Cr12MoV大型矫直辊铸造 及热处理工艺研究

马　佳,晏宏山,左素敏(.唐山科技职业技术学院，河北唐山 06000；.唐钢集团重机公司，河北唐山 06 06; .唐山不锈钢有限公司，河北唐山 0600)

Cr12MoV大型矫直辊铸造 及热处理工艺研究

马佳1,晏宏山2,左素敏3
(1.唐山科技职业技术学院，河北唐山 063000；2.唐钢集团重机公司，河北唐山 06 3306; 3.唐山不锈钢有限公司，河北唐山 063100)

Cr12MoV钢作为冷作模具钢广泛应用于模具制造业， 其制造工艺为铸- 锻-加工-热处理。本文探索以铸代锻生产大型矫直辊工艺，经特殊热处理工艺，辊身表面硬度和金相组织能满足矫直辊使用技术要求。

Cr12MoV钢；矫直辊；热处理；莱氏体钢

0　前言

Cr12MoV钢属高耐磨微变形冷作模具钢，其具有高的耐磨性、淬透性、微变形、高热稳定性、高抗弯强度，仅次于高速钢，是冲模、冷镦模的重要材料，其消耗量在冷作模具钢中居于首位。国内Cr12MoV钢常用的加工工艺 ：钢坯下料—锻造—球化退火—加工—淬火+低温回火—加工—组装。

本文以大型钢线矫直辊生产为例，经以铸代锻和四段热处理工艺生产的大型矫直辊辊身表面硬度和金相组织满足矫直辊使用技术要求。

1　材料成分和技术要求

1.1材料成分

表1　矫直辊材质及化学成分 w%

1.1技术要求

（1）轧辊硬度要求

调质处理后轧辊工作层厚度250 mm，辊面硬度56～58 HRC，表面硬度不均匀度≤5 HS，工作层硬度落差≤5 HS。

（2）轧辊的低倍组织和显微组织

低倍组织要求：不得有气孔、夹杂、疏松、裂纹等缺陷。

金相组织要求：碳化物分布均匀，不得有残余应力和沿晶界分布的网状碳化物存在。

2　工艺分析及试验研究

2.1工艺分析

Cr12MoV钢属于高碳高铬钢，含碳和铬量高，形成了大量的碳化物和高合金度的马氏体，使钢具有高硬度、高耐磨性。此外，Cr12MoV钢中的钼增加钢的淬透性并且细化晶粒；钒能细化晶粒增加韧度，又能形成高硬度的VC，进一步增加钢的耐磨性；铬又使钢具有高的淬透性和回火稳定性。

由于Cr的大量存在，钢液结晶时析出的大量共晶碳化物（主要是硬度很高的铬铁复合碳化物（Fe，Cr ）7C3）极为稳定，常规热处理无法细化。即使其经压延后，在较大规格钢材中仍保留明显的带状或网状碳化物，碳化物分布不均匀，而带状或网状碳化物区是一个脆性区，其塑性、韧度差，不能承受大的冲击力，裂纹很容易在这里萌生与扩展，往往成为裂纹产生的主要原因。

较大的碳化物周围常常有空位、位错等缺陷汇聚，在交变负荷的作用下，这些缺陷进一步聚集和扩展便可萌生疲劳裂纹。碳化物偏析严重，在碳和合金元素富集的区域，钢的熔点降低，易导致模具热处理时过热，使碳和合金元素在奥氏体中溶解度减少，降低淬火后的硬度，且导致碳合金元素富集区与贫乏区间产生大的组织应力，从而增大模具热处理后的变形量。为了碎化、细化共晶碳化物，把粗大的枝晶状共晶碳化物打碎，提高碳化物分布的均匀性，细化碳化物的粒度。

—般Crl2MoV使用时都需要进行锻造和预先热处理，以减少碳化物的不均匀分布，为后续淬火、回火提供优良的原始组织。

2.2铸造工艺

矫直辊简图如图1所示，由于矫直辊尺寸较大，根据工艺分析得知：即使经锻造加工，也很难完全消除网状碳化物。限于公司设备条件，很难采用常规铸后锻造工艺，因此设计以铸代锻工艺，即采用水玻璃硬化砂造型，45 t电弧炉+20 t中频炉双联熔炼，静态浇铸后热开箱，经特殊的扩散球化等温退火工艺处理，铸态组织、退火组织如图2所示。粗大连续网状碳化物基本消除，仅存部分带状碳化物，碳化物等级为5级，硬度检测为230～250 HB，满足机加工要求。

图1　矫直辊简图

图2　矫直辊铸态和退火后金相组织图片

2.3热处理工艺

国内Cr12MoV钢的热处理工艺有一次硬化法、二次硬化法，根据工件不同的使用条件可选用不同的热处理工艺，两种热处理工艺均经保温后采用油淬。两种热处理方法一般淬火液选用淬火油或硝盐浴，可以采用单液淬火，也可采用双液分级淬火，且均能获得满意的硬度及耐磨性，但对红硬性有要求的工件一般选用二次硬化法。

根据矫直辊工作状况，结合公司的设备状况，选用一次硬化法热处理工艺。分两组进行热处理实验，一组采用低淬低回工艺，单液淬火，即950～1 000 ℃加热入油冷却，200 ℃回火；另一组采用中淬中回工艺，喷雾淬火，即1 020～1 050 ℃左右加热保温后喷雾冷却，380～400 ℃左右回火。

热处理工艺曲线见图3，热处理后矫直辊金相组织见图4所示。

图3　矫直辊热处理工艺曲线

图4　热处理后矫直辊金相组织图片

3　试验结果分析

3.1国内外Crl2MoV金相组织分析

试样经磨制抛光后，用4%硝酸酒精溶液腐蚀，在光学显微镜下观察其组织（见图4）。

两种热处理工艺矫直辊的组织均为马氏体+共晶碳化物，其中共晶碳化物成块粒状，碳化物等级为5.0级。两者相比，中淬中回工艺机体组织在碳化物与基体的界面处存在少量下贝氏体，且碳化物分布更加均匀，碳化物粒度得到细化。

与国内外Crl2MoV钢热处理后的组织对比（见图5），德国X165CrMoVl2和国内Crl2MoV的组织也为马氏体+共晶碳化物，但其共晶碳化物成网状，碳化物等级为7.0级，可见其组织优于德国和国内其它厂的金相组织。

图5　国内外Cr12MoV锻造钢热处理后扫描电镜图片

3.2性能分析

由两种热处理工艺矫直辊性能检测结果（表2）可见，中淬中回工艺虽然硬度尤其是内孔硬度低于低淬低回，但冲击韧性明显高于低淬低回工艺，是由于中淬中回工艺喷雾冷却强度低，机体组织中存在少量下贝氏体，而下贝氏体组织却具有较高强度和韧度，从而增强了矫直辊的抗事故能力。

表2　两种热处理工艺矫直辊性能检测结果

4　结论

（1）Cr12MoV大型工件采用以铸代锻，经特殊热处理工艺是可行的。

（2） Cr12MoV大型工件热处理采用喷雾淬火+中温回火性能优于其采用低温油淬+低温回火工艺。

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Process Study of Heat Treatment and Foundry of Heavy Straightening Roller Cr12MoV Steel

MA Jia1，YAN HongShan2，ZUO SuMin3

（1.Tangshan vocational college of science and technology， Tangshan 063000， Hebei，China；2.Tangshan Steel and Iron Group Heavy Machinery Co.Ltd.， Tangshan 063306，Hebei，China；3.Tangshan Stainless Steel Co.Ltd.， Tangshan 063100，Hebei，China）

Cr12MoV steel as Cold Die Steel wide application in industry and stencil manufacturing， its manufactured process: Casting-Forging-Machining- Heat treatment. This exploration as foundry instead of forging manufacture craft of heavy straightening roller， By special heat treating process， The results that the hardness and microstructure structure have met specifi cation of straightening roller.

Cr12MoV steel； Straightening roller； Heat treatment； Ledeburite steel

TG269;

A；

1006－9658（2015）02-0010-03

10.3969/j.issn.1006—9658.2015.02.004

2014-10-12

稿件编号：1410-683

马佳（1984—），女，硕士研究生，讲师，主要研究方向机械设计、金属工艺.