善橫向韌性和塑性，可以提高模具的使用壽命，常采用的方法有：

① 鋼的純凈度對鋼材的等向性能有很大的影響，采用二次精煉技術(shù)（包括 真空精煉、ESR、和鋼包噴粉等)，可以提高鋼材的純凈度，尤其降低鋼中的有 害雜質(zhì)的含量，對提高性能十分有益。

② 利用Ca、稀土等微量元素對夾雜物的變質(zhì)作用，改變鋼中的夾雜物的結(jié) 構(gòu)形貌和物性，使鋼中的夾雜物球化、細(xì)化，從而提高鋼材的力學(xué)性能。

③在熱加工方面，對鋼錠進(jìn)行反復(fù)的鐓拔和多向軋制，增大變形量，可降 低鋼中的碳化物的偏析的級別，也有利于改善鋼材的各向異性。

④對鋼錠進(jìn)行高溫擴(kuò)散熱處理，可以改善鋼錠的成分不均勻性，從而提高 鋼材的橫向性能。

綜上所述，提高模具鋼的質(zhì)量水平是保證模具使用壽命的關(guān)鍵，因此，在 經(jīng)濟(jì)成本和設(shè)備條件允許的情況下，使用比較成熟的工藝措施，應(yīng)盡量提高模具 鋼的質(zhì)量水平，包括表面質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量，此外，還應(yīng)保證模具鋼的質(zhì)量高的穩(wěn) 定性，使用戶在使用中有可靠性和安全感。

本文出自*港峰公司(葛利茲、名佳利)*，轉(zhuǎn)載請注明出處！ 2016-4-22