1.2738大型塑料模具鋼拋光麻點(diǎn)缺陷分析

唐亮，康愛軍，丁克振，汝亞彬，呂鑒名，趙丹

（撫順特殊鋼股份有限公司第一煉鋼廠，遼寧撫順113001）

1 引言

近年來，許多發(fā)達(dá)國家塑料模具用量及產(chǎn)值已躍居模具用鋼的首位，塑料模具鋼已發(fā)展成為一個較成熟的專用鋼種系列，尤其是預(yù)硬型塑料模具鋼的應(yīng)用占有主導(dǎo)地位，因其供貨后無需再進(jìn)行熱處理，避免了后續(xù)熱處理所造成的開裂、變形、脫碳等缺陷[1]。隨著中國由制造大國向著制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的邁進(jìn)，汽車工業(yè)、家電業(yè)等需要大尺寸塑料模具的產(chǎn)業(yè)也得到快速發(fā)展，因此，國內(nèi)大截面預(yù)硬型塑料模具鋼的需求也越來越大[2]。撫順特鋼生產(chǎn)1.2738預(yù)硬化模塊是制造汽車保險(xiǎn)杠、儀表盤的主要品種，在用戶使用過程中一套模具拋光后出現(xiàn)麻點(diǎn)缺陷，影響用戶正常使用。本文針對1.2738預(yù)硬化模具內(nèi)部夾雜物問題進(jìn)行定性分析，并提出改進(jìn)措施。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料制備

試驗(yàn)材料取自客戶處成品模具，其廠內(nèi)生產(chǎn)工藝流程為：電爐+LF+VD→模鑄27噸大錠→35MN快鍛機(jī)成材→模塊去氫退火處理→模塊預(yù)硬化處理，成品模塊截面尺寸為780×1,300mm，其化學(xué)成分如表1所示。

表1 1.2738鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

2.2 試樣方法

對存在缺陷的樣品通過探傷（UT）定位、低倍確認(rèn)及掃描電鏡成分分析等手段，最終確定夾雜物的具體來源。

3 夾雜缺陷定性

對試樣進(jìn)行解剖后，在低倍顯微照片上發(fā)現(xiàn)了明顯的大顆粒夾雜物，具體如圖1所示。

圖1 1.2738鋼的大顆粒夾雜物

對大顆粒夾雜物缺陷進(jìn)行掃描電鏡分析，其成分主要為Al的氧化物，同時含有Mn及少量Cr的氧化物，具體結(jié)果如圖2及表2所示。由此可以判斷，該夾雜物的產(chǎn)生主要是由于澆注過程中鋼液二次氧化所致。

圖2 1.2738鋼中夾雜物形貌

表2 1.2738鋼中夾雜物成分 %

4 改進(jìn)措施及效果

通過對試樣中存在的夾雜物進(jìn)行定性分析可以看出，該夾雜物主要是由于澆注過程鋼液二次氧化所致，因此，需對澆注過程氬氣保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化研究。

4.1 模鑄工藝流程

鋼液經(jīng)由鋼包底部的滑動水口，進(jìn)入中鑄管，到達(dá)底盤八卦磚，進(jìn)入湯道，再通過湯道末端向上進(jìn)入鋼錠模內(nèi)，上升的鋼液將懸掛在鋼錠模底部的保護(hù)渣包裝袋燒損，使保護(hù)渣散落到鋼液面上，保護(hù)渣逐漸分散熔化形成渣層，浮在鋼液表面，渣層可以保護(hù)鋼液不被氧化、保證鋼錠表面質(zhì)量及鋼錠模不被燙壞，同時還可以吸收鋼液中的夾雜物。同時，澆注過程采用氬氣保護(hù)，可以減少鋼液二次氧化的幾率，如圖3所示。

圖3 模鑄澆注示意圖

4.2 氬氣保護(hù)澆注系統(tǒng)優(yōu)化

原氬氣保護(hù)裝置為喇叭筒型，澆注過程鋼包水口與中注管漏斗磚之間距離偏大，并且三者之間不能實(shí)現(xiàn)完全無縫連接，無法實(shí)現(xiàn)全封閉澆注。由于氬氣保護(hù)裝置存在先天缺陷，使?jié)沧⑦^程鋼液與空氣接觸，二次氧化的幾率較大，不利于保證產(chǎn)品質(zhì)量。為了解決此問題，需要開發(fā)新型的全封閉氬氣保護(hù)裝置?；诂F(xiàn)有澆注設(shè)備所具備的升降功能，本研究設(shè)計(jì)出了一種新型氬氣保護(hù)罩，歷經(jīng)4次改進(jìn)，最終形成可伸縮式全封閉氬氣保護(hù)罩，澆注時可實(shí)現(xiàn)全封閉澆注，整個澆注過程鋼水與空氣隔絕，減少了鋼水二次氧化、過程結(jié)冷瘤等現(xiàn)象。

4.3 模內(nèi)充氬優(yōu)化

澆注前對鋼錠模內(nèi)進(jìn)行模內(nèi)充氬，將鋼錠模內(nèi)存儲的空氣排出，保證鋼水進(jìn)入澆注系統(tǒng)后不與空氣接觸，減少鋼水二次氧化。本研究對鋼錠模內(nèi)充氬過程中氧氣濃度變化情況進(jìn)行標(biāo)定，確定合適的充氬時間，既能減少鋼錠模內(nèi)氧氣濃度又能減少氬氣使用量，在較低成本條件下實(shí)現(xiàn)最好的效果。鋼錠模內(nèi)氧氣濃度隨充氬時間的變化情況如表3所示。

從表3中可以看出，隨著模內(nèi)充氬時間的延長，鋼錠模內(nèi)氧含量呈下降趨勢，充氬15min后氧含量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，繼續(xù)充氬氧含量始終保持在17.6%左右，沒有繼續(xù)降低的趨勢，因此模內(nèi)充氬時間設(shè)定為15min。

表3 氧含量隨充氬時間的變化情況

4.4 效果驗(yàn)證

通過氬氣保護(hù)澆注系統(tǒng)優(yōu)化和模內(nèi)充氬優(yōu)化，使得鋼材探傷夾雜率由1.6%降低至0.08%，有效降低了鋼材廢品率的產(chǎn)生，具體如表4所示。

表4 改進(jìn)前后探傷夾雜率變化情況

5 結(jié)論

（1）鋼中大顆粒及異常夾雜物由于澆注過程鋼液存在與空氣接觸的二次氧化過程，導(dǎo)致在澆注過程中形成大量氧化物夾雜，夾雜物進(jìn)入鋼錠后形成材料內(nèi)部缺陷，影響模具材料的拋光性能。

（2）通過氬氣保護(hù)澆注系統(tǒng)優(yōu)化，有效防止了澆注過程鋼水的二次氧化；通過模內(nèi)充氬優(yōu)化，降低了澆注系統(tǒng)內(nèi)氧氣濃度，可以有效控制鋼材的夾雜物水平，滿足材料拋光要求。