提高Φ110 mm规格H13探伤合格率工艺实践

张正波， 邓相斌， 冯杰斌， 胡昭锋， 叶德新

（宝武集团广东韶关钢铁有限公司， 广东 韶关 512123）

H13是典型的热轧模具钢，以其高的淬透性、强韧性和热疲劳性能在国内外得到广泛的应用，其高的淬透性和韧性，优良的抗热裂能力，良好的切削加工性能使模具寿命有大幅度提高，因此H13钢迅速得到推广应用。主要用于制作热挤压模、铝合金压铸模、热锻模、铝合金、锌合金和镁合金等有色金属产品的制造领域等，是当前世界范围内使用最广泛的热轧模具钢之一。

1 问题分析

1.1 H13生产工艺流程

高炉铁水→（KR脱硫）→130 t顶底复吹转炉→LF炉精炼→RH精炼→五机五流（320 mm×425 mm）方坯连铸机→铸坯缓冷→铸坯检验→加热炉→高压水除磷→大棒轧机→定尺→圆钢缓冷→球化退火→矫直→探伤→检验入库。

1.2 问题阐述

投产以来宝武集团广东韶关钢铁有限公司（全文简称公司）生产轧制H13均采用大压下工艺进行轧制，轧制生产的Φ110 mm规格按GB/T 4162《锻轧钢棒超声检测方法》对钢材逐支进行超声波探伤，按B级合格。统计公司生产H13超声波探伤合格率较低，平均合格率不大于60%。直径不大于Φ100 mm和Φ120～Φ160 mm规格的合格率较高，基本达到100%。表1、下页表2为统计2017年一段时期生产不同规格H13的超声波探伤合格率情况。实绩统计结果表明不同炉号铸坯轧制Φ110mm规格H13圆钢超声波探伤合格率均较低；同炉号铸坯轧制Φ110 mm规格超探合格率低，轧制不大于Φ100 mm规格和不小于Φ120 mm规格圆钢，探伤合格率均比Φ110 mm规格合格率高，合格率达到100%；表2结果表明同炉号同流号不同铸坯轧制Φ80 mm和Φ100 mm规格合格率达到100%，但轧制Φ110 mm规格时合格率和探伤圆钢数分别仅为0、20%。Φ110 mm规格H13超声波探伤缺陷波形见下页图1，为明显连续条状缺陷。

表1 生产不同炉号轧制不同规格圆钢对比Φ110 mm规格超声波探伤合格率情况

表2 同炉号轧制不同规格圆钢对比Φ110 mm规格超声波探伤合格率情况

Φ110 mm规格H13成材率较低，不仅影响公司效益，还经常不能按期足量按合同交付客户使用。大大影响公司声誉，不利益公司战略产品的开发和推广。

2 原因分析

针对Φ110 mmm规格H13历史探伤合格率均较低的情况，对Φ110 mm规格H13超声波探伤不合格的圆钢进行定位取样，做低倍、高倍分析。

2.1 横向低倍分析

对超声波探伤不合格Φ110 mmH13缺陷材的低倍样进行热酸腐蚀，酸腐后在试样中心发现有明显的缩孔，见图2所示。

图1 Φ110 mm规格H13超声波探伤缺陷波形

图2 超探不合格H13缩孔评级1.0

2.2 纵向低倍分析

对另一个缺陷样加工纵向低倍，经过热酸腐蚀后，发现试样沿纵向中心部位有明显的缺陷，该缺陷还原到圆钢上为连续的缩孔，见图3。对图2沿缺陷部位取一个样在高倍光镜下观察下，确认缺陷为轧制过程中未轧制焊合的缩孔，见图4。

图3 酸洗后缺陷形貌

图4 高倍光镜下缺陷形貌（×100）

2.3 缺陷分析小结

取样分析结果表明，试样缺陷为中心缩孔，缩孔是导致超声波探伤不合格的根本原因。从生产流程上看，缩孔应为铸坯带来，连铸坯在连铸过程中存在中心疏松，铸坯在加热后的轧制过程中未将缩孔焊合，导致Φ110 mmH13圆钢探伤不合格。圆钢产生缩孔缺陷的源头在于连铸工序。H13合金含量较高，钢质较硬，连铸过程设备轻压下工艺不到位。常规设计压下量10 mm压下量，实际压下量仅为7～8 mm。H13为工模具钢，属于公司产品大纲以外的产品。连铸轻压下能力难达到工艺要求。所以炼钢工序无法完全解决铸坯中心缩孔缺陷，可通过轧钢工序的轧制压缩比来改善。

从探伤结果统计分析，大于Φ110 mm和小于Φ110 mm规格H13合格率均为100%。只有Φ110 mm规格的超声波探伤合格率较低仅为0～58.47%。用同样320 mm×425 mm尺寸的铸坯轧制小于Φ110 mm超声波探伤合格率高达100%比Φ110 mm规格高，从轧制压缩比看，是符合冶金行业探伤合格率与压缩比成正比的规律。但异常的是，同炉号轧制Φ120～Φ130 mm规格的圆钢合格率达到100%，比Φ110 mm规格的高，不符合冶金行业探伤合格率与压缩比成正比的规律。据分析研究表明H13钢坯在红送不及时和缓冷过轧制程中，心部由于热应力大缩孔有扩大趋势，所以此钢生产必须按照规定的红转时间控制组织生产。但由于公司炼钢工序和轧钢工序属于两个车间，运转钢坯需要时间，红送温度不能保障。加上轧钢工序生产节奏和计划规格的不连续性，连铸坯无法按红送热装进行轧制生产。目前采用的工艺路径是铸坯切割完成后，要求铸坯必须高温下坑缓冷，入坑温度不小于600℃（目标不小于650℃），铸坯下坑之前缓冷坑必须是热坑，且缓冷坑底部要垫热坯，然后加保温盖；缓冷时间大于72 h，起坑时表面最高温度必须小于200℃，出坑后必须避风堆冷至常温.根据生产计划转轧钢工序轧制圆钢。

在连铸机设备能力轻压下技术压下不到位的客观条件下以及缓冷过程中铸坯心部由于热应力大缩孔有扩大趋势的情况。轧制工序的加热温度和轧制速度是试验研究的两个方面。

3 轧钢工序实验设计方案

1）轧制Φ110 mm规格H13时，适当提高均热段温度，由常规均热段温度1 220～1 240℃调整为1 245～1 260℃范围内。提均热段温度达到保证在轧制咬入前铸坯内部组织有较好的塑韧性。降低轧制辊速，粗轧开坯机及连轧机按常规速度的70%进行控制，即，粗轧速度按2.5 m/s控制，连轧机按0.77 m/s控制。降速轧制试验目的在于是让轧机在轧制过程中让铸坯内部的缩孔或中心疏松充分的焊合。

2）加热炉均热段温度按1 245～1 260℃控制。轧机速度按常规工艺控制，即粗轧按速度3.0 m/s，连轧速度1.0 m/s控制。

4 试验情况

试验轧制Φ110 mm规格H13，均热温度按1 245～1 250℃控制，共投料轧制8支铸坯，每支坯组1个轧制批号共8个轧制批号。其中4个轧制批号按常规工艺轧制，另4个轧制批号按降速轧制。探伤结果常规工艺速度轧制初探总合格率92.4%，降速轧制合格率100%。具体情况见表3。不合格圆钢探伤波形显示为点状超标，非连续超标。从试验结果看，均热段均按不小于1 245℃温度控制的情况下，轧制按降速轧制比常规速度轧制合格率高[1]。说明提高加热炉均热段温度，结合轧机降速工艺，铸坯存在的中心疏松或缩孔能在轧制过程中能充分焊合，使钢材内部致密度提高，改善低倍。试验结果看低倍样未见缩孔缺陷。低倍按GB/T129—2014工模具钢标准评级，评级满足标准要求，见表2。

5 结论

通过技术攻关，针对公司生产Φ110 mm规格H13，提高均热段温度至1 245℃以上，保证铸坯在轧制咬入前内部组织有较好的塑韧性，在降低轧制辊速的情况下铸坯内部的缩孔或中心疏松充分的焊合。轧制生产的圆钢超声波探伤按B级判定，合格率达到100%。低倍评级满足标准要求，未见缩孔缺陷。另提高加热炉均热段温度，按常规轧制速度轧制Φ110 mm规格H13，合格率也能达到90%以上。从经济效益和生产效率综合考虑，可根据实际排产情况对是否按降速轧制进行选择。

表3 提高均热段温度常规速度轧制与降速轧制圆钢超探合格率情况

表4 提高均热段温度常规速度轧制与降速轧制圆钢底部质量情况

图5 Φ110 mm规格H13低倍样

[1]吴鹏，杨毓永，杜飞虎.提高H13大棒材探伤合格率工艺实践[J].特钢技术，2016（4）：45.