作者：马野、刘宝石、牟锋、朱仁龙（抚顺特钢股份有限公司）

【摘要】利用金相显微镜和冲击试验机对两种国内外先进的优质热作模具钢H13钢的显微组织和力学性能进行了研究。 结果表明，对抚顺特钢生产的H13钢和瑞典ASSAB生产的8407钢的化学成分、带状偏析、退火组织和冲击韧性进行了对比分析。 抚顺特钢生产的H13钢化学成分P含量低于瑞典ASSAB 8407钢。 8407钢的带材偏析稍好一些。 抚顺特钢H13钢退火组织中心可见少量网状碳化物，冲击刃口稍好。 8407钢。

关键词：模具钢； 锻造; 微观结构； 冲击性能

1 简介

随着2001年我国加入世贸组织和机械制造业的发展，我国模具工业迅速发展，这也促进了模具钢的发展。 模具生产技术水平已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志，因为模具的质量很大程度上决定了新产品的质量、效率和开发能力，模具已成为工业生产的基础工序。 设备。 同时，在模具行业快速发展的高要求下，对模具材料的性能和使用寿命提出了更高的要求。 在整个模具行业中，热作模具占有重要的地位。 以压铸模具为例，压铸是一种精密成型工艺，可使金属零件接近其最终形状和尺寸。 在汽车、机械、电子等快速发展的重要产业中发挥着重要作用。 的现状，需求量与日俱增。 我国每年需要压铸模具数十万吨，价值数十亿元。 为了减轻汽车的重量，铝合金和镁合金压铸件被广泛使用。 每个国家都是由汽车制造业带动的。 我国压铸业占市场份额65%以上，在日本等发达国家则占80%以上。

2 热作模具钢

热作模具钢主要用于制造将高温金属或液态金属压入工件的模具。 该过程需要将金属或液态金属加热到再结晶温度以下。 因此，它与冷作模具钢等其他类型的模具钢不同，塑料模具钢的性能差异很大。 热作模具钢的含碳量一般为0.3%~0.6%。 添加钨、钼、铬、钒等合金元素以改善高温性能，可分为铬钼系列热作模具钢和铬钨系列热作模具钢。 。 20世纪80年代初，我国引进了美国研制的国外通用型铬钼系列热作模具钢H13（我国钢号为4Cr5MoSiV1）。 这种钢以其高淬透性、淬硬性、强度、韧性和抗热疲劳性能而闻名。 在国内外广泛用于制造热挤压模具、压铸模具、热锻模具、塑料模具等，是目前世界上应用最广泛的热作模具钢。

随着模具技术的发展，对模具钢的质量和性能提出了更高的要求。 早在20世纪80年代，国外先进模具钢制造商就开始研发和生产高各向同性H13钢。 首先，奥地利BOHLER提出超纯净冶炼技术、均质化技术和超精细加工大大提高了H13钢的各向同性，大大提高了模具的使用寿命。 后来日本大同特钢、日立、高周波、瑞典UDDEHOLM等都推出了优质H13钢，处于世界领先地位。 抚顺特钢开发出高牌号、优质H13钢； 瑞典开发了高等级、高品质的H13钢（ASSAB的8407钢），已成为热作模具钢的优秀品牌。

瑞典ASSAB 8407钢是一种热作模具钢，是一种铬、钼、钒合金工具钢。 该钢组织均匀、纯净度高、韧性高、各向同性高。 适用于≤600℃工作的金属压铸模具。 挤压模具等

3 测试计划

本文对国内外同类规格的两种优质热作模具H13钢的质量进行了对比分析。 涉及钢种为抚顺特钢生产的H13钢和瑞典ASSAB生产的8407钢。 本文研究使用的抚顺特钢H13钢，锻造扁钢规格为350×600mm。 生产工艺流程为：真空精炼→电渣重熔→大型快锻机锻成材料→钢材热处理。 研究采用瑞典ASSAB的8407钢材，锻压扁钢规格为350×650mm。

试验按照北美压铸模具协会NADCA#207标准对抚顺特钢生产的优质热作模具H13钢和瑞典ASSAB的8407钢的化学成分、带状偏析、退火组织和冲击韧性进行了比较-2008年标准。 。

4 测试结果与讨论

4.1 化学成分

本文研究采用的抚顺特钢先进优质H13钢，锻造扁钢规格为350×600mm。 供试的优质H13钢锻造扁钢的化学成分如表1所示。

本文研究使用的瑞典ASSAB 8407钢材，锻造扁钢规格为350×650mm。 供试8407钢锻造扁钢的化学成分如表2所示。

从表1和表2可以看出，两种试验钢的成分均符合NADCA#207-2008标准。 不同钢种的成分特点是：抚顺特钢高牌号优质H13钢的Cr、V元素含量略高于瑞典亿盛8407钢。 两种对比材料在钢的洁净度、S、P和气体含量方面也存在差异。 主要原因是：①瑞典ASSAB 8407钢的P含量比抚顺特钢优质H13钢高0.008%，氧含量低0.0010%。 抚顺特钢优质H13钢； ②抚顺特钢优质H13钢，磷含量比瑞典ASSAB 8407钢低0.005%，氮含量比瑞典ASSAB 8407钢低115 ppm，氧含量比瑞典ASSAB高18 ppm 8407钢。 SAB 8407 钢。

4.2 带状偏析

带状偏析是影响热作模具钢内在质量的主要因素之一，因此比较钢的带状偏析组织的差异具有重要意义。 钢在凝固过程中，合金元素和碳富集形成的枝晶偏析在热变形过程中被拉长，形成合金元素和碳富集的条带。 在退火过程中，形成不同粒度和碳化物偏析的带材。 试样纵向腐蚀后可见带状、条状偏析。 本次测试中，根据对比材料的尺寸规格和特性，按照NADCA标准要求，选择材料的芯部、1/4D和边带结构进行对比分析，如图1所示。

图1 实验钢带状偏析组织对比（50×）

a — 富钢 H13 锻造扁钢芯 b — 8407 锻造扁钢芯

c — — Fusteel H13 锻制扁钢 1/4D d — — 8407 锻制扁钢 1/4D

e — Fusteel H13 锻造扁钢边 f — 8407 锻造扁钢边

根据金相组织观察，从图1可以看出，根据NADCA#207-2008标准图，抚顺特钢高牌号H13钢和瑞典8407钢的带状偏析组织均满足可接受的要求。标准。 SAB的8407钢的带状偏析略好于抚顺特钢的优质H13钢。

4.3 退火组织

退火金相组织是评价H13钢质量的关键依据之一。 北美压铸模具协会NADCA#207-2008优质钢标准中H13钢的退火金相组织合格等级为AS1-AS9合格。 良好的退火金相组织可以在淬火组织中获得良好的马氏体组织，可以加宽模具的淬火温度范围，降低过热敏感性，减少模具变形，防止淬火冷却裂纹的发生，从而使均匀的球状珠光体组织得到球化组织对热作模具的最终热处理和使用具有极其重要的意义。 本次测试根据对比材料的尺寸规格和特性，按照NADCA标准要求，选取材料的芯部、1/4D和边缘退火结构进行对比分析，如图2所示。

图2 实验钢退火组织对比（500×）

a — 富钢 H13 锻造扁钢芯 b — 8407 锻造扁钢芯

c — — Fusteel H13 锻制扁钢 1/4D d — — 8407 锻制扁钢 1/4D

e — Fusteel H13 锻造扁钢边 f — 8407 锻造扁钢边

从图2可以看出，抚顺特钢先进优质H13钢的退火金相组织牌号，材料的芯部、1/4D和边缘牌号分别为AS4、AS3和AS3，8407钢的退火金相组织ASSAB瑞典级，材料的芯部、1/4D和边缘等级为AS3、AS3和AS3。 两种试验钢的退火组织良好，碳化物分布均匀，钢的心部、1/4D和边缘的退火组织等级基本。 统一、一致。 两种试验钢的主要区别在于：瑞典ASSAB 8407钢的退火组织中，中心可见轻微的碳化物偏析； 抚顺特钢优质H13钢的退火组织中，中心可见少量网状碳化物。

4.4 冲击韧性

冲击韧性，特别是横向冲击韧性，是热作模具钢最重要的力学性能之一，在NADCA#207-2008标准中被用作关键评级指标。 由于热作模具在工作过程中需要承受一定的冲击载荷，为保证模具不开裂、不变形，需要保持较高的冲击韧性和断裂韧性。 在大截面或钼、钨含量较高的热作模具中，淬火组织中易出现脆性中间相变产物，导致热脆化。 通过合理的成分设计、合理的热处理工艺和组织分布，可以提高材料的韧性。 对于热作模具钢来说，根据性能要求，合理的韧性和强度匹配可以最大限度地延长热作模具的使用寿命。

抚顺特钢高牌号H13钢和瑞典ASSAB 8407钢的冲击试样取自扁钢横截面的中心、1/4D和边缘。 根据NADCA标准，采用的热处理制度为淬火温度1030℃，回火温度600℃。 冲击试样的热处理硬度调整为44~46HRC。 加工后的冲击试件尺寸为V型缺口10×10×55mm冲击试件。 检测冲击性能采用M5C030G3硬度计和ZBC-300冲击试验机对试样硬度和冲击进行检测。

对抚顺特钢高牌号H13钢和瑞典ASSAB 8407钢的横向冲击性能进行了测试。 表3为横向冲击性能测试结果对比。

试验钢不同位置的横向冲击韧性能比较见表3。采用夏比V型缺口试样进行了5次冲击试验。 去掉一个最大值和一个最小值，测试结果取其余三个的平均值。 测试结果：瑞典ASSAB的8407钢在中心、1/4D和边缘的横向冲击功没有太大差异，基本满足NADCA标准优质H13钢冲击功要求； 抚顺特钢优质H13钢横向冲击功在核心、1/4D和边缘有较大差异，基本满足NADCA标准优质H13钢冲击功要求。 中心和1/4D横向冲击功均低于瑞典ASSAB 8407钢，但边缘高于瑞典1/4D 8407钢。 SAB的8407钢。

5 结论

(1)两种试验钢的成分均符合NADCA#207标准。 不同钢种的成分特点是：抚顺特钢高牌号优质H13钢的Cr、V元素含量略高于瑞典ASSAB 8407钢。 抚顺特钢高牌号优质H13钢，磷含量比瑞典ASSAB 8407钢低0.005%，氮含量比瑞典ASSAB 8407钢低115 ppm，氧含量比瑞典ASSAB 8407钢高18 ppm钢。

(2)根据NADCA#207标准图，抚顺特钢高牌号H13钢和瑞典ASSAB 8407钢的带状偏析组织均满足可接受标准的要求，瑞典ASSAB 8407钢的带状偏析稍好比抚顺特钢先进的优质H13钢。

(3)根据NADCA#207标准图，抚顺特钢高牌号H13钢和瑞典ASSAB 8407钢的退火金相组织符合标准要求。 两种试验钢的退火组织良好，碳化物分布均匀。 钢 心部、1/4D及边缘的退火组织水平基本均匀。 两种试验钢的主要区别在于：ASSAB 8407钢的退火组织中，中心可以看到轻微的碳化物偏析； 抚顺特钢优质H13钢的退火组织中，中心可见少量网状碳化物。

(4)瑞典ASSAB 8407钢的芯部、1/4D和边缘部分的横向冲击功没有太大差异，基本满足NADCA标准优质H13钢冲击功要求； 抚顺特钢的高等级优质H13钢横向冲击功芯、1/4D和刃口相差较大，基本满足NADCA标准优质H13钢冲击功要求。 中心和1/4D横向冲击功均低于瑞典ASSAB 8407钢，但边缘高于瑞典ASSAB。 SAB的8407钢。 （内容来自《模具制造月刊》）