近年来,鞍钢集团钢铁研究院主持了塑料模具钢、复合模具钢、碳模具钢、热模具钢、耐腐蚀模具钢等15个品牌的优质模具钢,大大丰富了我国模具钢板品种,满足了高端设备制造业蓬勃发展的模具板需求,成功应用于日本双叶精密模具项目和神户钢厚模具开发项目、宁波宁兴特种钢集团汽车面板和保险杠精密模具开发项目,大大提升了鞍钢的品牌形象。
高质量模具钢是中国十三五规划和2025年国家战略重点材料研发方向。鞍钢面对高合金模具钢产品大型化、精密化方向,基于空白组织数字控制和低偏析技术,形成模具钢板短工艺生产技术,突破多个技术瓶颈,实现高合金连铸坯、板稳定生产,实现高碳当量模具产品空白、全真空电子束焊接、低压比轧制技术,以连铸坯为原料,可大规模生产高质量、高稳定性、高合金超厚特殊钢产品,实现鞍钢模具钢板从零开始、从零开始、从全到全、从全到领先的历史飞跃。
跨越600mm,征服国际无人区
鞍钢模具钢从零突破到国内外市场的巨大成功,是鞍钢工匠独立、艰苦奋斗旅程的缩影。这一辉煌的背后,离不开鞍钢模具钢团队默默支撑着鞍钢高品质模具钢的大业,也离不开团队负责人赵坦。11年前的夏天,28岁的赵坦在南京理工大学博士毕业后拒绝了其他钢铁企业的高薪聘用。他毅然选择了鞍钢,选择了回到家乡。他渴望通过自己的努力为鞍钢做点什么。经过三年的沉淀,赵坦最终确定了模具钢领域的主要方向。鞍钢当时无法生产的这种困难钢种,开启了鞍钢模具钢的传奇篇章。
2012年,为了优化产品结构,赵坦被命令成立模具钢项目组。在成立初期,项目组成员参观了华东、华南等模具钢配送量大的地区,经讨论确定了需求量大的地区SM45、SM以50钢为代表的碳模钢板作为切入点,通过提供优质钢板获得用户认可,然后在后期继续推广其他产品。团队专家李广龙回忆说:虽然SM45、SM50钢化学成分简单,但用户对钢板的质量要求不简单,厚度大于200mm要求保证的钢板Ⅰ订单中最大厚度规格为400mm以上。”
按照2012年的常规工艺条件及手段,能够采用连铸坯轧制工艺稳定生产200mm厚碳模具钢板的企业很少,更不用说保证钢板了Ⅰ层次探伤,厚度4000mm以上几乎没有钢厂能生产。鞍钢连铸坯最大截面为300mm,在生产这种厚度大、技术要求高的钢板面前存在先天性缺陷。如果能克服这一缺陷,为用户提供200的高质量厚度mm以上、保证Ⅰ级探伤碳模钢板无疑可以大大提高用户的认可度。为此,项目组决定通过真空复合材料生产200mm厚度以上的碳模钢板,即用两个或两个以上连铸坯叠在一起,用轧制原料生产厚度规格的钢板。
当时,鞍钢从乌克兰引进了中国第一台真空电子束复合焊机生产特厚钢板,并在早期阶段初步实施了特厚普碳和低合金钢板的生产。然而,在世界上没有成功应用高碳产品的先例。由于模具钢的特点与普通碳、低合金钢有很大的不同,适用于普通碳和低合金钢真空复合材料的焊接工艺在焊接碳模具钢时是完全不可行的。焊接应力的积累不仅会产生大量的焊接裂纹,而且坯料之间未焊接的缝隙也会逐渐增大,最终导致无法焊接,甚至会拉早期焊接的地方,而一些钢种由于剩磁的影响,焊接轨迹是无法控制的。赵坦回忆起当时的情景,说:正是因为真空复合技术很难生产出特厚碳模钢板,当时国际上还没有关于真空复合技术生产碳模钢的报道,项目组也没有成熟的经验可供借鉴。但为了赢得市场,攻下这一技术是华山的一条道路,这一信念支撑了项目团队无数次‘再来’,也铸就了我们最后的成功。近两个月来,项目组与钢一起现场绑扎,并与真空束焊机技术人员一起,根据连铸钢坯的物理特点,对焊接工艺和厚度进行了探索。mm的SM45真空复合连铸坯终于成功制备。
轧制原料制备成功,下一步当然是轧制。有了前期的经验教训,轧制过程项目组并没有急于进步,而是综合考虑了SM45钢的高温特性,SM45钢常规焊接接头的特点,SM45真空复合坯的尺寸和现有的工艺设备,专门用于制定SM45复合坯料的加热和轧制工艺。考虑充分,采用600mm厚SM45连铸坯轧制320mm厚钢板,经检验,钢板全板达到GB/T 2970Ⅰ分级探伤标准。赵坦自豪地说:实验证明,用真空复合技术生产高质量的碳模钢板是可行的,这是对我们最大的鼓励。
虽然技术路线是可行的,但真正的测试还没有完全到来。众所周知,在生产高碳当量钢种时,由于韧性差,在低温环境下焊接加工时容易产生裂纹SM45、SM以50为代表的碳模具钢碳当量高,裂纹敏感性强。鞍钢位于中国北方。采用真空复合技术生产,在低温环境下焊接是不可避免的。第一轮试生产成功的季节恰逢2013年夏季。因此,它没有受到低温的测试。实际情况也证实了项目组的猜测。2013年12月,模具钢团队在焊接中发现了一块SM45钢复合坯焊缝有裂纹,裂纹不止一个。钢坯轧制后,整个板探伤不符合标准,甚至有些位置直接分为两块钢板。为了消除裂纹,必须优化焊接工艺。因此,项目组再次进行了近两个月的蹲,逐一调整和验证了焊接工艺和焊接参数。最后,在中国最冷的三九天里,它成功地制备了无缺陷SM45钢真空复合坯,在低温环境下形成真空复合碳模具钢工艺。轧制后,钢板满意GB/T 2970Ⅰ等级检测标准。到目前为止,鞍钢最终完全开启了采用真空复合工艺生产特厚碳模钢板的过程。经过后续试制,该工艺目前可生产到最大厚度412mm碳模钢板,全板满意GB/T 2970Ⅰ级检测标准打破了压缩比的世界纪录,大大提高了鞍钢模具钢板的生产质量和水平。该技术最终被确定为国际领先水平,鞍钢模具钢人工技术得到了用户和市场的肯定。
钢铁雄心,做高温钢板上的火焰舞者
幸福是奋斗出来的,要加班,。这是模具钢团队经常谈论的。
以1.以2311和718为代表的塑料模具钢是市场需求最大的模具钢品种。与传统的普通碳低合金产品不同,对产品性能的整体均匀性要求很高,任何位置的硬度不均匀都会影响模具产品的质量。鞍钢于2007年开发了该产品,但塑料模具钢具有高碳高合金成分的特点,甚至钢坯中心分析这个问题进一步放大,由于心脏分析外软内硬问题难以解决,大量的质量异议使该项目一度搁置。当时,用户的反应是鞍钢产品不能锯,不能钻,影响效率,不易使用,其他家庭是零起点,你的鞍钢开发这个产品是负起点。
为了服务用户,找出原因,提高产品质量,新成立的鞍钢模具钢生产销售研究团队经常深入市场,访问用户,针对优秀的模具钢企业,一次又一次的研究,一轮又一轮的讨论,确定了解决问题的方向。为了指导现场生产,必须在实验室研究过程中,团队年轻成员冯丹竹回忆起情况,导师赵带领研发团队每天在实验室,由于团队年轻,他也需要培养新力量,虽然研究任务繁重,但赵坦积极乐观关注团队,也由于团队年轻,我们充满活力,充满活力。
说起来容易做起来难。为了解决现场问题和偏析问题,团队成员在实验室进行了多轮试生产和一系列热处理。数百块钢板的低倍试验和硬度试验,洛氏硬度试验点就像模具钢生产和销售团队的信念一样,整洁、坚定、不动摇。在现场生产过程中,由于模具钢高碳当量品种的固有属性,模具钢品种的取样和切割无法实现。必须依靠人工砂轮机在模具钢板表面手动抛光圆形硬度试验区,并在圆形试验区进行硬度性能试验。鞍钢模具钢生产不成熟时,这些生产检验工作由科研项目团队亲自完成。钢板应在表面不同位置手动抛光9个圆形试验区,每个试验区需要测量5个硬度试点。这是一项体力劳动强度高、工作环境恶劣的实验工作。此外,时间紧迫,任务繁重。为了满足客户的检查和按时交货,赵坦带头完成了热轧模具钢板的硬度试验点。赵坦和他的团队成了数千吨的硬度试验。
就是这样一个团队,他们以超人的意志力克服了钢板的高温考验,用燃烧的毅力照亮了通往胜利的道路,真正为鞍钢模具钢事业一无所惜。他们平均每天在如此恶劣的高温粉尘环境中工作89个小时,汗水浸透了他们的工作服,但他们的身材仍然坚定。
通过在实验室的不断尝试和团队在现场生产过程中严格检查技术细节,我国首次开发形成模具钢连铸坯内部质量数字识别技术和定量分析方法,进行全过程组织跟踪、优化和控制。创建关键连铸工艺参数动态调整 钢坯预处理 钢坯均质化处理 简化热处理塑料模具钢的稳定性、低成本、短工艺核心控制技术,实现了整个模具钢板产品的减少生产。从炼钢、钢坯加热、轧制、热处理、性能检验等整个生产过程的各个环节建立质量安全防线,最终通过评价,达到国内领先水平。
工匠精神,打造高合金模具钢板新品牌
由于新型制备技术的发展,我国模具钢材料的发展滞后于模具工业技术的发展。传统塑料模具钢由特种钢厂生产,采用电炉 模铸 锻造过程,配备特殊的预硬化工艺设备,由于钢锭生产的不连续性,产品长周期质量稳定性差;由于钢锭的凝固特性,气体含量、夹杂物水平、选择分析偏析水平高,初始碳化物和共晶组织多,难以控制;锻造通常用于大型宽模板,高端材料工艺越复杂,受多火锻造和锭锻组织决定的长热处理的影响,这些产品的生产周期通常很长。
随着普通钢厂产品的转型升级和技术进步,模具钢板产品逐渐取代特种钢厂产品,采用转炉 连铸 轧制工艺具有产品质量稳定、可控性高、纯钢、绿色生产工艺短、效率高等优点,在模具钢领域引发了首次里程碑式的变化。然而,这种技术长期以来一直徘徊在合金含量较高的高端产品中。
针对我国蓬勃发展的制造业对高品质、低成本、短流程、精密化、稳定化模具钢的迫切需求,以及鞍钢集团公司高附加值产品的需求。2014年,项目团队又将目光投向产品附加值最高,要求也最严的热作模具钢H13、精密耐腐蚀模具钢40Cr13.准备再战不可能,征服超宽高合金模具钢大板生产技术的另一个无人区。
这类产品的合金含量高达9%-15%。传统转炉冶炼高合金钢合金工艺温降过大,合金不易熔化,导致钢水表面结壳,经脱渣工艺后合金损失较大;转炉出钢后,由于合金带入而产生的回磷问题难以控制。此外,由于碳含量高,合金含量高,易于偏析,连铸高合金板中心偏析组织的控制难度大于以往。最重要的是使用普通钢连铸设备来实现高碳当量(1.9-3.2)模具钢产品的立弯式连铸无缺陷大板坯的开发,以及轧制全流程止裂性的提升与控制,更是前无古人。不仅如此由于中厚板轧制的特点,钢板的各项异性严重,而对于如H对于等向性能要求很高的品种,如何保证性能也很困难。
但只有开发这些技术和产品,鞍钢的模具钢才能算是真正的模具钢,才能真正在行业中占有一席之地。鞍钢的模具钢人又一次投入了一场紧张的战斗,这场战斗持续了五年。改革创新和技术推广不仅需要勤于思考和实践,还需要勇于承担责任。如果出了问题,我们应该敢于面对和解决。赵坦的话已经成为模具钢团队的共识。成分设计和热处理工艺是否引入正交设计手段,低倍是否分析,全截面组织是否比较,扫描是否看,透射是否做,微硬度是否测试,技术效果是否全面分析。团队核心成员范回忆说,赵坦细致严谨 、不厌其烦地监督指导。在试制期间,赵坦不辞辛劳地带领组员频繁往返鞍山、广州与鲅鱼圈三地,一边加紧实验研究,一边加强现场跟踪及工艺攻关。
功夫不负有心人。H13、40Cr13等系列产品的产品均质性、组织控制水平、等向性能等指标均达到或超过国际先进企业水平。当第一罐无缺陷H13连铸坯被拉出来时,一切的辛苦都是值得的。项目最终被金属学会鉴定为国际领先,用当时中科院金属研究所的一位专家评价“你们的工作是世界级的”。
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记者 叶舟
来源:鞍钢日报