抚顺特钢模具技术分享：1.2738大型塑料模具钢抛光麻点缺陷分析

作者：唐亮，康爱军，丁克振，汝亚彬，吕鉴名，赵丹（抚顺特殊钢股份有限公司第一炼钢厂）

【摘要】通过分析存在抛光麻点问题的大型汽车模具，确定为钢中夹杂物的影响，利用扫描电镜确定了夹杂物成分及具体来源，通过氩气保护浇注系统优化，有效防止了浇注过程钢液的二次氧化。通过模内充氩优化，降低了浇注系统内氧含量，以上工艺措施有效地控制了钢中夹杂物水平。

关键词：模铸；夹杂物；氩气保护；模具钢

1 引言

近年来，许多发达国家塑料模具用量及产值已跃居模具用钢的首位，塑料模具钢已发展成为一个较成熟的专用钢种系列，尤其是预硬型塑料模具钢的应用占有主导地位，因其供货后无需再进行热处理，避免了后续热处理所造成的开裂、变形、脱碳等缺陷 [1] 。随着中国由制造大国向着制造强国战略的迈进，汽车工业、家电业等需要大尺寸塑料模具的产业也得到快速发展，因此，国内大截面预硬型塑料模具钢的需求也越来越大 [2] 。抚顺特钢生产1.2738预硬化模块是制造汽车保险杠、仪表盘的主要品种，在用户使用过程中一套模具抛光后出现麻点缺陷，影响用户正常使用。本文针对1.2738预硬化模具内部夹杂物问题进行定性分析，并提出改进措施。

2 试验材料与方法

2.1 试验材料制备

试验材料取自客户处成品模具，其厂内生产工艺流程为：电炉+LF+VD→模铸27吨大锭→35MN快锻机成材→模块去氢退火处理→模块预硬化处理，成品模块截面尺寸为780×1,300mm，其化学成分如表1所示。

2.2 试样方法

对存在缺陷的样品通过探伤（ UT ）定位、低倍确认及扫描电镜成分分析等手段，最终确定夹杂物的具体来源。

3 夹杂缺陷定性

对试样进行解剖后，在低倍显微照片上发现了明显的大颗粒夹杂物，具体如图1所示。

图1 1.2738钢的大颗粒夹杂物

对大颗粒夹杂物缺陷进行扫描电镜分析，其成分主要为Al的氧化物，同时含有Mn及少量Cr的氧化物，具体结果如图2及表2所示。由此可以判断，该夹杂物的产生主要是由于浇注过程中钢液二次氧化所致。

图2 1.2738钢中夹杂物形貌

4 改进措施及效果

通过对试样中存在的夹杂物进行定性分析可以看出，该夹杂物主要是由于浇注过程钢液二次氧化所致，因此，需对浇注过程氩气保护系统进行优化研究。

4.1 模铸工艺流程

钢液经由钢包底部的滑动水口，进入中铸管，到达底盘八卦砖，进入汤道，再通过汤道末端向上进入钢锭模内，上升的钢液将悬挂在钢锭模底部的保护渣包装袋烧损，使保护渣散落到钢液面上，保护渣逐渐分散熔化形成渣层，浮在钢液表面，渣层可以保护钢液不被氧化、保证钢锭表面质量及钢锭模不被烫坏，同时还可以吸收钢液中的夹杂物。同时，浇注过程采用氩气保护，可以减少钢液二次氧化的几率，如图3所示。

图3 模铸浇注示意图

4.2 氩气保护浇注系统优化

原氩气保护装置为喇叭筒型，浇注过程钢包水口与中注管漏斗砖之间距离偏大，并且三者之间不能实现完全无缝连接，无法实现全封闭浇注。由于氩气保护装置存在先天缺陷，使浇注过程钢液与空气接触，二次氧化的几率较大，不利于保证产品质量。为了解决此问题，需要开发新型的全封闭氩气保护装置。基于现有浇注设备所具备的升降功能，本研究设计出了一种新型氩气保护罩，历经4次改进，最终形成可伸缩式全封闭氩气保护罩，浇注时可实现全封闭浇注，整个浇注过程钢水与空气隔绝，减少了钢水二次氧化、过程结冷瘤等现象。

4.3 模内充氩优化

浇注前对钢锭模内进行模内充氩，将钢锭模内存储的空气排出，保证钢水进入浇注系统后不与空气接触，减少钢水二次氧化。本研究对钢锭模内充氩过程中氧气浓度变化情况进行标定，确定合适的充氩时间，既能减少钢锭模内氧气浓度又能减少氩气使用量，在较低成本条件下实现最好的效果。钢锭模内氧气浓度随充氩时间的变化情况如表3所示。

从表3中可以看出，随着模内充氩时间的延长，钢锭模内氧含量呈下降趋势，充氩15min后氧含量达到稳定状态，继续充氩氧含量始终保持在17.6%左右，没有继续降低的趋势，因此模内充氩时间设定为15min。