镁对H13热作模具钢夹杂物和碳化物析出行为的研究

Die steel,which is main mold material,is foundation of mold manufacturing. The further development of China's manufacturing industry level is seriously restricted because domestic die steel can not meet the needs of the market in metallurgical quality and mechnical properties, especially for the H13 hot work die steel used widely. Carbides, even eutectic carbides are easy to form during solidification of liquid steel for H13 hot work die steel with high carbon content in electroslag remelting.The service life and the stability of mechnical properties are influenced greatly by carbide and inclusion.In order to improve the mechnical properties of die steel,the key is to improve the cleanliness of liquid steel and optimize the morphology and size of inclusion, to reduce the number of carbides and avoid appearance of eutectic carbide.Because magnesium plays an important role in inclusion modification and carbides formation for some steel grades, it is first put forward to study on effects of Magnesium on inclusion formation and carbide precipitation for H13 hot work die steel.There are four aspects of research works, such as Study on the mechanism of action of magnesium on the inclusion in H13 die steel, study on effect of magnesium on inclusion removal for H13 die steel, Study on the mechanism of magnesium on Carbides precipitation and refinement for H13 die steel and study on effect of cooling rate on the formation of carbides and precipitation behavior for H13 diesteel with magnesium, The results of the study will provide theory basis and feasible measure for the application of magnesium in H13 hot work die steel.

作为主要模具材料的模具钢是模具制造的基础，国内现有模具钢在质量和性能方面难以满足市场需要，特别是H13热作模具钢，制约了我国制造业水平的进一步发展。H13热作模具钢在电渣重熔，钢液凝固过程中，容易形成一定量的碳化物，甚至会出现共晶碳化物，并且国产模具钢夹杂物含量较高，严重影响了模具的使用寿命和性能的稳定性。因此，改善模具钢性能的焦点是提高钢液的纯净度和改善夹杂物的形态、减少碳化物数量及避免共晶碳化物的出现。基于镁元素对某些钢种在夹杂物改性、碳化物细化等方面起重要作用， 提出"镁对H13热作模具钢夹杂物和碳化物析出行为影响的研究"，通过镁对H13模具钢中夹杂物变性机理的研究、H13模具钢中含镁夹杂物的去除行为研究、镁对H13模具钢中碳化物析出及细化作用的机理研究及冷却条件对含镁H13模具钢碳化物形成及析出行为的影响研究，为镁在H13模具钢中的应用提供理论依据。

H13钢是用于制造压铸模、热锻模和热挤压模等的常用钢种。国内生产的H13模具钢与国外的相比在夹杂物和碳化物控制方面差距较大，特别是一次碳化物较多，且退火组织中碳化物有明显沿晶界分布现象。镁能够改善夹杂物的形态和分布、提高钢的纯净度、细化碳化物、改善钢的组织，因此，镁应用于H13模具钢有利于开发高端产品。.项目系统研究了镁对H13模具钢中夹杂物、碳化物及性能的影响，提出了镁在H13模具钢中的作用机理，为生产高纯净及高强度H13模具钢提供理论依据。主要研究内容和成果包括：（1）通过热力学分析及实验，明确了镁对夹杂物形成的影响，发现含镁H13钢中1-2μm的夹杂物数量显著增加，大尺寸夹杂物数量降低，揭示了镁细化钢中夹杂物的机理；（2）研究了镁对夹杂物去除行为的影响，阐明了含镁夹杂物去除的限制性环节，发现钢中形成的镁铝尖晶石夹杂物细小，且不聚集长大。经过MgO含量为5%的渣精炼后，含镁H13钢中夹杂物数量最少；（3）研究了镁对钢中碳化物析出及细化的影响机理，揭示了镁对H13钢中碳化物形成的影响，无镁H13钢中存在尺寸大于10μm的M6C及VC型一次碳化物，含镁钢中一次碳化物尺寸为5-10μm，且以VC型为主。加镁后形成的MgOAl2O3夹杂物比Al2O3与γ-Fe、一次碳化物MC、M6C的错配度低，更有利于促进奥氏体和碳化物的非均匀形核，且MgOAl2O3在钢中细小弥散分布，增加了以MgOAl2O3为核心析出的尺寸小弥散分布的一次碳化物数量；（4）研究了电渣重熔过程冷却强度对含镁H13钢凝固组织与碳化物的影响，发现随着冷却强度的增加，钢中残余奥氏体减少，马氏体比例增加，碳和合金元素偏析减轻，碳化物尺寸降低且分布更加均匀，碳化物类型没有变化；（5）研究了镁对H13钢力学性能的影响，发现镁提高了回火马氏体的稳定性，增加了钢的强度和硬度。含镁H13钢断口以MgOAl2O3以及复合夹杂物为主，尺寸较小，有利于钢韧性的提高。不含镁钢的摩擦机制为黏着磨损，镁含量大于0.0010%时钢的摩擦机制转变为氧化磨损，摩擦系数从0.8降低至0.6-0.7之间，镁含量为0.0032%时钢的耐磨性最高。