限动芯棒连轧管机用高性能H13芯棒的开发

连轧管机用限动芯棒是无缝钢管限动连轧机组的重要热变形工具和耗材,其工作环境极为恶劣,需要在高温下承受很大的复杂应力并经受大的循环热应力。在正常使用过程中,芯棒的主要失效形式是热疲劳裂纹和断裂失效,因此,影响芯棒使用寿命的最关键性能是抗热疲劳性和冲击韧性。根据芯棒工作环境及性能要求,国内外芯棒所用材料一般采用H13钢,其具有优良的综合性能。本文为进一步提高芯棒用H13型钢的性能,以适应日益苛刻的服役条件,针对芯棒常见的失效形式和性能要求,在H13基础上,添加微量Nb提高热强性和优化合金成分提高韧性,分别研制H13-Nb和H13-L 利用OM, SEM, EDS, EBSD, TEM,硬度测试,冲击韧性实验和拉伸实验等分析手段,对比研究H13-Nb、H13和H13-L三种芯棒退火态、淬火态和回火态组织、液析碳化物、偏析,硬度及力学性能差异。结果表明： (1)H13-Nb、H13、H13-L芯棒经过相同冶炼条件生产和高温扩散、锻造和退火工艺。H13退火态组织带状偏析基本消除。与标准H13钢相比,H13-Nb中0.06%Nb加重了偏析,使MC液析碳化物类型由以VC为主变成以(V,Nb)C为主,并使液析碳化物数量增加,即形成严重碳化物带状偏析。H13-L中降低Si,促使形成网状连接带状偏析,优化V成分大大地降低了MC型液析碳化物。 (2)结合实验测定出三种芯棒的淬火温度-硬度、淬火温度-晶粒度曲线和回火温度-硬度曲线规律以及芯棒在实际使用中的性能要求,三种芯棒使用最佳热处理为1030℃淬火,640℃回火2次回火。 (3)退火态H13-Nb的严重碳化物带状偏析组织,在淬、回火后表现为有效晶粒尺寸较大且不均匀,其较多的液析碳化物未减少,导致韧性较低和塑性较低。H13-L的带状偏析经过淬、回火后,回火组织较为均匀；