厚规格模具钢台车炉热处理工艺实践

厚规格模具钢台车炉热处理工艺实践

张俊

南京钢铁联合有限公司，江苏南京210000

摘要：通过对台车炉温度的精度控制和热处理工艺控制，采用理化室硬度和现场硬度的双标准作为判定模具钢性能的条件，实现厚规格模具钢的稳定生产，满足客户个性化要求。

关键词：台车炉热处理工艺性能稳定

前言

南钢目前开发的模具钢品种达十几种，NSM系列，718系列，2311系列，P20系列等模具钢，一般规格在15mm-200mm。考虑到模具钢的使用特定，其性能稳定性和均匀性控制一直是模具钢生产过程中的难点，这由热处理工艺和设备所决定。对于模具钢板材的生产，工厂多采用辊底式炉，但由于模具钢厚度规格较大，而辊底炉生产钢板厚度的局限性，特殊规格（如厚规格）模具钢则采用台车式炉。为了保证厚板模具钢的性能稳定性和均匀性，南钢对台车式炉（以下简称台车炉）进行了工艺摸索和改进。目前已成功实现模具钢台车炉厚规格钢板的批量生产，尤其100-200mm特厚模具钢模具钢台车炉热处理工艺开发，有效扩大模具钢的生产规格，并实现了稳定供货。

此外，与其他品种钢不同，模具钢客户采用便携式硬度计对钢板性能现场验收，客户要求模具钢整板性能稳定、分布均匀。为了做好对钢板性能的把关，避免不合格品流出，工厂内部对模具钢性能的判定一般采用理化室检测和现场硬度检测相结合的方式作为模具钢性能判定的标准[1]。因此，本文主要对模具钢台车炉热处理工艺控制与模具钢性能判定依据分别阐述。

1生产与检测设备

台车式电阻炉，布氏硬度计，里氏硬度计。

2工艺流程

模具钢台车炉热处理工艺流程：回火→炉冷→取样（理化室硬度测定）→现场钢板修磨硬度点→现场硬度测量→判定。

3台车炉工艺控制与性能判定

3.1台车炉热处理工艺控制

模具钢台车炉热处理与辊底炉回火在装炉方式、冷却方式等均不一样，由于台车炉有一定的长度，要保证整体温度均匀性，需在台车炉内均匀的布置电阻丝（或烧嘴）加热和热电偶进行温度反馈控制。模具钢台车炉热处理工艺如图1和表1，300℃作为升温台阶，亦是为了保证整个炉膛均匀性，避免每个区的加热偏差导致区与区之间温度偏差大、钢板性能不均匀的现象；加热速率则是根据炉子能力具体设定；炉冷是一方面是为了保证整板组织的均匀性（例如上、下表面），另一方面也是避免钢板冷却速度过快导致的钢板内部组织应力过大而影响钢板加工的现象。经过台车炉热处理后，模具钢的组织均匀性提高，性能提高，达到工艺要求。

其台车炉热处理工艺控制主要步骤如下：

1）回火前要确认热电偶的测温精度，以保证设备控温准确和微小范围波动；台车炉内风机换向时间依台车炉尺寸、电阻丝功率以及风机功率大小而定，进入保温段时观察各段温度变化，一阶段保温1小时后温度波动应在±10℃以内；若不在±10℃以内，及时调整换向时间，或对加热温度进行手动干预（即温度超出规定范围，加热温度要进行相应降低或提高，来保证加热温度）；调整后仍无法满足要求，则立即停炉，对设备进行检查及维修。

2）为确保钢板回火后的板形，工字钢尺寸大于钢板的宽度尺寸，且工字钢间的间距应不大于1500mm。

3）钢板边部一边对齐，距炉壁100-150mm，另一边用薄板在宽度方向上补齐，以保证炉内两侧环境及温度的均匀性；风机换向则依具体炉况而定，但整个加热或升温阶段，炉内两边温度均匀性应控制在20℃以内；二阶段保温1h后，温度均匀性则应控制在±10℃范围内。

4）两块钢板同时入炉时，注意选择两块宽度与长度一致的钢板，装炉摆放时钢板边部及两头均需对齐，且钢板头尾部500mm均需摆放工字钢，以做支撑，防止回火后钢板两头受高温影响扒头，上、下层垫块必须保证在同一条垂直线上，防止钢板产生波浪弯。

5）不同规格钢板装炉，考虑到台车炉结构，即电阻丝位于台车炉上方，应将厚规格钢板放于下层，薄规格钢板放于上层，便于热量以最快的方式由上至下传递。

3.2模具钢取样及现场性能测量

模具钢性能检测则以理化室硬度检测和现场硬度检测相结合的方式，考虑到模具钢合金含量较高，内部组织应力较大，为减少模具钢切割开裂的风险，模具钢回火出炉后取样温度保证在200℃以上。

取样完毕后，模具钢采取现场堆冷，当堆冷完成后，模具钢进行现场硬度测量。对于模具钢板厚≤40mm的钢板，考虑到里氏硬度计的工作原理，检验现场表面硬度时需在钢板底部垫2-3张钢板，以防止测量过程中钢板反弹，影响测量的准确性。每个点测量3~5次，硬度计会自动读取几次的硬度的平均值，此平均值记为此点的硬度值，当测量点全部合格，且理化室硬度合格，则模具钢的硬度合格。

3.3模具钢台车炉热处理效果

回火模具钢台车炉组织如图2所示，台车炉回火获得的组织为（B+M）组织，其组织形态片针状，组织均匀分布，1/4处获得的M比1/2处分布的多

试验和生产的钢板性能如表2所示，可见，台车炉热处理的钢板头、中、尾硬度均匀性满足设计要求，无论是理化室性能还是现场硬度均合格，但与辊底炉相比，台车炉热处理的钢板硬度均匀性略低，经分析，这与台车炉的加热方式、热传导方式等因素有关，相比而言，辊底炉由热辐射方式传热，无论是传热效率还是均匀程度，均优于台车炉的空气传热方式，但台车炉突破了辊底炉生产钢板厚度的局限性，对于生产厚规格的钢板，无疑是很有优势的。

4.结论

1）模具钢台车炉热处理工艺控制，有效扩大厚规格模具钢的生产能力；台车炉保温1h后，炉温温度均匀性应控制在±10℃，以稳定的炉温保证稳定的钢板性能均匀性。

2）台车炉模具钢热处理组织为“B+M”组织，厚度方向组织分布均匀。

3）在理化室硬度和现场测量硬度双标准作为模具钢合格的判定条件下，试验和生产的厚规格钢板性能及均匀性满足工艺设计要求。

参考文献：

[1]高飞等.模具钢热处理工艺优化研究[J].南钢科技与管理,2015,(4):1-3,27.