H13钢的带状组织及其消除方法
王玉峰　刘宗昌　范文宝
(内蒙古科技大学材料与冶金学院,包头　014010)
【摘要】　通过对H13钢进行高温淬火和高温退火处理,研究了不同温度、不同冷速对带状组织的影响,得出采用高温奥氏体化处理和快速冷却的方法可减轻和消除带状组织。

【关键词】　H13钢　带状组织　消除方法　热处理工艺
作者简介:王玉峰,女,内蒙古科技大学高级工程师,主要从事金属材料及磁性材料研究。

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THE BAN D STRUCTURE OF H 13STEE L AN D ITS
E LIMINATION METH OD
Wang Y u feng Liu Z ongchang Fan Wenbao (Material and Metallurgy School ,UST Inner M ong olia )
【Abstract 】　The H13steel was treated by the processes of high tem perature quenching and
high tem perature annealing.The in fluence of different tem peratures and cooling rates on the band structure was studied.The band structure could be weaken and eliminated by high tem perature austenization and rapid cooling treatment.
【K ey Words 】　H13Steel ,Band Structure ,Elimination Method ,Heat Treatment Process
1　概　述
H13钢是一种使用温度一般在600℃以下的中
耐热韧性钢,它既有3Cr2W8V 钢的高温性能,
5CrMnM o 的高韧性特点,也具有一般热作模具钢要求的热硬性、热强性、抗回火稳定性、耐磨性、抗热疲劳性等。

现已在锤锻模、挤压模、压铸模、模锻模等模具领域得到广泛应用。

H13钢铸锭由于表面和心部冷却速度不同,造成表面组织细小均匀,心部组织晶粒粗大,并混有带状组织,严重影响锻件的性能和最终热处理质量。

为此,分析带状组织的成因和采取消除措施十分必要。

2　
实验方法及实验方法211　实验材料本次实验用材料是上海宝钢提供的工业用H13钢。

它的化学成分如表1:
表1　实验用钢(H13)的化学成分
(质量百分数,%)
C S
S i
Mn
P
Al Cr V M o 0136
<01002110820165601014
-5137
0198
1118
试样尺寸为15mm ×15mm ×20mm ,用HRC -150型洛氏硬度计测定硬度,ZEISS C A25型金相显微镜观察、拍摄金相组织。

按G B ΠT l3299-91评定带状级别。

212　热处理试验
将试样在高温箱式炉进行处理,处理工艺如图1所示。

试样分别加热到1200、1250、1300℃,保温2h 后,采用炉冷和油冷二种方式冷至室温。

图1　退火处理工艺
3　试验结果和讨论
第27卷　第6期
上　海　金　属
V ol 127,N o 16　392005年11月
SH ANGH AI MET A LS
N ovember ,2005
311　原始组织
宝钢生产的钢锭经过锻造退火后组织见图
2,按照G B ΠT 13299-91标准评级,带状组织评级为3-4级。

图2　H13钢锻造退火后组织
312　热处理工艺对组织性能的影响31211　奥氏体化温度的影响
H13钢试样经1200℃、1250℃、1300℃奥氏
体化保温2h 后炉冷至室温的显微组织为铁素体
和索氏体组织,如图3,性能如表2。

表2　不同奥氏体化退火后性能
奥氏体化温度Π℃120012501300平均硬度ΠHRC
4811
4512
4516
由图3、表1可知,随着奥氏体化温度升高,钢中的带状偏析元素扩散得越充分,得到的
组织越均匀,当加热温度达到1300℃时,带状组织消除。

但是,经过高温扩散退火后,
组织晶粒变粗大,必须经过正火处理,以细化晶粒;锻件经过高温扩散退火处理后氧化严重,且扩散退火工艺时间长,生产成本高。

31212　冷却速度的影响
将H13钢加热到1200℃,保温2h 后采用不同的冷速(油冷、炉冷)冷至室温,显微组织如图4所示,性能如表3所示。

由图4、表3可见,冷却方式的不同,对组织的转变有重要的影响。

炉冷时,得到在奥氏体
表3　1200℃奥氏体化后不同冷速
对组织性能的影响
冷却方式平均硬度
显微组织
炉冷4412HRC 先共析铁素体+索氏体
油冷
5417HRC
马氏体+未熔碳化物+残余奥氏体
图3　1200℃(a ),1250℃(b ),1300℃(c )炉冷的带状组织
晶界上附着的先共析铁素体和索氏体组织。

而油淬时得到的是在奥氏体晶界内有着不同位向的板条状马氏体、残余奥氏体和没有溶解的碳化物颗粒。

由图4(a )还可知,快速冷却可抑制带状组织的形成。

313　带状组织的形成和消除方法
H13钢的带状组织实质上是由于合金元素沿
锻轧方向的偏析所引起。

通常钢液在冷却凝固过程中以树枝晶的方式长大,在不同时期凝固的晶
4　上　海　金　属
第27卷
内和枝晶间的化学成分不均匀,存在合金元素偏析。

铸锭经过锻轧后,合金元素的偏析表现为沿锻轧方向分布。

在扩散退火冷却过程中,先共析铁素体优先在C 含量低,A r3高的位置析出,同时向相邻区奥氏体中排出碳,进一步造成C 的不均匀分布。

冷却越缓慢,先共析铁素体转变越
充分。

碳元素分布越不均匀,带状组织越严重。

采用奥氏体化后快速冷却的方法可以显著抑制先共析铁素体的析出。

当试样快速冷却至A r1以下时,试样各区域比较均匀地形核,析出铁素体和渗碳体。

从而有效地抑制了C 的不均匀分布,控制了带状组织。

图4　1200℃加热油冷(a )、炉冷(b )后的显微组织
4　结　论
(1)H13钢锻件的带状组织是钢在冶炼时某
些元素的枝晶偏析并经过热加工处理后形成的。

(2)锻件的带状组织可以通过高温奥氏体化
快速冷却方式减轻或消除。

收稿日期:2005-04-06
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吉祥　供稿
14第6期
王玉峰等:H13钢的带状组织及其消除方法　。