應(yīng)用鎂提高H13熱作模具鋼性能的機(jī)理研究.doc

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1、應(yīng)用鎂提高H13熱作模具鋼性能的機(jī)理研究（一）立項(xiàng)依據(jù)與研究?jī)?nèi)容（4000-8000字）：1.項(xiàng)目的立項(xiàng)依據(jù)（研究意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)分析，需結(jié)合科學(xué)研究發(fā)展趨勢(shì)來論述科學(xué)意義；或結(jié)合國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中迫切需要解決的關(guān)鍵科技問題來論述其應(yīng)用前景。附主要參考文獻(xiàn)目錄）由于傳統(tǒng)制造業(yè)由歐美向中國(guó)的逐步轉(zhuǎn)移，中國(guó)的模具及模具鋼行業(yè)正處于高速增長(zhǎng)時(shí)期。2007年國(guó)內(nèi)模具鋼使用量已接近70萬噸、2010年達(dá)到100萬噸，模具需求預(yù)計(jì)達(dá)到1000億元左右。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有模具鋼在成分、性能、使用范圍等方面都難以滿足市場(chǎng)需求，均還停留在十年或二十年前的水平，沒有

2、更好地發(fā)展，例如用量最大的H13熱作模鋼。為此，模具鋼的使用企業(yè)對(duì)國(guó)產(chǎn)模具鋼信心不足，為了保生產(chǎn)抓產(chǎn)量，部分可選用國(guó)內(nèi)模具鋼制造模具的，也選用了高價(jià)進(jìn)口模具鋼，寧可出高價(jià)買國(guó)外，不愿以低價(jià)買國(guó)內(nèi)的。廣東是制造業(yè)的強(qiáng)省，廣東市場(chǎng)中約有40%以上的模具鋼要依靠進(jìn)口。進(jìn)口模具鋼價(jià)格約為國(guó)產(chǎn)同類產(chǎn)品的5～7倍，且需要大量的外匯。以H13為例，瑞典(烏德霍姆)生產(chǎn)的價(jià)格為9.6-10萬元/t、德國(guó)(蒂森)生產(chǎn)的價(jià)格為7.5萬元/t，我國(guó)生產(chǎn)的價(jià)格在2萬元/t左右。從價(jià)格差距上反映出我國(guó)H13模具鋼質(zhì)量的落后。我國(guó)每年進(jìn)口模具鋼達(dá)20～30萬噸，高檔模具用鋼的進(jìn)口

3、量正在與日俱增，主要來自日本、德國(guó)、瑞典、奧地利、韓國(guó)等。進(jìn)口模具鋼中以H13鋼為主的熱作模具鋼約為6萬噸左右。近幾年來，為了滿足模具工業(yè)的發(fā)展需要，面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，國(guó)外許多鋼廠開發(fā)了不少高性能的模具鋼，并向市場(chǎng)推出一批新牌號(hào)。隨著模具工作條件的日益苛刻，對(duì)模具的質(zhì)量，特別是鋼的純凈度、等向性的水平提出了更高的要求。為達(dá)此目的，國(guó)外普遍采用電爐+爐外精煉工藝生產(chǎn)純凈度高的模具鋼；對(duì)于純凈度要求更高的模具鋼，大部分采用電渣重熔，以進(jìn)一步提高鋼的純凈度(致密度)、等向性和均勻性，減少偏析[1-2]。國(guó)內(nèi)H13熱作模具鋼的生產(chǎn)絕大部分采用感應(yīng)爐+電渣重熔

4、工藝，在鋼純凈度的提高及性能的改善方面有一定的局限性。國(guó)外模具鋼的品質(zhì)主要體現(xiàn)在：鋼純凈、組織均勻細(xì)小、尺寸精確等方面。以H13模具鋼為例,與進(jìn)口的相比，國(guó)產(chǎn)H13模具鋼夾雜物含量高、一次碳化物較多，退火組織中碳化物有明顯的沿晶界分布現(xiàn)象；國(guó)產(chǎn)的H13模具鋼模塊心部橫向的沖擊韌性只有縱向的0.12～0.13，進(jìn)口的為0.16～0.18；進(jìn)口H13模具鋼中的硫、磷含量較國(guó)產(chǎn)H13鋼低一個(gè)數(shù)量級(jí)；國(guó)產(chǎn)H13模具鋼制的壓鑄模具壽命為3～5萬模次，進(jìn)口的可達(dá)20萬次[3]。中國(guó)鋁型材擠壓企業(yè)約565家，每年消耗大量的鋁型材熱擠壓模；鋁壓鑄企業(yè)約750家，各種規(guī)

5、格的壓鑄機(jī)一千多臺(tái)以上，汽車、摩托車、電梯、家電和電子產(chǎn)品為壓鑄件需求大戶，尤其是汽車行業(yè)使用的中、大型壓鑄件，如離合器、變速箱、轉(zhuǎn)向器、齒輪箱等。鋁型材生產(chǎn)的熱擠壓模具和壓鑄用的熱作模具都是用H13模具鋼制造的，年均消耗H13熱作模具鋼5萬噸左右，可見H13熱作模具鋼的市場(chǎng)容量很大。結(jié)合國(guó)內(nèi)模具鋼市場(chǎng)實(shí)際，提高模具鋼質(zhì)量仍是模具行業(yè)近期及中期發(fā)展的重要任務(wù)。因此，為滿足中國(guó)制造業(yè)發(fā)展的需要，開發(fā)高質(zhì)量、長(zhǎng)壽命、性能穩(wěn)定的H13模具鋼刻不容緩。鎂在地殼中儲(chǔ)量豐富，蘊(yùn)藏量達(dá)2.7%。中國(guó)是世界上鎂資源最豐富的國(guó)家之一，遼寧大石橋一帶的菱鎂礦儲(chǔ)量約占世界的

6、60%以上，礦石的品位高達(dá)40%，這為鎂合金的發(fā)展及鎂在鋼鐵中的應(yīng)用提供了有力的保證。鎂有很強(qiáng)的脫氧、脫硫及夾雜物變性能力。鎂和其它脫氧元素做成合金用于煉鋼脫氧，不僅可以降低鎂的蒸汽壓，并且脫氧時(shí)相互作用生成復(fù)合脫氧產(chǎn)物，在鋼液中更易上浮排除。鎂氣泡的上浮對(duì)鋼液起到很好的攪拌作用，改善了脫氧的動(dòng)力學(xué)，加快了脫氧速度，故含鎂脫氧劑的脫氧效果更好。單獨(dú)用鎂脫氧時(shí)，假定生成的氧化鎂的活度為1，當(dāng)鋼中的溶解鎂為15ppm左右時(shí)，溶解氧可以降到1－2ppm，鋼中存在0.8～5ppm的[Mg]和0.05％的[Al]時(shí)可以使鋼中溶解氧降到3～4ppm，鋼中能形成穩(wěn)定

7、的MgO.Al2O3夾雜物[4]，尺寸小于3～4μm，并且不存在大于10μm的夾雜物［5］。用鎂處理鋁脫氧鋼液時(shí)，不僅可以進(jìn)一步降低鋼中的氧、硫含量，夾雜物數(shù)量也明顯減少，還同時(shí)改善了夾雜物的形態(tài)和性質(zhì)。鋼中含有一定的鎂，硫化物夾雜由線狀硫化錳為主變?yōu)榧?xì)小似球狀的鎂硫化物或鎂硫氧化物為主的夾雜，均勻分布、尺寸較小[6]；鎂還可以使簇狀的Al2O3夾雜物變成小的隨機(jī)彌散的尖晶石型(MgO.Al2O3)夾雜物，這種尖晶石夾雜物對(duì)鋼的疲勞性能和其它性能無害。與鋼中原有夾雜物相比，含鎂復(fù)合夾雜物的存在對(duì)改善鋼材機(jī)械性能是有益的。鋼中含有一定的鎂，能起分散和細(xì)化

8、碳化物的作用，減輕鋼中合金元素的偏聚，使基體組織中合金元素含量增加，共晶碳化物數(shù)量明顯減少。復(fù)