本文關鍵詞：含鈮、鈦H13鋼凝固過程大尺寸碳氮化物的析出及控制

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【摘要】：AISI H13鋼是一種廣泛使用的熱作模具鋼,而鈮微合金化H13鋼因其優(yōu)越的性能也受到越來越多的關注。然而,實際生產中發(fā)現(xiàn)H13鋼以及微合金化H13鋼中常存在大量數微米乃至數十微米的大尺寸碳氮化物,對模具產品的性能危害較大。本文結合常規(guī)電爐工藝、普通電渣重熔工藝以及保護氣氛電渣重熔工藝生產的含鈮、鈦H13鋼棒材中大尺寸碳氮化物的特征,利用實驗室小鋼錠實驗以及Thermo-Calc軟件計算,對含鈮、鈦的H13鋼凝固過程中一次析出相的析出行為進行了研究,同時借助工廠試驗對含鈮H13鋼中鈮含量進行了成分優(yōu)化。所得結果如下。不同冶煉工藝生產的含鈮0.054 wt%及0.060 wt%的H13鋼棒材中均存在大量的3μm以上的大尺寸析出相,這些析出相按照成分可以分為三類：富Ti-V-N的碳氮化物相,富Nb-C的碳氮化物相以及富V-C的碳氮化物相。三類析出相或單獨存在,或復合在一起形成兩層、三層甚至四層的結構。析出相成分分布比較集中且與冶煉工藝及取樣位置關系不大。析出相的熱穩(wěn)定性高,熱處理難以去除,而電渣重熔工藝對于這些大尺寸相的細化效果并不顯著。這三類大尺寸碳氮化物相均是在凝固過程于液相中析出的一次析出相。鈮、鈦元素的存在,對H13鋼凝固過程中碳氮化物的析出行為影響很大。不含鈮、鈦的H13鋼在凝固過程中,富V類(V,Mo,Cr,Fe)C相首先析出,富Mo-Cr類(V,Mo,Cr,Fe)C相在凝固末端最后析出。H13鋼中單獨添加0.034 wt%的鈦元素后,凝固過程中成分均勻的富Ti-N類以及成分不均勻的富Ti-V類(Ti,V)(C,N)相首先析出；而當H13鋼中單獨添加0.051 wt%的鈮元素后,先析出相為富Nb-C的碳氮化物相。H13鋼中復合添加0.064 wt%的鈮以及0.036wt%的鈦之后,凝固過程中富Ti-N的(Ti,Nb,V)(C,N)相首先析出。之后隨著Ti、N元素的消耗以及Nb、V、C的逐漸富集,富Nb-C的(Ti,Nb,V)(C,N)以及富V-C的碳化物相繼析出。富Mo-Cr的碳化物相熱穩(wěn)定性低,1150℃下保溫較短時間即可溶解;富V的碳化物熱穩(wěn)定性稍高,但是在合適的溫度下保溫一定時間同樣可以溶解；富Ti、富Nb以及富Ti-Nb的碳氮化物在實驗溫度1150℃以及1250℃下穩(wěn)定存在,而對于成分不均勻的富Ti-V類(Ti,V)(C,N),隨著保溫時間的增加,低Ti/V比值區(qū)域逐漸分解轉變成密集分布的小點。對于含鈮H13鋼中存在的大尺寸富鈮相而言,單純的采用熱處理工藝難以達到控制的效果,控制鋼中鈮合適的添加量至關重要。理論計算以及進一步的實驗室小鋼錠實驗、工廠生產試驗表明,控制鈮含量在0.03wt%及以下,可以有效地抑制富鈮相的析出。
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TF703

【參考文獻】

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1 許峰云;白秉哲;方鴻生;;低合金高強度鋼鈦微合金化進展[J];金屬熱處理;2007年12期

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本文編號：1286848