而鋼板切割加工在鞍鋼模具鋼生產(chǎn)并不成熟的

　　摘要：近年來，鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院主持研發(fā)的塑料模具鋼、復(fù)合模具鋼、碳素模具鋼、熱作模具鋼、耐蝕模具鋼五大系列等15個(gè)牌號(hào)高品質(zhì)模具鋼，極大豐富了我國(guó)模具鋼板材品種，滿足了蓬勃發(fā)展的高端裝制造業(yè)對(duì)于模具板材的需求，成功應(yīng)用于日本雙葉精密模具項(xiàng)目以及神戶制鋼特厚模架開發(fā)項(xiàng)目、寧波寧興特鋼集團(tuán)汽車面板及保險(xiǎn)杠用精密模具開發(fā)等項(xiàng)目，極大提升了鞍鋼品牌形象。

　　近年來，鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院主持研發(fā)的塑料模具鋼、復(fù)合模具鋼、碳素模具鋼、熱作模具鋼、耐蝕模具鋼五大系列等15個(gè)牌號(hào)高品質(zhì)模具鋼，極大豐富了我國(guó)模具鋼板材品種，滿足了蓬勃發(fā)展的高端裝制造業(yè)對(duì)于模具板材的需求，成功應(yīng)用于日本雙葉精密模具項(xiàng)目以及神戶制鋼特厚模架開發(fā)項(xiàng)目、寧波寧興特鋼集團(tuán)汽車面板及保險(xiǎn)杠用精密模具開發(fā)等項(xiàng)目，極大提升了鞍鋼品牌形象。

　　高品質(zhì)模具鋼是我國(guó)“十三五”規(guī)劃及2025國(guó)家戰(zhàn)略重點(diǎn)材料研發(fā)方向。鞍鋼面對(duì)高合金模具鋼領(lǐng)域制品大型化、精密化方向，基于“鑄坯組織數(shù)字化控制”和“低偏析技術(shù)”，形成模具鋼大板短流程生產(chǎn)技術(shù)，突破諸多技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)立彎式連鑄高合金連鑄坯、大板穩(wěn)定化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)高碳當(dāng)量模具產(chǎn)品組坯、全真空電子束焊接、低壓縮比軋制技術(shù)，使得采用連鑄坯為原料，大批量生產(chǎn)高質(zhì)量、高穩(wěn)定性、高合金超厚特鋼產(chǎn)品成為可能，實(shí)現(xiàn)了鞍鋼模具鋼板材從無到有，從有到全，從全到的歷史性跨越。

　　鞍鋼模具鋼從零的突破再到國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上取得的巨大成功，是鞍鋼工匠們?cè)讵?dú)立自主、艱苦奮斗征途上的一個(gè)縮影。而這輝煌的背后離不開的是默默撐起鞍鋼高品質(zhì)模具鋼大業(yè)的鞍鋼模具鋼團(tuán)隊(duì)，更繞不過的是該團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，趙坦。11年前的夏天，28歲的趙坦在南京理工大學(xué)博士學(xué)位畢業(yè)后，拒絕了其他鋼企的高薪聘請(qǐng)，毅然選擇了鞍鋼，選擇回到自己故鄉(xiāng)，他迫切想通過自己的努力為鞍鋼做些什么。3年沉淀后，趙坦終將主攻方向確定在了模具鋼領(lǐng)域，這個(gè)鞍鋼當(dāng)時(shí)無法生產(chǎn)的高難度鋼種，從此開啟了鞍鋼模具鋼的“傳奇篇章”。

　　2012年，為了優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，趙坦受命組建模具鋼項(xiàng)目組。組建初期，項(xiàng)目組成員通過走訪華東、華南等模具鋼集散量大的區(qū)域，經(jīng)討論確定先期以需求量較大的以SM45、SM50鋼等為代表的碳素模具鋼板作為切入點(diǎn)，通過提供高質(zhì)量的鋼板來獲得用戶的認(rèn)可，后期再繼續(xù)進(jìn)行其他產(chǎn)品的推廣。團(tuán)隊(duì)專家李廣龍回憶說：“雖然SM45、SM50鋼化學(xué)成分簡(jiǎn)單，但是用戶對(duì)鋼板的質(zhì)量要求卻不簡(jiǎn)單，對(duì)于厚度大于200mm的鋼板，要求保證Ⅰ級(jí)探傷，且訂單中厚度規(guī)格甚至在mm以上�！�

　　按照2012年的常規(guī)工藝條件及手段，能夠采用連鑄坯軋制工藝穩(wěn)定生產(chǎn)200mm厚以上碳素模具鋼板的企業(yè)寥寥無幾，鋼板切割加工更何況還要保證鋼板的Ⅰ級(jí)探傷，厚度在mm以上時(shí)，幾乎沒有鋼能夠生產(chǎn)。而鞍鋼連鑄坯的斷面為300mm，在生產(chǎn)此類厚度大、技術(shù)條件要求高的鋼板面前存在先天不足，假如能夠克服這種不足，為用戶高質(zhì)量的提供厚度在200mm以上、保證Ⅰ級(jí)探傷的碳素模具鋼板，無疑能夠大大提高用戶的認(rèn)可度。為此，項(xiàng)目組經(jīng)過論證，決定采用線mm厚以上的碳素模具鋼板，即采用兩個(gè)或多個(gè)連鑄坯疊在一起，作用軋制的原料生產(chǎn)厚規(guī)格的鋼板。

　　當(dāng)時(shí)鞍鋼從烏克蘭引進(jìn)了國(guó)內(nèi)首套真空電子束復(fù)合焊機(jī)用于生產(chǎn)特厚鋼板，且前期已經(jīng)在特厚普碳、低合金鋼板生產(chǎn)方面得到初步實(shí)施。然而，國(guó)際上尚沒有在高碳產(chǎn)品上應(yīng)用成功的先例。由于模具鋼鋼種特性與普碳、低合金鋼差異很大，適用于普碳、低合金鋼真空復(fù)合的焊接工藝在焊接碳素模具鋼時(shí)完全不可行，焊接應(yīng)力的累積，不僅產(chǎn)生大量焊接裂紋，且坯料之間未焊接處的縫隙會(huì)逐漸變大，后導(dǎo)致無法焊接，甚至?xí)�將先期已焊接處給“拉”開，而一些鋼種由于剩磁影響，焊接軌跡也不可控。趙坦回想起當(dāng)時(shí)的情景說：“正是由于采用真空復(fù)合技術(shù)生產(chǎn)特厚碳素模具鋼板具有很大的難度，所以當(dāng)時(shí)在國(guó)際上還沒有采用真空復(fù)合技術(shù)生產(chǎn)碳素模具鋼的報(bào)道，項(xiàng)目組也就沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，但是為了贏得市場(chǎng)，攻下這個(gè)技術(shù)是華山一條路，這信念支撐了項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)無數(shù)個(gè)再來一次，也鑄就了我們后的成功�！彪S后的近兩個(gè)月時(shí)間，項(xiàng)目組扎在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地跟鋼，并會(huì)同真空電子束焊機(jī)技術(shù)人員，對(duì)焊接工藝進(jìn)行討論、調(diào)整，根據(jù)連鑄坯焊接過程的變形特點(diǎn)，以及碳素模具鋼的物理特性，從零摸索形成了一套針對(duì)碳素模具鋼的真空電子束焊接工藝。在項(xiàng)目組的努力之下，厚度為600mm的SM45“真空復(fù)合連鑄坯”終于制成功。

　　軋制的原料制成功，下一步當(dāng)然就是進(jìn)行軋制，有了前期的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)于軋制過程項(xiàng)目組沒有急于冒進(jìn)，而是綜合考慮了SM45鋼的高溫特性、SM45鋼常規(guī)焊接接頭的特點(diǎn)、SM45真空復(fù)合坯的尺寸以及現(xiàn)有工藝設(shè)情況，制定了專用于SM45復(fù)合坯的加熱、軋制等工藝。由于考慮充分，采用600mm厚SM45連鑄坯軋制的320mm厚鋼板，經(jīng)檢驗(yàn)，鋼板全板達(dá)到GB/T 2970Ⅰ級(jí)探傷標(biāo)準(zhǔn)。“通過實(shí)驗(yàn)證明，采用真空復(fù)合技術(shù)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的碳素模具鋼板確實(shí)是可行的，這對(duì)我們是的鼓舞�！壁w坦自豪地說。

　　雖然技術(shù)路線是可行的，但是真正的考驗(yàn)還沒有完全到來。眾所周知，在生產(chǎn)高碳當(dāng)量的鋼種時(shí)，由于其韌性差，低溫環(huán)境下進(jìn)行焊接、加工等過程時(shí)，容易產(chǎn)生裂紋，以SM45、SM50為代表的碳素模具鋼碳當(dāng)量都較高，裂紋敏感性強(qiáng)，且鞍鋼地處中國(guó)北方，采用真空復(fù)合技術(shù)生產(chǎn)不可避免地要在低溫環(huán)境下進(jìn)行焊接，輪試制成功時(shí)的季節(jié)恰逢2013年夏季，因此，并沒有受到低溫的考驗(yàn)。而實(shí)際的情況也印證了項(xiàng)目組的猜測(cè)，2013年12月，模具鋼團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在焊接完成的一塊SM45鋼復(fù)合坯焊縫處有裂紋，且裂紋不止一處，后續(xù)該坯料軋制后進(jìn)行探傷，全板探傷都達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，甚至有些位置直接就是分為兩塊鋼板。為了消除裂紋，焊接工藝必須再進(jìn)行優(yōu)化，于是，項(xiàng)目組再次進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)近兩個(gè)月的“蹲點(diǎn)”，對(duì)焊接工藝、焊接參數(shù)等進(jìn)行逐一調(diào)整、驗(yàn)證，終于在中國(guó)冷的三九天，成功制了無缺陷的SM45鋼真空復(fù)合坯，并形成了專門針對(duì)低溫環(huán)境下真空復(fù)合碳素模具鋼的工藝。經(jīng)軋制，鋼板滿足GB/T 2970Ⅰ級(jí)探傷標(biāo)準(zhǔn)。至此，鞍鋼終于完全打通采用真空復(fù)合工藝生產(chǎn)特厚碳素模具鋼板的工藝過程。后續(xù)經(jīng)試制，采用該工藝目前可以生產(chǎn)到厚度412mm的碳素模具鋼板，全板滿足GB/T 2970Ⅰ級(jí)探傷標(biāo)準(zhǔn)，打破了壓縮比的世界紀(jì)錄，極大提高了鞍鋼模具鋼大板生產(chǎn)的質(zhì)量和水平，該技術(shù)終被鑒定為國(guó)際水平，鞍鋼模具鋼人用技術(shù)得到了用戶和市場(chǎng)的肯定。

　　“幸福都是奮斗出來的，要加班，一起來。”這是模具鋼團(tuán)隊(duì)經(jīng)常掛在嘴邊的線為代表的塑料模具鋼是市場(chǎng)需求的模具鋼品種，其使用同常規(guī)的普碳低合金產(chǎn)品不同，對(duì)于產(chǎn)品性能的整體均勻性要求極高，任何一個(gè)位置的硬度不均都會(huì)影響到模具制品的質(zhì)量。2007年鞍鋼曾經(jīng)開發(fā)過此產(chǎn)品，然而塑料模具鋼具有高碳高合金的成分特點(diǎn)，連鑄坯中心偏析這一困擾中厚板產(chǎn)品的老大難問題被進(jìn)一步放大，由于心部偏析導(dǎo)致的“外軟內(nèi)硬”問題難以解決，大量的質(zhì)量異議讓這一項(xiàng)目一度擱置。當(dāng)時(shí)用戶反應(yīng)是“鞍鋼的產(chǎn)品鋸不動(dòng)，鉆不進(jìn)，影響效率，不好用，別人家是零起點(diǎn)，你們鞍鋼開發(fā)這個(gè)產(chǎn)品就是負(fù)起點(diǎn)�！�

　　為了服務(wù)用戶，找準(zhǔn)原因，提升產(chǎn)品質(zhì)量，當(dāng)時(shí)新組建的鞍鋼模具鋼產(chǎn)銷研團(tuán)隊(duì)經(jīng)常深入市場(chǎng)，走訪用戶，對(duì)標(biāo)模具鋼企業(yè)，一次次調(diào)研，一輪輪研討，確定了解決難題的方向。為指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，必須在實(shí)驗(yàn)室研預(yù)研出工藝，團(tuán)隊(duì)年輕成員馮丹竹回憶起當(dāng)時(shí)的情形，導(dǎo)師趙坦帶領(lǐng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)每天撲在實(shí)驗(yàn)室里，由于隊(duì)伍的年輕化，他在科研的同時(shí)還需慈嚴(yán)并濟(jì)培養(yǎng)新生力量，雖然科研任務(wù)重，但趙坦以積極樂觀的心態(tài)從自身做起細(xì)微處關(guān)注團(tuán)隊(duì)，也正是得益于隊(duì)伍的年輕化，大家朝氣蓬勃，充滿干勁兒。

　　說易行難，為了解決現(xiàn)場(chǎng)問題及偏析難題，團(tuán)隊(duì)成員在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行多輪試制和系列熱處理。上百?gòu)堜摪宓牡捅稒z驗(yàn)，硬度測(cè)試，一個(gè)個(gè)洛氏硬度測(cè)試點(diǎn)如同模具鋼產(chǎn)研銷團(tuán)隊(duì)的信念，整齊、堅(jiān)定、不動(dòng)搖。而到了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的環(huán)節(jié)時(shí)，由于模具鋼高碳當(dāng)量的品種固有屬性，導(dǎo)致了模具鋼品種取樣切割無法實(shí)現(xiàn)，必須依靠人工用砂輪機(jī)手動(dòng)在模具鋼板表面上打磨出圓形的硬度檢驗(yàn)區(qū)，并在圓形檢驗(yàn)區(qū)進(jìn)行硬度性能測(cè)試，鋼板切割加工而在鞍鋼模具鋼生產(chǎn)并不成熟的當(dāng)時(shí)，這些生產(chǎn)檢驗(yàn)工作都是由科研項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)親力親為。一張鋼板要在表面不同的位置手動(dòng)磨出九個(gè)圓形檢驗(yàn)區(qū)，每個(gè)檢驗(yàn)區(qū)又需要測(cè)量五個(gè)硬度試點(diǎn)，這是一項(xiàng)體力勞動(dòng)強(qiáng)度極大，工作環(huán)境極為惡劣的實(shí)驗(yàn)工作，加之時(shí)間緊任務(wù)重，為了滿足客戶檢驗(yàn)并完成按時(shí)交貨，趙坦帶頭沖鋒，團(tuán)隊(duì)成員時(shí)常在熱軋模具鋼板沒有完全冷卻時(shí)沖上去，踩著尚未冷卻的高溫鋼板作業(yè)，就是靠著這種頑強(qiáng)的鋼鐵意志，趙坦和他的團(tuán)隊(duì)成員，打了上萬個(gè)硬度測(cè)試點(diǎn)，完成了上千噸的模具鋼性能檢驗(yàn)。

　　就是這樣一支團(tuán)隊(duì)，他們以超人的意志力，戰(zhàn)勝鋼板高溫考驗(yàn)，用燃燒的毅力照亮了通往勝利的道路，真正做到為了鞍鋼模具鋼事業(yè)一無所惜。他們平均每天要在這樣高溫粉塵的惡劣環(huán)境中工作八九個(gè)小時(shí)，汗水浸透了他們的工作服，但他們的身形卻依然堅(jiān)定。

　　通過在實(shí)驗(yàn)室的不斷嘗試，以及團(tuán)隊(duì)在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)時(shí)對(duì)技術(shù)細(xì)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)，國(guó)內(nèi)首次開發(fā)形成模具鋼連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量數(shù)字化識(shí)別技術(shù)及定量分析方法，用于全流程組織跟蹤優(yōu)化控制。鋼板切割加工創(chuàng)造“關(guān)鍵連鑄工藝參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整”+“鋼坯預(yù)處理”+“鋼坯均質(zhì)化處理”+“簡(jiǎn)化熱處理”塑料模具鋼穩(wěn)定化、低成本、短流程核心控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全系模具鋼大板產(chǎn)品的減量化生產(chǎn)。從煉鋼、板坯加熱、軋制、熱處理、性能檢驗(yàn)等整個(gè)生產(chǎn)過程的每個(gè)環(huán)節(jié)筑起道道質(zhì)量安全防線，終系列產(chǎn)品質(zhì)量通過鑒定，達(dá)到國(guó)內(nèi)水平。

　　我國(guó)模具鋼材料的發(fā)展受制于新型制技術(shù)的發(fā)展，滯后于模具產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展。傳統(tǒng)塑料模具鋼都由特殊鋼生產(chǎn)，采用“電爐+模鑄+鍛造”流程，并且配特殊的預(yù)硬化工藝裝，受制于鋼錠生產(chǎn)的不連續(xù)性，產(chǎn)品長(zhǎng)周期質(zhì)量穩(wěn)定性較差;受制于鋼錠的凝固特性，產(chǎn)品的氣體含量、夾雜物水平、選分偏析水平較高，初生碳化物、共晶組織較多，且很難控制;對(duì)于大型、寬幅模板往往采用鍛造，而越高端材料工藝也更為復(fù)雜，受制于多火次鍛造以及錠鍛材組織決定的長(zhǎng)時(shí)間熱處理影響，此類產(chǎn)品的生產(chǎn)周期通常很長(zhǎng)。

　　隨著普鋼產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型升級(jí)、技術(shù)進(jìn)步，模具鋼大板產(chǎn)品逐漸取代特鋼產(chǎn)品，此類產(chǎn)品采用“轉(zhuǎn)爐+連鑄+軋制”流程，具有產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可控性高，鋼質(zhì)純凈以及綠色生產(chǎn)短流程、高效率等優(yōu)勢(shì)，引發(fā)了模具鋼領(lǐng)域次里程碑式變革。然而該類技術(shù)在合金含量更高的高端產(chǎn)品方面長(zhǎng)期躑躅不前。

　　針對(duì)我國(guó)蓬勃發(fā)展的制造業(yè)對(duì)高品質(zhì)、低成本、短流程、精密化、穩(wěn)定化模具鋼的迫切需求，以及鞍鋼集團(tuán)高附加值產(chǎn)品的需求。2014年，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)又將目光投向產(chǎn)品附加值，要求也嚴(yán)的熱作模具鋼H13以及精密耐蝕模具鋼40Cr13，準(zhǔn)再戰(zhàn)“不可能”，征服超寬幅高合金模具鋼大板生產(chǎn)技術(shù)又一“無人區(qū)”。

　　這類產(chǎn)品合金含量高達(dá)9%-15%，對(duì)于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐冶煉這種高合金鋼合金過程溫降過大，合金不易熔化而造成鋼水表面結(jié)殼，經(jīng)過扒渣工藝后合金損失大;轉(zhuǎn)爐出鋼后由于合金帶入產(chǎn)生的回磷問題難以控制。此外由于碳含量高、合金含量高且均為易偏析元素，連鑄高合金大板中心偏析組織的控制難度較以往更大，關(guān)鍵的采用普鋼連鑄設(shè)實(shí)現(xiàn)高碳當(dāng)量(1.9-3.2)模具鋼產(chǎn)品的立彎式連鑄無缺陷大板坯的開發(fā)，以及軋制全流程止裂性的提升與控制，更是。不僅如此由于中厚板軋制的特點(diǎn)，鋼板的各項(xiàng)異性嚴(yán)重，而對(duì)于如H13這種對(duì)于等向性能要求極高的品種，如何保障性能同樣是困難重重。

　　“但是只有開發(fā)出這些技術(shù)和產(chǎn)品，鞍鋼的模具鋼才能算是真正的模具鋼，才能真正在行業(yè)里面占得一席之地�！卑颁摰哪＞咪撊擞忠淮瓮度肓司o張的戰(zhàn)斗中，而這一戰(zhàn)就是5年�！案母飫�(chuàng)新，技術(shù)推進(jìn)，除了需要勤于思考，敏于實(shí)踐，還需要敢于擔(dān)當(dāng)?shù)挠職�，出了問題要敢于面對(duì)，勇于解決�！壁w坦的這句話已經(jīng)成為模具鋼團(tuán)隊(duì)的共識(shí)�！俺煞衷O(shè)計(jì)、熱處理工藝有沒有引進(jìn)正交設(shè)計(jì)手段，低倍有沒有分析，全截面組織有沒有對(duì)比，掃描看沒看，透射做沒做，顯微硬度有沒有測(cè)試，技術(shù)效果有沒有全面分析�！眻F(tuán)隊(duì)核心成員范劉群回憶趙坦細(xì)致、嚴(yán)謹(jǐn)、不厭其煩地監(jiān)督指導(dǎo)。在試制期間，趙坦不辭辛勞地帶領(lǐng)組員頻繁往返鞍山、廣州與鲅魚圈三地，一邊加緊實(shí)驗(yàn)研究，一邊加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤及工藝攻關(guān)。

　　功夫不負(fù)有心人。H13、40Cr13等系列產(chǎn)品的產(chǎn)品均質(zhì)性、組織控制水平、等向性能等指標(biāo)均達(dá)到或超過國(guó)際先進(jìn)企業(yè)水平。當(dāng)罐無缺陷H13連鑄坯被拉出來時(shí)，一切的辛苦都是值得的。項(xiàng)目終被金屬學(xué)會(huì)鑒定為國(guó)際，用當(dāng)時(shí)中科院金屬研究所的一位專家評(píng)價(jià)“你們的工作是的”。（葉舟）
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