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這類鋼的主要特點是工藝性好,淬火溫度低,熱處理變形小,強韌性好,并具有適當(dāng)?shù)哪湍バ浴H鏕D(6CrMnNiMoVSi)、7CrSiMnMoV(簡稱CH)、DS鋼等。GD鋼用于制作易崩刃、斷裂的冷沖模具有高的使用壽命。CH鋼的成分與日本的SX105V鋼相同,是一種火焰淬火鋼,常用于制做汽車等生產(chǎn)線上用的模具零件,火焰淬火時加熱模具刃口切料面,硬化層下又有一個高韌性的基體做襯墊,從而使模具獲得較高的使用壽命。DS鋼是一種沖擊冷作模具鋼,其沖擊韌性顯著優(yōu)于常用的高韌性刀片用工具鋼6CrW2Si。 基體鋼一般指其成分與高速鋼淬火組織中基體化學(xué)成分相同的鋼。 美國、日本在七十年代初即研究過牌號為VascoMA、VascoMatrixI和MOD2的基體鋼,相當(dāng)于M2和M36高速鋼的基體,但未得到廣泛的使用。我國研制了一些基體鋼,如65Cr4W3Mo2VNb(簡稱65Nb)、65W8Cr4VTi(簡稱LM1)65Cr5Mo3W2VSiTi(簡稱LM2)鋼等。這些基體鋼的主要特點是其含碳量稍高于基體的含碳量,以增加一次碳化物量和提高耐磨性,還加入少量的強碳化物形成元素鈮或鈦,以形成比較穩(wěn)定的碳化物,阻止淬火加熱時晶粒的長大并改善鋼的工藝性能。這類基體鋼已較廣泛地用于制作冷擠壓、厚板冷沖、冷鐓等模具,特別適于難變形材料用的大型復(fù)雜模具,還可用做黑色金屬的溫?zé)釘D壓模具。 為了改善Cr12型冷作模具鋼的碳化物偏析,提高其韌性,并進一步增加鋼的耐磨性,我國做了大量的研究工作,開發(fā)出不少新的鋼種,如LD、ER5和GM鋼等。在這些鋼中,適當(dāng)降低了鉻含量以改善碳化物偏析,增加鎢、鉬和釩的含量以增加二次硬化的能力和提高耐磨性。與Cr12型冷作模具鋼比較,這類鋼的碳化物偏析有所改善,有較高的韌性。這類鋼比Cr12型冷作模具鋼有更好的耐磨性,因而制做的模具有更高的壽命,更適于高速沖床和多工位沖床的使用。 5CrNiMo鋼主要用做大中型鍛模。但其淬透性不夠高,回火穩(wěn)定性也不高,其性能不能滿足大截面鍛模對性能的要求。3Cr2W8V鋼廣泛用做黑色和有色金屬熱擠壓模和Cu、Al合金的壓鑄模。這種鋼的熱穩(wěn)定性高,使用溫度達650℃,但鎢系熱作模具鋼的導(dǎo)熱性低、冷熱疲勞性差。 我國在八十年代初引進國外通用的鉻系熱作模具鋼H13(4Cr5MoSiV1),H13鋼有良好的冷熱疲勞性,在使用溫度不超過600℃時,代替3Cr2W8V鋼,模具壽命有大幅度提高,因此H13鋼迅速得到推廣應(yīng)用,其產(chǎn)量已超過3Cr2W8V鋼。 為適應(yīng)壓力加工新工藝、新設(shè)備對模具鋼在強韌性和熱穩(wěn)定性方面更高的要求,我國研制了不少的新熱作模具鋼,主要有: 國內(nèi)在八十年代,針對5CrNiMo鋼的淬透性不能滿足大截面錘鍛模的需要和使用溫度不超過500℃的問題,對國內(nèi)外用鋼做過大量的分析對比和研究。研究工作表明,國外同類鋼5CrNiMoV中的Cr、Ni、Mo含量均高于國產(chǎn)5CrNiMo鋼,并含有少量的V,因而其淬透性和回火穩(wěn)定性均高于國產(chǎn)5CrNiMo鋼,并建議選用5CrNiMoV鋼,用于制做大型、復(fù)雜的重載荷錘鍛模。 國內(nèi)還開發(fā)了大截面熱鍛模具鋼5Cr2NiMoVSi和45Cr2NiMoVSi鋼,已獲得較廣泛的應(yīng)用。與5CrNiMo鋼相比,這些鋼中的碳含量稍低,提高了Cr和Mo的含量并加入適當(dāng)?shù)腣和Si,因之有高的淬透性和熱穩(wěn)定性。45Cr2NiMoVSi鋼中的碳和硅,較之5Cr2NiMoVSi鋼,稍有降低,更適宜于做錘鍛模。這種鋼用于制造4000t以上機械壓力機鍛模和3t以上鍛錘模,使用壽命較5CrNiMo和5CrNiMoV提高0.5~1.5倍。3Cr2MoWVNi鋼也是我國開發(fā)的一種熱鍛模用鋼,有高的使用壽命。 H13已是國內(nèi)外廣泛使用的熱作模具鋼,在使用溫度不超過600℃時,有良好的冷熱疲勞性能,用做熱擠壓模和鋁合金壓鑄模,有比較高的使用壽命。但H13鋼有較大的尺寸效應(yīng),國外采用爐外精練、高溫擴散退火、等向鍛造等工藝,以改善其尺寸效應(yīng),減小Cr和Mo的成分偏析,國內(nèi)多采用電渣重熔等工藝。 我國研制了許多強韌性好、熱穩(wěn)定性高的熱擠壓用熱作模具鋼。一些鋼是在國外鉬系3Cr3Mo3V鋼和鉻系H13鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來,并在合金化方面有一定特色,如HMI(3Cr3Mo3W2V)、TM(4Cr3Mo2WMnVNb)、Y4(4Cr3Mo2MnVB)、Y10(4Cr5Mo2SiV1)、HD2(4Cr3Mo2VNiNbB)、012Al(5Cr4Mo3SiMnVAl)等鋼。這些鋼在保持較好的強韌性條件下,具有高的其熱穩(wěn)定性,分別用于制做熱擠壓模、精鍛模、有色金屬壓鑄模等,有良好的使用效果。 我國有關(guān)部門曾組織一些研究單位和使用單位,選擇了27種國內(nèi)外應(yīng)用和新研制成功的熱作模具鋼,對其基本力學(xué)性能、工藝性能和使用性能進行測試和對比,并提出了各類熱作模具的選材準(zhǔn)則。 這類鋼在鋼廠經(jīng)過充分鍛打后制成模塊,預(yù)先熱處理至要求的硬度(一般預(yù)硬至30~35RHC)后,供使用單位制模。P20(即3Cr2Mo)是國外使用廣泛的預(yù)硬塑料模具鋼,已列入我國合金工具鋼標(biāo)準(zhǔn),八十年代以來已在我國一些工廠廣泛采用。718是瑞典生產(chǎn)的改型P20鋼,較P20有更高的淬透性,調(diào)質(zhì)后可在大截面尺寸保持硬度均勻一致,亦在我國得到較廣泛地使用。 為了改善預(yù)硬塑料模具鋼的被切削性能,可加入易切削元素。美國、日本、德國都發(fā)展了一些易切削預(yù)硬鋼。國外易切削預(yù)硬鋼主要是S系,也有S-Se系、Ca系。但Se價格較貴。S系易切削鋼的各向異性較大,在截面增大時,硫化物的偏析比較嚴(yán)重。 我國研制了一些含硫易切削預(yù)硬塑料模具鋼,如8Cr2MnWMoVS(8Cr2S)和S-Ca復(fù)合易切削塑料模具鋼5CrNiMnMoVSCa(5NiSCa)。5NiSCa鋼采用了S-Ca復(fù)合易切削系和噴射冶金技術(shù),改善了硫化物的形態(tài)、分布和鋼的各向異性,在大截面中硫化物的分布仍比較均勻。5NiSCa鋼有高的淬透性和鏡面拋光性,模具硬度為35~45HRC時,可順利進行各種加工。 這種鋼不經(jīng)調(diào)度處理,鍛、軋后可達到預(yù)硬硬度,有利于節(jié)約能源、降低成本、縮短生產(chǎn)周期。我國開發(fā)的這類鋼有:中碳錳硼系空冷貝氏體鋼、可用于制作塑料模和橡膠模;非調(diào)質(zhì)塑料模具鋼2Mn2CrVTiSCaRe(FT),鋼中加入S、Ca、Re做為易切削元素,比S-Ca復(fù)合系易切削鋼有更好的切削性能;低碳MnMoVB系非調(diào)質(zhì)貝氏體型大截面塑料模具鋼(B30),鋼中加入S、Ca作為易切削元素,工業(yè)試生產(chǎn)表明400mm厚板坯熱軋后空冷,硬度沿截面分布較均勻。 我國開發(fā)了幾種低鎳時效硬化鋼,這些鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后進行機械加工,再經(jīng)時效,通過析出金屬間化合物提高硬度,熱處理后變形很小。時效硬化鋼適于制作高精度塑料模具、透明塑料用模具等。 這類鋼有25CrNi3MoAl、10Ni3Mn2AlCu(PMS)和06Ni6CrMoVTiAl等鋼。這些鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后,硬度為20~30HRC,可進行機械加工,再經(jīng)時效,硬度可達38~42HRC。 塑料制品在以化學(xué)性腐蝕塑料為原料時,模具需具有防腐蝕性能,一般采用耐蝕鋼制造模具,此時還要求有較好的耐磨性。常用的鋼種為4Cr13(420)、9Cr18、17-4PH。PCR(0Cr16Ni4Cu3Nb)是我國開發(fā)的一種耐蝕塑料模具鋼,有較好的綜合力學(xué)性能良好的抗蝕性。 硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金是用粉末冶金方法制造的一類復(fù)合材料。硬質(zhì)合金的硬度很高、耐磨性好,有高的彈性模量和高的使用工作溫度。用于制作某些模具,模具使用壽命可提高數(shù)倍、數(shù)十倍以上。但硬質(zhì)合金較脆,抗彎強度和韌性較差,且不能進行機械加工。硬質(zhì)合金作為模具材料,主要用于拉絲模具、受沖擊力不大的冷擠和冷沖模具等。目前,我國已可生產(chǎn)各類牌號的硬質(zhì)合金,基本上可以滿足國內(nèi)市場的需要。 為了滿足制造集成電路板鉆孔用的微型鉆頭、計算機用的點陣打印針、精密工模具等的需要,近年來,各國都研制出一些微晶(WC晶粒小于1微米)和超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金(WC晶粒小于0.6微米),傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金中,WC晶粒尺寸為1.3~1.5微米。超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金彌補了常規(guī)硬質(zhì)合金的許多不足,擴大了其應(yīng)用范圍,在制造耐磨耐沖擊工模等方面取得了良好的效果。我國一些研究單位和硬質(zhì)合金廠已研制出多種牌號的微晶硬質(zhì)合金和超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金。開發(fā)高性能超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金目前仍是硬質(zhì)合金研究的熱點。 鋼結(jié)硬質(zhì)合金是以碳化物為硬質(zhì)相,鋼作粘接相形成的復(fù)合材料。鋼結(jié)硬質(zhì)合金有良好的耐磨性,其強度和韌性一般高于硬質(zhì)合金,并具有可熱處理性、可切削加工性、可鍛性和可焊性這樣一些工藝性能。模具是鋼結(jié)硬質(zhì)合金的主要應(yīng)用領(lǐng)域。我國于60年代開始研制這種材料,已研制成多種牌號的鋼結(jié)硬質(zhì)合金,用作模具的鋼結(jié)硬質(zhì)合金,硬質(zhì)相主要用TiC和WC,鋼的基體主要采用低合金鉻鉬鋼、中高合金工具鋼或高速鋼,如TiC系的GT35、R5、D1、T1和WC系的TLMW50、GW50、GJW50。鋼結(jié)硬質(zhì)合金已用于制作冷鐓模、擠壓模、拉伸模、沖裁摸、拉絲模、熱鐓模等。
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高壓鍋爐用無縫鋼管材質(zhì):HR3C(SA-213TP310HCbN) HR3C(25Cr-20Ni-Nb-N鋼)是20世紀(jì)80年代日本住友公司成功研制出的一種新型不銹鋼。HR3C是日本住友金屬定名的商標(biāo),在ASME標(biāo)準(zhǔn)中的材料商標(biāo)為SA-213TP310HCbN,在日本JIS標(biāo)準(zhǔn)中的材料商標(biāo)為SUS310JITB。其標(biāo)準(zhǔn)成分見下表。 因為傳統(tǒng)的18-8型奧氏體耐熱鋼抗水蒸氣氧化機能和抗煙氣腐化機能較低,而鍋爐過熱器和再熱器的末級部件請求有優(yōu)勝的抗水蒸氣和抗煙氣氧化機能,是以在18-8型奧氏體耐熱鋼的基本上,開辟了25-20型奧氏體耐熱鋼TP310。將Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)進步到25%,在經(jīng)久服役過程中,Cr元素會向外面擴散,與氧結(jié)合形成氧化層,起到優(yōu)勝的抗氧化感化。然則,跟著Cr含量的進步,脆性相σ相的析出趨勢加倍明顯。是以,同時進步了Ni含量,穩(wěn)定奧氏體組織的同時克制σ相的析出偏向。是以,25-20型奧氏體耐熱鋼TP310的抗氧化機能明顯進步,并有穩(wěn)定的奧氏體組織,有利于適應(yīng)超超臨界鍋爐蒸汽和煙氣的惡劣前提。 然則,僅僅進步材料的抗氧化機能是不敷的,因為在經(jīng)久服役過程中還須要優(yōu)勝的蠕變斷裂強度。Cr和Ni含量的進步均不會獲得更高的蠕變斷裂強度,是以為了進步材料的蠕變斷裂強度,日本住友金屬公司開辟了HR3C奧氏體耐熱鋼。為了進步25Cr-20Ni型奧氏體耐熱鋼的高溫強度,同樣應(yīng)用了多元合金強化道理,即在TP310的基本上,經(jīng)由過程限制C含量,并復(fù)合添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20%~0.60%的強碳氮化物形成元素Nb和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%~0.35%的N,應(yīng)用析出彌散分布、渺小的NbCrN相和富Nb的碳、氮化物以及M23C6來進行強化,成功地開辟了新型奧氏體耐熱鋼HR3C,其蠕變斷裂強度明顯進步到181MPa。 綜合推敲,與其他耐熱鋼比擬,HR3C具有優(yōu)良的蠕變斷裂強度和更優(yōu)良的抗蒸汽和煙氣的氧化機能,是以更合實用于超超臨界機組中情況極為惡劣的鍋爐過熱器和再熱器部件的末級管道中。
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