近年來，鞍鋼集團鋼鐵研究院主持了塑料模具鋼、復(fù)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(yōu)質(zhì)模具鋼，大大豐富了我國模具鋼板品種，滿足了高端設(shè)備制造業(yè)蓬勃發(fā)展的模具板需求，成功應(yīng)用于日本雙葉精密模具項目和神戶鋼厚模具開發(fā)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(fā)項目，大大提升了鞍鋼的品牌形象。
高質(zhì)量模具鋼是中國十三五規(guī)劃和2025年國家戰(zhàn)略重點材料研發(fā)方向。鞍鋼面對高合金模具鋼產(chǎn)品大型化、精密化方向，基于空白組織數(shù)字控制和低偏析技術(shù)，形成模具鋼板短工藝生產(chǎn)技術(shù)，突破多個技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)高合金連鑄坯、板穩(wěn)定生產(chǎn)，實現(xiàn)高碳當(dāng)量模具產(chǎn)品空白、全真空電子束焊接、低壓比軋制技術(shù)，以連鑄坯為原料，可大規(guī)模生產(chǎn)高質(zhì)量、高穩(wěn)定性、高合金超厚特殊鋼產(chǎn)品，實現(xiàn)鞍鋼模具鋼板從零開始、從零開始、從全到全、從全到領(lǐng)先的歷史飛躍。
跨越600mm，征服國際無人區(qū)
鞍鋼模具鋼從零突破到國內(nèi)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(zhì)模具鋼的大業(yè)，也離不開團隊負責(zé)人趙坦。11年前的夏天，28歲的趙坦在南京理工大學(xué)博士畢業(yè)后拒絕了其他鋼鐵企業(yè)的高薪聘用。他毅然選擇了鞍鋼，選擇了回到家鄉(xiāng)。他渴望通過自己的努力為鞍鋼做點什么。經(jīng)過三年的沉淀，趙坦最終確定了模具鋼領(lǐng)域的主要方向。鞍鋼當(dāng)時無法生產(chǎn)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(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，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(qū)，經(jīng)討論確定了需求量大的地區(qū)SM45、SM以50鋼為代表的碳模鋼板作為切入點，通過提供優(yōu)質(zhì)鋼板獲得用戶認可，然后在后期繼續(xù)推廣其他產(chǎn)品。團隊專家李廣龍回憶說:雖然SM45、SM50鋼化學(xué)成分簡單，但用戶對鋼板的質(zhì)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(guī)格為400mm以上?！?/p>
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厚碳模具鋼板的企業(yè)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(chǎn)。鞍鋼連鑄坯最大截面為300mm，在生產(chǎn)這種厚度大、技術(shù)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(zhì)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(fù)合材料生產(chǎn)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(chǎn)厚度規(guī)格的鋼板。
當(dāng)時，鞍鋼從烏克蘭引進了中國第一臺真空電子束復(fù)合焊機生產(chǎn)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(chǎn)。然而，在世界上沒有成功應(yīng)用高碳產(chǎn)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(fù)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(yīng)力的積累不僅會產(chǎn)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(dǎo)致無法焊接，甚至?xí)缙诤附拥牡胤剑恍╀摲N由于剩磁的影響，焊接軌跡是無法控制的。趙坦回憶起當(dāng)時的情景，說:正是因為真空復(fù)合技術(shù)很難生產(chǎn)出特厚碳模鋼板，當(dāng)時國際上還沒有關(guān)于真空復(fù)合技術(shù)生產(chǎn)碳模鋼的報道，項目組也沒有成熟的經(jīng)驗可供借鑒。但為了贏得市場，攻下這一技術(shù)是華山的一條道路，這一信念支撐了項目團隊無數(shù)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(xiàn)場綁扎，并與真空束焊機技術(shù)人員一起，根據(jù)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(fù)合連鑄坯終于成功制備。
軋制原料制備成功，下一步當(dāng)然是軋制。有了前期的經(jīng)驗教訓(xùn)，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(guī)焊接接頭的特點，SM45真空復(fù)合坯的尺寸和現(xiàn)有的工藝設(shè)備，專門用于制定SM45復(fù)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(jīng)檢驗，鋼板全板達到GB/T 2970Ⅰ分級探傷標(biāo)準。趙坦自豪地說：實驗證明，用真空復(fù)合技術(shù)生產(chǎn)高質(zhì)量的碳模鋼板是可行的，這是對我們最大的鼓勵。
雖然技術(shù)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(chǎn)高碳當(dāng)量鋼種時，由于韌性差，在低溫環(huán)境下焊接加工時容易產(chǎn)生裂紋SM45、SM以50為代表的碳模具鋼碳當(dāng)量高，裂紋敏感性強。鞍鋼位于中國北方。采用真空復(fù)合技術(shù)生產(chǎn)，在低溫環(huán)境下焊接是不可避免的。第一輪試生產(chǎn)成功的季節(jié)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(fā)現(xiàn)了一塊SM45鋼復(fù)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(biāo)準，甚至有些位置直接分為兩塊鋼板。為了消除裂紋，必須優(yōu)化焊接工藝。因此，項目組再次進行了近兩個月的蹲，逐一調(diào)整和驗證了焊接工藝和焊接參數(shù)。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(fù)合坯，在低溫環(huán)境下形成真空復(fù)合碳模具鋼工藝。軋制后，鋼板滿意GB/T 2970Ⅰ等級檢測標(biāo)準。到目前為止，鞍鋼最終完全開啟了采用真空復(fù)合工藝生產(chǎn)特厚碳模鋼板的過程。經(jīng)過后續(xù)試制，該工藝目前可生產(chǎn)到最大厚度412mm碳模鋼板，全板滿意GB/T 2970Ⅰ級檢測標(biāo)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(chǎn)質(zhì)量和水平。該技術(shù)最終被確定為國際領(lǐng)先水平，鞍鋼模具鋼人工技術(shù)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(jīng)常談?wù)摰摹?/p>
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(tǒng)的普通碳低合金產(chǎn)品不同，對產(chǎn)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(chǎn)品的質(zhì)量。鞍鋼于2007年開發(fā)了該產(chǎn)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(nèi)硬問題難以解決，大量的質(zhì)量異議使該項目一度擱置。當(dāng)時，用戶的反應(yīng)是鞍鋼產(chǎn)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(fā)這個產(chǎn)品是負起點。
為了服務(wù)用戶，找出原因，提高產(chǎn)品質(zhì)量，新成立的鞍鋼模具鋼生產(chǎn)銷售研究團隊經(jīng)常深入市場，訪問用戶，針對優(yōu)秀的模具鋼企業(yè)，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(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)，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(dǎo)師趙帶領(lǐng)研發(fā)團隊每天在實驗室，由于團隊年輕，他也需要培養(yǎng)新力量，雖然研究任務(wù)繁重，但趙坦積極樂觀關(guān)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(xiàn)場問題和偏析問題，團隊成員在實驗室進行了多輪試生產(chǎn)和一系列熱處理。數(shù)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(chǎn)和銷售團隊的信念一樣，整潔、堅定、不動搖。在現(xiàn)場生產(chǎn)過程中，由于模具鋼高碳當(dāng)量品種的固有屬性，模具鋼品種的取樣和切割無法實現(xiàn)。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(qū)，并在圓形試驗區(qū)進行硬度性能試驗。鞍鋼模具鋼生產(chǎn)不成熟時，這些生產(chǎn)檢驗工作由科研項目團隊親自完成。鋼板應(yīng)在表面不同位置手動拋光9個圓形試驗區(qū)，每個試驗區(qū)需要測量5個硬度試點。這是一項體力勞動強度高、工作環(huán)境惡劣的實驗工作。此外，時間緊迫，任務(wù)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(shù)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(yè)一無所惜。他們平均每天在如此惡劣的高溫粉塵環(huán)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(xiàn)場生產(chǎn)過程中嚴格檢查技術(shù)細節(jié)，我國首次開發(fā)形成模具鋼連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量數(shù)字識別技術(shù)和定量分析方法，進行全過程組織跟蹤、優(yōu)化和控制。創(chuàng)建關(guān)鍵連鑄工藝參數(shù)動態(tài)調(diào)整 鋼坯預(yù)處理 鋼坯均質(zhì)化處理 簡化熱處理塑料模具鋼的穩(wěn)定性、低成本、短工藝核心控制技術(shù)，實現(xiàn)了整個模具鋼板產(chǎn)品的減少生產(chǎn)。從煉鋼、鋼坯加熱、軋制、熱處理、性能檢驗等整個生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)建立質(zhì)量安全防線，最終通過評價，達到國內(nèi)領(lǐng)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(shù)的發(fā)展，我國模具鋼材料的發(fā)展滯后于模具工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。傳統(tǒng)塑料模具鋼由特種鋼廠生產(chǎn)，采用電爐 模鑄 鍛造過程，配備特殊的預(yù)硬化工藝設(shè)備，由于鋼錠生產(chǎn)的不連續(xù)性，產(chǎn)品長周期質(zhì)量穩(wěn)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(fù)雜，受多火鍛造和錠鍛組織決定的長熱處理的影響，這些產(chǎn)品的生產(chǎn)周期通常很長。
隨著普通鋼廠產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型升級和技術(shù)進步，模具鋼板產(chǎn)品逐漸取代特種鋼廠產(chǎn)品，采用轉(zhuǎn)爐 連鑄 軋制工藝具有產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可控性高、純鋼、綠色生產(chǎn)工藝短、效率高等優(yōu)點，在模具鋼領(lǐng)域引發(fā)了首次里程碑式的變化。然而，這種技術(shù)長期以來一直徘徊在合金含量較高的高端產(chǎn)品中。
針對我國蓬勃發(fā)展的制造業(yè)對高品質(zhì)、低成本、短流程、精密化、穩(wěn)定化模具鋼的迫切需求，以及鞍鋼集團公司高附加值產(chǎn)品的需求。2014年，項目團隊又將目光投向產(chǎn)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(zhàn)不可能，征服超寬高合金模具鋼大板生產(chǎn)技術(shù)的另一個無人區(qū)。
這類產(chǎn)品的合金含量高達9%-15%。傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐冶煉高合金鋼合金工藝溫降過大，合金不易熔化，導(dǎo)致鋼水表面結(jié)殼，經(jīng)脫渣工藝后合金損失較大；轉(zhuǎn)爐出鋼后，由于合金帶入而產(chǎn)生的回磷問題難以控制。此外，由于碳含量高，合金含量高，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(shè)備來實現(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(fā)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)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(zhàn)斗，這場戰(zhàn)斗持續(xù)了五年。改革創(chuàng)新和技術(shù)推廣不僅需要勤于思考和實踐，還需要勇于承擔(dān)責(zé)任。如果出了問題，我們應(yīng)該敢于面對和解決。趙坦的話已經(jīng)成為模具鋼團隊的共識。成分設(shè)計和熱處理工藝是否引入正交設(shè)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(shù)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(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，一邊加緊實驗研究，一邊加強現(xiàn)場跟蹤及工藝攻關(guān)。
功夫不負有心人。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)均達到或超過國際先進企業(yè)水平。當(dāng)?shù)谝还逕o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(xué)會鑒定為國際領(lǐng)先，用當(dāng)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
