高碳工具钢T12A的研制与开发_朱林林.pdf

前言高碳工具用钢T12A，碳含量1.151.24%，属于高碳钢的范畴，主要用于制作制造一些尺寸小、形状简单、轻负荷的工具以及要求硬化层不深并保持高韧性的冷像模等，由于较高的碳含量，导致该钢中容易产生偏析，脱碳层及网状碳化物的控制成为本课题研究的重点。1产品技术要求1.1 产品化学成分要求产品化学成分要求见表1。1.2 高倍组织要求（1）T12A钢材的网状碳化物1.0级；（2）T12A钢材的总脱碳层1.5D%；（3）T12A钢材的石墨碳1.0级；（4）T12A钢材的珠光体组织为24级。2工艺控制要点及技术措施生产工艺流程为：铁水预处理80tEAFLF精炼VD真空精炼模铸7t钢锭锻造310mm锻材步进式加热炉1100mm 大棒开坯机160160方钢扒皮蓄热式加热炉-轧制14mm高碳工具钢T12A的研制与开发朱林林陈会来张刚（中科西王特钢有限公司，山东 滨州 256200）摘要：通过分析高碳工具钢T12A的使用条件，提出了T12A线材的技术要求，采用低温防脱碳纳米隔离剂，保证T12A高碳钢线材脱碳层符合标准要求；采用钢锭+锻造+大棒轧制开坯+线材轧制特殊的工艺流程，使网状碳化物得到控制，经T12A设计了合理的球化退火工艺，使网状碳化物控制在1级以内。所有检测指标均完全符合GB/T1298-2008的相关要求。关键词：T12A；网状碳化物；工具钢中图分类号：TF762文献标识码:A文章编号：1674-0971（2022）-004-03Research and development of high carbon tool steel T12AZhu Linlin，Chen Huilai,Zhang Gang（Zhongke Xiwang Special Steel Co.,Ltd.,Binzhou 256200,Shandong,China）Abstract：By analyzing the service conditions of high carbon tool steel T12A,the technical requirements ofT12A wire rod are put forward.The decarburization layer of T12A high carbon steel wire rod meets the standardrequirements by using low temperature anti-decarburization nano-isolating agent.The special technological pro-cess of steel ingot+forging+large bar rolling bloom+wire rod rolling is adopted to control the network carbide.The reasonable spheroidizing annealing process is designed by T12A to control the network carbide within 1 grade.All test indicators fully meet the relevant requirements of GB/T1298-2008.Keywords:T12A,network carbide,tool steel基金项目：国家科技重大专项（2017-VI-0002-0071,J2019-VI-0020-0136），国家自然科学基金（51874090）收件日期：2022-06-20作者简介：朱林林，男，（1986-），2011年毕业于东北大学，工程师，现供职于西王特钢有限公司，主要从事特钢新材料冶炼、轧制工艺设计。特钢技术Special Steel Technology第28卷 总第113期2022年第4期Vol.28（113）2022.No.4DOI:10.16683/J.CNKI.ISSN1674-0971.2022.4051产品开发与性能研究表1 T12A化学成分/%Table 1 Chemical composition of T12A steel/%钢种T12A标准要求C1.151.24Si0.150.30Mn0.150.30P0.03S0.02Cu0.25Ni0.20Cr0.25Al/盘圆。2.1 冶炼工艺研究2.1.1 电炉冶炼原料构成：铁水、废钢等组成。热装铁水冶炼：铁水比例50%60。电炉出钢 前 终 点 碳 0.10%，P0.008%，出 钢 温 度16301640。电炉出钢量8991t(纯钢水+合金)，严禁带渣出钢。电炉出钢10吨左右加Al块1.02.0 kg/t、增碳剂，20吨左右加入硅锰合金，石灰 8kg/t，精炼合成渣 34kg/t，出钢 3/4 时全部加完。（到精炼钢水成分控制在C：0.801.00%，Si0.15%；Mn:0.180.25%；P0.010%；）2.1.2LF与VD真空精炼（1）渣系配比及脱氧剂用量：石灰34kg/t，适量的萤石。按照Fe-Si粉70kg和SiC粉30kg扩散脱氧，C粉保持气氛，精炼预熔渣34kg/t，白渣保持时间大于20分钟。必须按照目标成分控制，纯钢水重量8991t。（2）LF 出钢温度 15751580，真空度 67Pa保持2025分钟，软吹时间大于20分钟。2.1.3模铸工艺（1）浇注温度：14861489，液相线1434。（2）浇注速度及冷却如表2。（3）保护渣采用吊挂+筛网方式加入，距离底部吊挂1袋，其余筛网加入;碳化稻壳：3袋/支钢锭；发热剂：2袋/支钢锭。（4）保温板的吊挂:7t保温板下底距离钢锭模上沿930mm，浇注高度 300mm，在 300mm320mm 处划线。保温板尺寸(厚:55mm;高:350mm)。2.2钢坯涂层为良好的控制T12A线材的脱碳，针对160160mm方钢，采用低温防脱碳纳米隔离剂FG-202，进行高碳工具用钢T12A防护，减轻了T12A线材轧制过程的脱碳，具体现场刷涂见图1。2.3轧制过程控制对涂层的T12A方坯进行了轧制，整个轧制过程控制正常，钢坯出加热炉时高压水除鳞效果好，氧化铁皮较薄，具体图片见图2。3检测数据分析3.1T12A钢轧制线材脱碳层数据分析本次试验对轧制后的线材头、尾端进行取样分析，检测结果如表3。由表3可以看出：（1）检测的T12A平均脱碳为0.10mm；（2）检测过程中脱碳层最低值为0.07mm，最高值为0.15mm。典型脱碳层图片进行观察，具体如图3所示。3.2T12A钢轧制线材网状碳化物数据分析本次试验对试样热处理制度进行了优化，对160方T12A轧坯进行球化退火试验，球化退火后陈会来 张刚 朱林林：高碳工具钢T12A的研制与开发第28卷第4期表2 浇注参数Table 2 Pouring parameters锭型t7t(6支)锭身浇注速度t/min2.42.6帽口浇注时间min67帽口浇注平均速度t/min0.81.1脱模时间 h5冷却方式退火图1 刷涂的T12A钢坯Fig.1 Brushed T12A billet图2 除鳞效果照片Fig.2 Photo of descaling effect表3 线材头尾端取样结果Table 3 Sampling results of wire head and tail牌号T12AT12AT12AT12AT12AT12AT12AT12A标准规格/mm1414141414141414取样号22337799试样号头尾头尾头尾头尾总脱碳层/mm0.070.070.150.140.080.130.110.110.21脱碳层0.07mm脱碳层0.15mm图3 脱碳层图片Fig.3 Picture of decarburized layer 5检验球化组织（石墨碳）、网状碳化物。（1）球化退火工艺（如图4）：样坯随炉升温，试验温度780，样坯到温后，保温3小时。然后35降温到680，保温3小时。保温后炉冷到500以下出炉空冷。（2）取样要求：在样坯半径二分之一处取样检验球化组织（石墨碳）、网状碳化物，试样可以兼做。（3）网状碳化物淬火工艺（如图5）：试样随炉升温，淬火温度770，到温后保温2030分钟，水冷。淬火后也可以用160回火固溶。对轧制后的线材头、尾端网状碳化物进行取样分析，检测结果如表4：由上表可以看出：目前检测的 T12A 线材网状碳化物均为1级，控制稳定。对典型网状碳化物图片进行观察，具体如图6所示。3.3T12A钢轧制线材石墨碳分析本次试验对轧制后的线材进行检测，目前检测的试样均未发现石墨碳的存在。具体如图7所示。3.4T12A钢珠光体组织分析本次试验对轧制后的线材头、尾端进行珠光体组织检测，检测结果如表5。由表5可以看出：目前检测的T12A线材珠光体组织均为3级，控制稳定。对典型珠光体组织图片进行观察，具体如图8所示：4结论中科西王研发的高碳工具钢T12A通过以上检测数据可以看出，采用低温防脱碳纳米隔离剂，保证T12A高碳钢线材脱碳层符合标准要求；采用钢锭+锻造+大棒轧制开坯+线材轧制特殊的工艺流程，使网状碳化物得到控制，经T12A设计了合理的球化退火工艺，使网状碳化物控制在1级以内。所有检测指标均完全符合GB/T1298-2008的相关要求。特钢技术第28卷第4期图4 球化退火工艺Fig.4 Spheroidizing annealing process温度78035降温6803h3h200出炉0时间h图5 淬火工艺Fig.5 Quenching process77020-30min温度水冷0时间h表4 线材头尾端取样结果Table 4 Sampling results of wire head and tail牌号T12AT12AT12AT12AT12AT12A规格/mm141414141414取样号337799试样号头尾头尾头尾网状碳化物/级111111图6 线材头、尾端网状碳化物金相图Fig.6 Metallographic diagram of net carbide at head and tail of wire rod图7 金相图片未发现石墨碳Fig.7 No graphite carbon was found in the metallographic picture表5 线材头尾端取样结果Table 5 Sampling results of wire head and tail牌号T12AT12AT12AT12AT12AT12A规格/mm141414141414取样号223399试样号头尾头尾头尾珠光体组织/级333333图8 珠光体组织3级金相图片Fig.8 Pearlite microstructure grade 3 metallographic picture 6