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跨越600mm征服国际“无人区”鞍钢模具钢

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近年来,鞍钢集团钢铁研究院开发了塑料模具钢、复合模具钢、碳素模具钢、热作模具钢、耐腐蚀模具钢等5个系列15个牌号的优质模具钢,极大丰富了我国模具工业。 钢板品种满足了蓬勃发展的高端装备制造业对模具板材的需求,已成功应用于日本双叶精密模具项目、神户制钢所特厚模架开发项目以及宁波宁兴特钢集团的汽车面板和保险杠。 精密模具开发等项目极大提升了鞍钢的品牌形象。

高品质模具钢是我国“十三五”和2025国家战略重点材料的研发方向。 面对高合金模具钢领域产品大型化、精密化的方向,鞍钢形成了以“铸坯组织数字化控制”为基础的大板模具钢短流程生产技术和“低偏析技术”,突破多项技术瓶颈,实现垂直弯曲。 高合金连铸坯连铸和大板稳定生产,实现高碳当量结晶器产品坯组装、全真空电子束焊接、低压缩比轧制技术,使连铸坯作为批量生产原材料成为可能。生产高品质、高稳定性、高合金、超厚特钢产品成为可能,实现鞍钢模具钢板从无到有、从现有到成套、从成套的历史性跨越领导。

跨越600mm,征服国际“无人区”

鞍钢模具钢从零突破到在国内外市场取得巨大成功,是鞍钢工匠人独立艰苦奋斗历程的缩影。 这辉煌的背后,是默默支持鞍钢优质模具钢事业的鞍钢模具钢团队,而更离不开团队的负责人赵坦。 11年前的夏天,28岁的赵坦从南京理工大学博士毕业后,拒绝了其他钢铁企业的高薪offer,毅然选择了鞍钢股份回到了家乡。 他渴望通过自己的努力为鞍钢做出贡献。 某物。 经过三年的努力,赵坦终于确定了自己在模具钢领域的主攻方向。 这种当时鞍钢无法生产的高难度钢种,从此揭开了鞍钢模具钢的“传奇篇章”。

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2012年,为了优化产品结构,赵坦奉命组建模具钢项目组。 成立初期,项目组成员走访了华东、华南等模具钢材集中地区。 经过讨论,他们决定以需求量较大的以SM45、SM50钢为代表的碳素模具钢板作为切入点。 通过提供优质的钢板来获得用户的认可,然后继续推广其他产品。 团队专家李光龙回忆道:“SM45、SM50钢的化学成分虽然简单,但用户对钢板的质量要求并不简单。 对于厚度大于200mm的钢板,要求保证一级探伤,订单中最大厚度规格甚至在400mm以上。 ”。

按照2012年的常规工艺条件和方法,能够采用连铸坯轧制工艺稳定生产200mm以上厚度的碳素模具钢板的企业少之又少,更何况还要保证一级探伤的钢板。 当厚度在400mm以上时,几乎没有钢厂可以生产。 鞍钢连铸方坯最大截面为300mm。 此类钢板厚度大、技术要求高,生产存在固有的缺点。 如果能够克服这个缺点,我们可以为用户提供厚度在200mm以上的优质钢板,并保证一级探伤。 高品质的碳素模具钢板无疑可以大大提高用户的认可度。 为此,项目组经过论证,决定采用真空复合法生产厚度200mm以上的碳素模具钢板,即将两块或两块以上连铸坯叠在一起,采用轧制原料生产厚钢板。

当时,鞍钢从乌克兰引进了国内第一套用于生产特厚钢板的真空电子束复合焊机,并已初步应用于特厚普碳和低碳钢板的生产。 -合金钢板。 但其在高碳产品上的成功应用国际上尚无先例。 由于模具钢的特性与普通碳素及低合金钢有很大不同,适用于普通碳素及低合金钢的真空复合焊接工艺在焊接碳素模具钢时完全不可行。 焊接应力的积累不仅产生大量的焊接裂纹,而且毛坯之间未焊接部分的间隙也会逐渐变大,最终导致无法焊接,甚至将之前焊接的部分“拉”开。 对于某些钢种,由于剩磁的影响,焊接轨迹也是不可控的。 赵坦回忆起当时的情景说:“正是因为采用真空复合技术生产特厚碳素模具钢的难度较大,所以国内还没有采用真空复合技术生产碳素模具钢的报道。项目团队没有成熟的经验可以借鉴,但为了赢得市场,攻克这项技术是华山的唯一出路,这种信念支撑着项目团队无数次的“do it again”,也创造了我们最后的成功。” 接下来的近两天。 几个月来,项目组坚守现场跟踪钢材,并与真空电子束焊机技术人员一起讨论和调整焊接工艺。 根据连铸坯在焊接过程中的变形特点和碳素模具钢的物理性能,从无到有,开发了一套碳素模具钢真空电子束焊接工艺。 在项目组的努力下,厚度为600mm的SM45“真空复合连铸坯”终于成功制备。

成功准备好轧制原料后,下一步当然就是轧制了。 有了之前的经验和教训,项目组并没有急于进入滚动流程。 而是综合考虑了SM45钢的高温特性和SM45钢常规焊接接头的特性。 制定了SM45真空复合坯料的尺寸和现有工艺设备、专用于SM45复合坯料的加热、轧制等工艺。 由于充分考虑,采用由600mm厚的SM45连铸坯轧制而成的320mm厚的钢板。 经检验,整块钢板达到GB/T 2970一级探伤标准。 “实验证明,利用真空复合技术生产高品质碳素模具钢板确实可行,这对我们来说是最大的鼓励。” 赵坦得意的说道。

虽然技术路线可行,但真正的考验还没有完全到来。 众所周知,生产高碳当量钢种时,由于韧性较差,在低温环境下焊接和加工时容易产生裂纹。 以SM45、SM50为代表的碳素模具钢碳当量较高,容易产生裂纹。 高度敏感,鞍钢位于中国北方。 采用真空复合技术生产不可避免地需要在低温环境下进行焊接。 第一轮试产成功的季节恰逢2013年夏季,因此没有经过低温考验。 实际情况也证实了项目组的猜测。 2013年12月,模具钢团队发现一块已经焊接好的SM45钢复合坯料焊缝处出现裂纹,而且裂纹不止一条。 随后,在轧制后对钢坯进行探伤。 整块钢板探伤不符合标准,有的位置甚至直接分成了两块钢板。 为了消除裂纹,必须进一步优化焊接工艺。 于是,项目组再次进行了近两个月的“深蹲”,对焊接工艺和焊接参数一一进行调整和验证。 最终,在中国最寒冷的天气下,焊接过程顺利完成。 如今,成功制备了SM45钢的无缺陷真空复合毛坯,并开发了专门针对低温环境下真空复合碳素模具钢设计的工艺。 钢板轧制后符合GB/T 2970一级探伤标准。 至此,鞍钢终于全面打通了采用真空复合工艺生产特厚碳素模具钢板的工艺。 经过后续试生产,目前该工艺可生产最大厚度为412mm的碳素模具钢板。 整板符合GB/T 2970一级探伤标准,打破了压缩比世界纪录,大大提高了鞍钢模具钢板的生产效率。 在质量和水平上,该技术最终被认定为国际领先水平,鞍钢模具钢的人工技术得到了用户和市场的认可。

铁的野心,做高温钢板上的“火焰舞者”

“幸福来自于努力,我们要加班加点,团结起来。” 这是模具钢团队常说的。

以1.2311、718为代表的塑料模具钢是市场需求量最大的模具钢品种。 其用途不同于常规的普通碳低合金产品。 对产品性能的整体均匀性有着极高的要求。 任何位置硬度不均都会造成影响模具产品的质量。 鞍钢曾于2007年开发出该产品。但塑料模具钢具有高碳、高合金的成分特点。 长期以来困扰中厚板产品的连铸坯中心偏析问题进一步放大。 中心偏析引发的“外在”问题“内软内硬”问题难以解决,大量质量异议让项目陷入搁置。 当时用户的反应是,“鞍钢的产品不能锯、不能钻,影响效率,而且不好用。其他都是从零开始,鞍钢开发这个产品是一个负面的起点。”

为了服务用户,查找原因,提高产品质量,新组建的鞍钢模具钢产销研团队经常深入市场,走访用户,对标优秀模具钢企业,开展调查研究并进行讨论,确定了问题的解决方案。 方向。 为了指导现场生产,工艺必须在实验室预先开发。 队伍中的年轻队员冯丹珠回忆起当时的情况。 导师赵坦每天带领研发团队去实验室。 由于团队年龄较小,他一边做科研,一边需要和善、严格地培养新生力量。 尽管科研任务繁重,但赵坦以积极乐观的心态从自身做起,注重团队细节。 正是因为团队的年轻,每个人都充满了朝气和活力。

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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制和一系列热处理。 数百张钢板的低倍检验、硬度测试、洛氏硬度测试点就像模具钢生产、研发和销售团队的信念,整齐、坚定、不可动摇。 现场生产时,由于高碳当量模具钢品种的固有特性,无法实现模具钢品种的取样和切割,必须在表面用磨床手动磨出圆形硬度检测区域模具钢板。 硬度性能测试在圆形检测区域进行。 在鞍钢模具钢生产还不成熟的时候,这些生产检验都是由科研项目组进行的。 一块钢板需要在表面不同位置手工打磨成九个圆形检测区域,每个检测区域需要测量五个硬度测试点。 这是一项体力劳动强度极高、工作环境极其恶劣的实验性工作。 另外,时间紧、任务重。 为了迎接客户检验,完成按时交货,赵坦身先士卒。 队员们常常在热轧模具钢板尚未完全冷却时冲上前去,对尚未冷却下来的高温钢板进行作业。 正是因为这种坚韧,赵坦和他的团队成员以钢铁般的意志,设立了数万个硬度检测点,完成了数千吨模具钢的性能检验。

正是这样一支团队,用超人的意志力战胜了钢板的高温考验,用燃烧的毅力照亮了胜利之路,真正为鞍钢模具钢事业不遗余力。 他们平均每天要在高温、粉尘等恶劣环境下工作八九个小时。 他们的工作服已被汗水浸湿,但身体依然坚挺。

通过实验室的不断尝试和团队在现场生产时对技术细节的严格把控,采用国内首创的模具钢连铸坯内部质量数字化识别技术和定量分析方法进行组织跟踪和优化控制的整个过程。 打造“连铸关键工艺参数动态调整”+“钢坯预处理”+“钢坯均匀化处理”+“简化热处理”塑料模具钢稳定化、低成本、短流程核心控制技术,实现塑料模具钢规模化发展全系列模具钢 板类产品产量减少。 从炼钢、板坯加热、轧制、热处理、性能检测等整个生产过程的各个环节筑起质量安全防线,最终系列产品质量通过鉴定,达到国内领先等级。

工匠精神打造高合金模具钢大板“新品牌”

我国模具钢材料的发展受到新型制备技术发展的制约,滞后于模具工业技术的发展。 传统塑料模具钢由特钢厂生产,采用“电炉+压铸+锻造”工艺,并配备专用预硬化工艺设备。 由于钢锭生产的不连续性,产品的长期质量稳定性较差; 由于钢锭的凝固特性,产品的气体含量、夹杂物水平、偏析水平较高,且初生碳化物和共晶组织较多,难以控制; 对于大而宽的模板,常采用锻造,且端部越高,材料工艺也越复杂。 由于锭锻件材料的组织决定的多火锻造和长期热处理的影响,此类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,模具钢大板产品已逐步取代特钢厂的产品。 该产品采用“转炉+连铸+轧制”工艺,产品质量稳定,可控性高。 纯钢、绿色生产流程短、效率高等优点引发了模具钢领域的第一个里程碑式的变革。 但这类技术在合金含量较高的高端产品方面却长期停滞不前。

为应对我国蓬勃发展的制造业对高质量、低成本、短流程、精密、稳定的模具钢的迫切需求,以及鞍山钢铁集团公司对高附加值产品的需求。 2014年,项目组把目光瞄准了附加值最高、要求最严格的热作模具钢H13和精密耐蚀模具钢40Cr13。 他们已经准备好再次挑战“不可能”,征服超宽高合金模具钢板。 生产技术是另一个“无人区”。

该类产品合金含量高达9%-15%。 传统转炉冶炼此类高合金钢,温降过大,合金不易熔化,造成钢水表面结皮。 除渣工序后,合金损失大; 后来转炉出钢,引进的合金造成的磷化问题很难控制。 另外,由于含碳量高、合金含量高等易偏析元素,连铸高合金大板中心偏析组织的控制比以前更加困难。 最关键的是采用普通钢连铸设备实现高碳当量(1.9-3.2)模具钢产品立弯连铸用无缺陷大板坯的开发,以及止裂性的改善和控制在整个轧制过程中,都是史无前例的。 不仅如此,由于中厚板轧制的特点,钢板的各向异性严重。 对于H13等各向同性性能要求极高的品种,如何保证性能也是一个难题。

“但只有开发出这些技术和产品,鞍钢的模具钢才算真正的模具钢,才能真正在行业中占据一席之地。” 鞍钢模具钢人再次进入了一场激烈的战斗,而这一战就是5年。 “改革创新、科技进步,不仅需要勤于思考、实践敏捷,更需要勇于承担责任。出现问题时,要勇于面对、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中是否引入了正交设计方法? 是否对低倍率进行了分析? 是否对全断面结构进行了比较? 他们被扫描了吗? 他们被扫描了吗? 是否已完成传输? 显微硬度测试过吗? 技术效果是否已全面分析? 团队核心成员范六群回忆起赵坦细致、严谨、孜孜不倦的督导和指导。试生产期间,赵坦孜孜不倦,带领团队成员频繁奔波于鞍山、广州、鲅鱼圈等地。在强化实验研究的同时,他还加强了现场跟踪和工艺研究。

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付出就有收获。 H13、40Cr13等系列产品的产品均匀性、组织控制水平、各向同性性能等指标均达到或超过国际先进企业水平。 当第一罐无缺陷的H13连铸坯被拉出时,所有的辛苦都是值得的。 该项目最终被冶金工程研究所认定为国际领先,中科院冶金研究所专家当时评价“你们的工作是世界一流的”。

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记者 周叶

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