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這類鋼的主要特點(diǎn)是工藝性好,淬火溫度低,熱處理變形小,強(qiáng)韌性好,并具有適當(dāng)?shù)哪湍バ浴H鏕D(6CrMnNiMoVSi)、7CrSiMnMoV(簡(jiǎn)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(shí)加熱模具刃口切料面,硬化層下又有一個(gè)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(guó)、日本在七十年代初即研究過牌號(hào)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(guó)研制了一些基體鋼,如65Cr4W3Mo2VNb(簡(jiǎn)稱65Nb)、65W8Cr4VTi(簡(jiǎn)稱LM1)65Cr5Mo3W2VSiTi(簡(jiǎn)稱LM2)鋼等。這些基體鋼的主要特點(diǎn)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(qiáng)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(shí)晶粒的長(zhǎng)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(jìn)一步增加鋼的耐磨性,我國(guó)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?zèng)_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(duì)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(dá)650℃,但鎢系熱作模具鋼的導(dǎo)熱性低、冷熱疲勞性差。 我國(guó)在八十年代初引進(jìn)國(guó)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(shí),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(duì)模具鋼在強(qiáng)韌性和熱穩(wěn)定性方面更高的要求,我國(guó)研制了不少的新熱作模具鋼,主要有: 國(guó)內(nèi)在八十年代,針對(duì)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(duì)國(guó)內(nèi)外用鋼做過大量的分析對(duì)比和研究。研究工作表明,國(guó)外同類鋼5CrNiMoV中的Cr、Ni、Mo含量均高于國(guó)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(guó)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(guó)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(jī)械壓力機(jī)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(guó)開發(fā)的一種熱鍛模用鋼,有高的使用壽命。 H13已是國(guó)內(nèi)外廣泛使用的熱作模具鋼,在使用溫度不超過600℃時(shí),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(guó)外采用爐外精練、高溫?cái)U(kuò)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(guó)內(nèi)多采用電渣重熔等工藝。 我國(guó)研制了許多強(qiáng)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(guó)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(qiáng)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(guó)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(guó)內(nèi)外應(yīng)用和新研制成功的熱作模具鋼,對(duì)其基本力學(xué)性能、工藝性能和使用性能進(jìn)行測(cè)試和對(duì)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(guó)外使用廣泛的預(yù)硬塑料模具鋼,已列入我國(guó)合金工具鋼標(biāo)準(zhǔn),八十年代以來已在我國(guó)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(guó)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(guó)、日本、德國(guó)都發(fā)展了一些易切削預(yù)硬鋼。國(guó)外易切削預(yù)硬鋼主要是S系,也有S-Se系、Ca系。但Se價(jià)格較貴。S系易切削鋼的各向異性較大,在截面增大時(shí),硫化物的偏析比較嚴(yán)重。 我國(guó)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(shí),可順利進(jìn)行各種加工。 這種鋼不經(jīng)調(diào)度處理,鍛、軋后可達(dá)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(guó)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(guó)開發(fā)了幾種低鎳時(shí)效硬化鋼,這些鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后進(jìn)行機(jī)械加工,再經(jīng)時(shí)效,通過析出金屬間化合物提高硬度,熱處理后變形很小。時(shí)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(jìn)行機(jī)械加工,再經(jīng)時(shí)效,硬度可達(dá)38~42HRC。 塑料制品在以化學(xué)性腐蝕塑料為原料時(shí),模具需具有防腐蝕性能,一般采用耐蝕鋼制造模具,此時(shí)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(guó)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(qiáng)度和韌性較差,且不能進(jìn)行機(jī)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(guó)已可生產(chǎn)各類牌號(hào)的硬質(zhì)合金,基本上可以滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需要。 為了滿足制造集成電路板鉆孔用的微型鉆頭、計(jì)算機(jī)用的點(diǎn)陣打印針、精密工模具等的需要,近年來,各國(guó)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(bǔ)了常規(guī)硬質(zhì)合金的許多不足,擴(kuò)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(guó)一些研究單位和硬質(zhì)合金廠已研制出多種牌號(hào)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(diǎn)。 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(qiáng)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(guó)于60年代開始研制這種材料,已研制成多種牌號(hào)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?yàn)閭鹘y(tǒng)的18-8型奧氏體耐熱鋼抗水蒸氣氧化機(jī)能和抗煙氣腐化機(jī)能較低,而鍋爐過熱器和再熱器的末級(jí)部件請(qǐng)求有優(yōu)勝的抗水蒸氣和抗煙氣氧化機(jī)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(jìn)步到25%,在經(jīng)久服役過程中,Cr元素會(huì)向外面擴(kuò)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(jìn)步,脆性相σ相的析出趨勢(shì)加倍明顯。是以,同時(shí)進(jìn)步了Ni含量,穩(wěn)定奧氏體組織的同時(shí)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(jī)能明顯進(jìn)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(jìn)步材料的抗氧化機(jī)能是不敷的,因?yàn)樵诮?jīng)久服役過程中還須要優(yōu)勝的蠕變斷裂強(qiáng)度。Cr和Ni含量的進(jìn)步均不會(huì)獲得更高的蠕變斷裂強(qiáng)度,是以為了進(jìn)步材料的蠕變斷裂強(qiáng)度,日本住友金屬公司開辟了HR3C奧氏體耐熱鋼。為了進(jìn)步25Cr-20Ni型奧氏體耐熱鋼的高溫強(qiáng)度,同樣應(yīng)用了多元合金強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)行強(qiáng)化,成功地開辟了新型奧氏體耐熱鋼HR3C,其蠕變斷裂強(qiáng)度明顯進(jìn)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(qiáng)度和更優(yōu)良的抗蒸汽和煙氣的氧化機(jī)能,是以更合實(shí)用于超超臨界機(jī)組中情況極為惡劣的鍋爐過熱器和再熱器部件的末級(jí)管道中。
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