应用镁提高H13热作模具钢性能的机理研究.doc

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1、应用镁提高H13热作模具钢性能的机理研究（一）立项依据与研究内容（4000-8000字）：1.项目的立项依据（研究意义、国内外研究现状及发展动态分析，需结合科学研究发展趋势来论述科学意义；或结合国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科技问题来论述其应用前景。附主要参考文献目录）由于传统制造业由欧美向中国的逐步转移，中国的模具及模具钢行业正处于高速增长时期。2007年国内模具钢使用量已接近70万吨、2010年达到100万吨，模具需求预计达到1000亿元左右。国内现有模具钢在成分、性能、使用范围等方面都难以满足市场需求，均还停留在十年或二十年前的水平，没有

2、更好地发展，例如用量最大的H13热作模钢。为此，模具钢的使用企业对国产模具钢信心不足，为了保生产抓产量，部分可选用国内模具钢制造模具的，也选用了高价进口模具钢，宁可出高价买国外，不愿以低价买国内的。广东是制造业的强省，广东市场中约有40%以上的模具钢要依靠进口。进口模具钢价格约为国产同类产品的5～7倍，且需要大量的外汇。以H13为例，瑞典(乌德霍姆)生产的价格为9.6-10万元/t、德国(蒂森)生产的价格为7.5万元/t，我国生产的价格在2万元/t左右。从价格差距上反映出我国H13模具钢质量的落后。我国每年进口模具钢达20～30万吨，高档模具用钢的进口

3、量正在与日俱增，主要来自日本、德国、瑞典、奥地利、韩国等。进口模具钢中以H13钢为主的热作模具钢约为6万吨左右。近几年来，为了满足模具工业的发展需要，面对激烈的市场竞争，国外许多钢厂开发了不少高性能的模具钢，并向市场推出一批新牌号。随着模具工作条件的日益苛刻，对模具的质量，特别是钢的纯净度、等向性的水平提出了更高的要求。为达此目的，国外普遍采用电炉+炉外精炼工艺生产纯净度高的模具钢；对于纯净度要求更高的模具钢，大部分采用电渣重熔，以进一步提高钢的纯净度(致密度)、等向性和均匀性，减少偏析[1-2]。国内H13热作模具钢的生产绝大部分采用感应炉+电渣重熔

4、工艺，在钢纯净度的提高及性能的改善方面有一定的局限性。国外模具钢的品质主要体现在：钢纯净、组织均匀细小、尺寸精确等方面。以H13模具钢为例,与进口的相比，国产H13模具钢夹杂物含量高、一次碳化物较多，退火组织中碳化物有明显的沿晶界分布现象；国产的H13模具钢模块心部横向的冲击韧性只有纵向的0.12～0.13，进口的为0.16～0.18；进口H13模具钢中的硫、磷含量较国产H13钢低一个数量级；国产H13模具钢制的压铸模具寿命为3～5万模次，进口的可达20万次[3]。中国铝型材挤压企业约565家，每年消耗大量的铝型材热挤压模；铝压铸企业约750家，各种规

5、格的压铸机一千多台以上，汽车、摩托车、电梯、家电和电子产品为压铸件需求大户，尤其是汽车行业使用的中、大型压铸件，如离合器、变速箱、转向器、齿轮箱等。铝型材生产的热挤压模具和压铸用的热作模具都是用H13模具钢制造的，年均消耗H13热作模具钢5万吨左右，可见H13热作模具钢的市场容量很大。结合国内模具钢市场实际，提高模具钢质量仍是模具行业近期及中期发展的重要任务。因此，为满足中国制造业发展的需要，开发高质量、长寿命、性能稳定的H13模具钢刻不容缓。镁在地壳中储量丰富，蕴藏量达2.7%。中国是世界上镁资源最丰富的国家之一，辽宁大石桥一带的菱镁矿储量约占世界的

6、60%以上，矿石的品位高达40%，这为镁合金的发展及镁在钢铁中的应用提供了有力的保证。镁有很强的脱氧、脱硫及夹杂物变性能力。镁和其它脱氧元素做成合金用于炼钢脱氧，不仅可以降低镁的蒸汽压，并且脱氧时相互作用生成复合脱氧产物，在钢液中更易上浮排除。镁气泡的上浮对钢液起到很好的搅拌作用，改善了脱氧的动力学，加快了脱氧速度，故含镁脱氧剂的脱氧效果更好。单独用镁脱氧时，假定生成的氧化镁的活度为1，当钢中的溶解镁为15ppm左右时，溶解氧可以降到1－2ppm，钢中存在0.8～5ppm的[Mg]和0.05％的[Al]时可以使钢中溶解氧降到3～4ppm，钢中能形成稳定

7、的MgO.Al2O3夹杂物[4]，尺寸小于3～4μm，并且不存在大于10μm的夹杂物［5］。用镁处理铝脱氧钢液时，不仅可以进一步降低钢中的氧、硫含量，夹杂物数量也明显减少，还同时改善了夹杂物的形态和性质。钢中含有一定的镁，硫化物夹杂由线状硫化锰为主变为细小似球状的镁硫化物或镁硫氧化物为主的夹杂，均匀分布、尺寸较小[6]；镁还可以使簇状的Al2O3夹杂物变成小的随机弥散的尖晶石型(MgO.Al2O3)夹杂物，这种尖晶石夹杂物对钢的疲劳性能和其它性能无害。与钢中原有夹杂物相比，含镁复合夹杂物的存在对改善钢材机械性能是有益的。钢中含有一定的镁，能起分散和细化

8、碳化物的作用，减轻钢中合金元素的偏聚，使基体组织中合金元素含量增加，共晶碳化物数量明显减少。复