近年來，鞍鋼集團鋼鐵研究院主持了塑料模具鋼、復合模具鋼、碳模具鋼、熱模具鋼、耐腐蝕模具鋼等15個品牌的優質模具鋼，大大豐富了我國模具鋼板品種，滿足了高端設備制造業蓬勃發展的模具板需求，成功應用于日本雙葉精密模具項目和神戶鋼厚模具開發項目、寧波寧興特種鋼集團汽車面板和保險杠精密模具開發項目，大大提升了鞍鋼的品牌形象。
高質量模具鋼是中國十三五規劃和2025年國家戰略重點材料研發方向。鞍鋼面對高合金模具鋼產品大型化、精密化方向，基于空白組織數字控制和低偏析技術，形成模具鋼板短工藝生產技術，突破多個技術瓶頸，實現高合金連鑄坯、板穩定生產，實現高碳當量模具產品空白、全真空電子束焊接、低壓比軋制技術，以連鑄坯為原料，可大規模生產高質量、高穩定性、高合金超厚特殊鋼產品，實現鞍鋼模具鋼板從零開始、從零開始、從全到全、從全到領先的歷史飛躍。
跨越600mm，征服國際無人區
鞍鋼模具鋼從零突破到國內外市場的巨大成功，是鞍鋼工匠獨立、艱苦奮斗旅程的縮影。這一輝煌的背后，離不開鞍鋼模具鋼團隊默默支撐著鞍鋼高品質模具鋼的大業，也離不開團隊負責人趙坦。11年前的夏天，28歲的趙坦在南京理工大學博士畢業后拒絕了其他鋼鐵企業的高薪聘用。他毅然選擇了鞍鋼，選擇了回到家鄉。他渴望通過自己的努力為鞍鋼做點什么。經過三年的沉淀，趙坦最終確定了模具鋼領域的主要方向。鞍鋼當時無法生產的這種困難鋼種，開啟了鞍鋼模具鋼的傳奇篇章。
2012年，為了優化產品結構，趙坦被命令成立模具鋼項目組。在成立初期，項目組成員參觀了華東、華南等模具鋼配送量大的地區，經討論確定了需求量大的地區SM45、SM以50鋼為代表的碳模鋼板作為切入點，通過提供優質鋼板獲得用戶認可，然后在后期繼續推廣其他產品。團隊專家李廣龍回憶說:雖然SM45、SM50鋼化學成分簡單，但用戶對鋼板的質量要求不簡單，厚度大于200mm要求保證的鋼板Ⅰ訂單中最大厚度規格為400mm以上。”
按照2012年的常規工藝條件及手段，能夠采用連鑄坯軋制工藝穩定生產200mm厚碳模具鋼板的企業很少，更不用說保證鋼板了Ⅰ層次探傷，厚度4000mm以上幾乎沒有鋼廠能生產。鞍鋼連鑄坯最大截面為300mm，在生產這種厚度大、技術要求高的鋼板面前存在先天性缺陷。如果能克服這一缺陷，為用戶提供200的高質量厚度mm以上、保證Ⅰ級探傷碳模鋼板無疑可以大大提高用戶的認可度。為此，項目組決定通過真空復合材料生產200mm厚度以上的碳模鋼板，即用兩個或兩個以上連鑄坯疊在一起，用軋制原料生產厚度規格的鋼板。
當時，鞍鋼從烏克蘭引進了中國第一臺真空電子束復合焊機生產特厚鋼板，并在早期階段初步實施了特厚普碳和低合金鋼板的生產。然而，在世界上沒有成功應用高碳產品的先例。由于模具鋼的特點與普通碳、低合金鋼有很大的不同，適用于普通碳和低合金鋼真空復合材料的焊接工藝在焊接碳模具鋼時是完全不可行的。焊接應力的積累不僅會產生大量的焊接裂紋，而且坯料之間未焊接的縫隙也會逐漸增大，最終導致無法焊接，甚至會拉早期焊接的地方，而一些鋼種由于剩磁的影響，焊接軌跡是無法控制的。趙坦回憶起當時的情景，說:正是因為真空復合技術很難生產出特厚碳模鋼板，當時國際上還沒有關于真空復合技術生產碳模鋼的報道，項目組也沒有成熟的經驗可供借鑒。但為了贏得市場，攻下這一技術是華山的一條道路，這一信念支撐了項目團隊無數次‘再來’，也鑄就了我們最后的成功。近兩個月來，項目組與鋼一起現場綁扎，并與真空束焊機技術人員一起，根據連鑄鋼坯的物理特點，對焊接工藝和厚度進行了探索。mm的SM45真空復合連鑄坯終于成功制備。
軋制原料制備成功，下一步當然是軋制。有了前期的經驗教訓，軋制過程項目組并沒有急于進步，而是綜合考慮了SM45鋼的高溫特性，SM45鋼常規焊接接頭的特點，SM45真空復合坯的尺寸和現有的工藝設備，專門用于制定SM45復合坯料的加熱和軋制工藝。考慮充分，采用600mm厚SM45連鑄坯軋制320mm厚鋼板，經檢驗，鋼板全板達到GB/T 2970Ⅰ分級探傷標準。趙坦自豪地說：實驗證明，用真空復合技術生產高質量的碳模鋼板是可行的，這是對我們最大的鼓勵。
雖然技術路線是可行的，但真正的測試還沒有完全到來。眾所周知，在生產高碳當量鋼種時，由于韌性差，在低溫環境下焊接加工時容易產生裂紋SM45、SM以50為代表的碳模具鋼碳當量高，裂紋敏感性強。鞍鋼位于中國北方。采用真空復合技術生產，在低溫環境下焊接是不可避免的。第一輪試生產成功的季節恰逢2013年夏季。因此，它沒有受到低溫的測試。實際情況也證實了項目組的猜測。2013年12月，模具鋼團隊在焊接中發現了一塊SM45鋼復合坯焊縫有裂紋，裂紋不止一個。鋼坯軋制后，整個板探傷不符合標準，甚至有些位置直接分為兩塊鋼板。為了消除裂紋，必須優化焊接工藝。因此，項目組再次進行了近兩個月的蹲，逐一調整和驗證了焊接工藝和焊接參數。最后，在中國最冷的三九天里，它成功地制備了無缺陷SM45鋼真空復合坯，在低溫環境下形成真空復合碳模具鋼工藝。軋制后，鋼板滿意GB/T 2970Ⅰ等級檢測標準。到目前為止，鞍鋼最終完全開啟了采用真空復合工藝生產特厚碳模鋼板的過程。經過后續試制，該工藝目前可生產到最大厚度412mm碳模鋼板，全板滿意GB/T 2970Ⅰ級檢測標準打破了壓縮比的世界紀錄，大大提高了鞍鋼模具鋼板的生產質量和水平。該技術最終被確定為國際領先水平，鞍鋼模具鋼人工技術得到了用戶和市場的肯定。
鋼鐵雄心，做高溫鋼板上的火焰舞者
幸福是奮斗出來的，要加班，。這是模具鋼團隊經常談論的。
以1.以2311和718為代表的塑料模具鋼是市場需求最大的模具鋼品種。與傳統的普通碳低合金產品不同，對產品性能的整體均勻性要求很高，任何位置的硬度不均勻都會影響模具產品的質量。鞍鋼于2007年開發了該產品，但塑料模具鋼具有高碳高合金成分的特點，甚至鋼坯中心分析這個問題進一步放大，由于心臟分析外軟內硬問題難以解決，大量的質量異議使該項目一度擱置。當時，用戶的反應是鞍鋼產品不能鋸，不能鉆，影響效率，不易使用，其他家庭是零起點，你的鞍鋼開發這個產品是負起點。
為了服務用戶，找出原因，提高產品質量，新成立的鞍鋼模具鋼生產銷售研究團隊經常深入市場，訪問用戶，針對優秀的模具鋼企業，一次又一次的研究，一輪又一輪的討論，確定了解決問題的方向。為了指導現場生產，必須在實驗室研究過程中，團隊年輕成員馮丹竹回憶起情況，導師趙帶領研發團隊每天在實驗室，由于團隊年輕，他也需要培養新力量，雖然研究任務繁重，但趙坦積極樂觀關注團隊，也由于團隊年輕，我們充滿活力，充滿活力。
說起來容易做起來難。為了解決現場問題和偏析問題，團隊成員在實驗室進行了多輪試生產和一系列熱處理。數百塊鋼板的低倍試驗和硬度試驗，洛氏硬度試驗點就像模具鋼生產和銷售團隊的信念一樣，整潔、堅定、不動搖。在現場生產過程中，由于模具鋼高碳當量品種的固有屬性，模具鋼品種的取樣和切割無法實現。必須依靠人工砂輪機在模具鋼板表面手動拋光圓形硬度試驗區，并在圓形試驗區進行硬度性能試驗。鞍鋼模具鋼生產不成熟時，這些生產檢驗工作由科研項目團隊親自完成。鋼板應在表面不同位置手動拋光9個圓形試驗區，每個試驗區需要測量5個硬度試點。這是一項體力勞動強度高、工作環境惡劣的實驗工作。此外，時間緊迫，任務繁重。為了滿足客戶的檢查和按時交貨，趙坦帶頭完成了熱軋模具鋼板的硬度試驗點。趙坦和他的團隊成了數千噸的硬度試驗。
就是這樣一個團隊，他們以超人的意志力克服了鋼板的高溫考驗，用燃燒的毅力照亮了通往勝利的道路，真正為鞍鋼模具鋼事業一無所惜。他們平均每天在如此惡劣的高溫粉塵環境中工作89個小時，汗水浸透了他們的工作服，但他們的身材仍然堅定。
通過在實驗室的不斷嘗試和團隊在現場生產過程中嚴格檢查技術細節，我國首次開發形成模具鋼連鑄坯內部質量數字識別技術和定量分析方法，進行全過程組織跟蹤、優化和控制。創建關鍵連鑄工藝參數動態調整 鋼坯預處理 鋼坯均質化處理 簡化熱處理塑料模具鋼的穩定性、低成本、短工藝核心控制技術，實現了整個模具鋼板產品的減少生產。從煉鋼、鋼坯加熱、軋制、熱處理、性能檢驗等整個生產過程的各個環節建立質量安全防線，最終通過評價，達到國內領先水平。
工匠精神，打造高合金模具鋼板新品牌
由于新型制備技術的發展，我國模具鋼材料的發展滯后于模具工業技術的發展。傳統塑料模具鋼由特種鋼廠生產，采用電爐 模鑄 鍛造過程，配備特殊的預硬化工藝設備，由于鋼錠生產的不連續性，產品長周期質量穩定性差；由于鋼錠的凝固特性，氣體含量、夾雜物水平、選擇分析偏析水平高，初始碳化物和共晶組織多，難以控制；鍛造通常用于大型寬模板，高端材料工藝越復雜，受多火鍛造和錠鍛組織決定的長熱處理的影響，這些產品的生產周期通常很長。
隨著普通鋼廠產品的轉型升級和技術進步，模具鋼板產品逐漸取代特種鋼廠產品，采用轉爐 連鑄 軋制工藝具有產品質量穩定、可控性高、純鋼、綠色生產工藝短、效率高等優點，在模具鋼領域引發了首次里程碑式的變化。然而，這種技術長期以來一直徘徊在合金含量較高的高端產品中。
針對我國蓬勃發展的制造業對高品質、低成本、短流程、精密化、穩定化模具鋼的迫切需求，以及鞍鋼集團公司高附加值產品的需求。2014年，項目團隊又將目光投向產品附加值最高，要求也最嚴的熱作模具鋼H13、精密耐腐蝕模具鋼40Cr13.準備再戰不可能，征服超寬高合金模具鋼大板生產技術的另一個無人區。
這類產品的合金含量高達9%-15%。傳統轉爐冶煉高合金鋼合金工藝溫降過大，合金不易熔化，導致鋼水表面結殼，經脫渣工藝后合金損失較大；轉爐出鋼后，由于合金帶入而產生的回磷問題難以控制。此外，由于碳含量高，合金含量高，易于偏析，連鑄高合金板中心偏析組織的控制難度大于以往。最重要的是使用普通鋼連鑄設備來實現高碳當量(1.9-3.2）模具鋼產品的立彎式連鑄無缺陷大板坯的開發，以及軋制全流程止裂性的提升與控制，更是前無古人。不僅如此由于中厚板軋制的特點，鋼板的各項異性嚴重，而對于如H對于等向性能要求很高的品種，如何保證性能也很困難。
但只有開發這些技術和產品，鞍鋼的模具鋼才能算是真正的模具鋼，才能真正在行業中占有一席之地。鞍鋼的模具鋼人又一次投入了一場緊張的戰斗，這場戰斗持續了五年。改革創新和技術推廣不僅需要勤于思考和實踐，還需要勇于承擔責任。如果出了問題，我們應該敢于面對和解決。趙坦的話已經成為模具鋼團隊的共識。成分設計和熱處理工藝是否引入正交設計手段，低倍是否分析，全截面組織是否比較，掃描是否看，透射是否做，微硬度是否測試，技術效果是否全面分析。團隊核心成員范回憶說，趙坦細致嚴謹 、不厭其煩地監督指導。在試制期間，趙坦不辭辛勞地帶領組員頻繁往返鞍山、廣州與鲅魚圈三地，一邊加緊實驗研究，一邊加強現場跟蹤及工藝攻關。
功夫不負有心人。H13、40Cr13等系列產品的產品均質性、組織控制水平、等向性能等指標均達到或超過國際先進企業水平。當第一罐無缺陷H13連鑄坯被拉出來時，一切的辛苦都是值得的。項目最終被金屬學會鑒定為國際領先，用當時中科院金屬研究所的一位專家評價“你們的工作是世界級的”。
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記者 葉舟
來源：鞍鋼日報
