H13热作模具钢具有良好的热强性、抗冷热疲劳性能及耐液态金属冲蚀性，被广泛用于热挤压模具、铝合金压铸模具等各类模具中。由于模具在使用过程中需要承受较大的冲击力，因此冲击性能决定了模具的使用寿命。随着汽车行业的发展，汽车支架、离合器、油底壳等零部件的生产主要采用压铸工艺。高压和高速填充压铸模型腔是压铸的两大特点，相对挤压模具来说，压铸模具在生产过程中需要承受的冲击功更大，尤其是制造较大的零部件时，对模具钢的质量要求更高。采用常规工艺生产的H13钢棒材及尺寸相对较小的模块制作挤压模具，其寿命可以达到预期效果。

     某厂某批次H13钢模块的生产工艺流程为铁液预处理→20t电炉冶炼→LF炉(钢包精炼炉)精炼→VD炉(真空精炼炉)真空处理→浇铸成16t铸棒→16t气体保护电渣炉重熔16t钢锭→钢锭退火→加热(1180℃，20h)→45MN快锻开坯/成材(断面规格为400mm×500mm)→退火→无损检测→取样检验。在进行钢板的冲击功检验时，发现冲击性能没有达到预期目标，为了找出冲击性能偏低的原因，来自大冶特殊钢有限公司、高品质特殊钢湖北省重点实验室和湖北省黄石市产品质量监督检验所的李永灯、杨娥等研究人员对材料进行了分析，找出冲击功不合格的原因，为后续的生产提供了改进依据。

NO.01理化检验

1.1 化学成分分析

     检测冲击功不合格H13钢模块的化学成分，结果满足GB/T 1299—2014 《工模具钢》标准的要求。

1.2 冲击性能检验

     选择横向无缺口的冲击试样进行冲击性能检测。在模块中心部位取样，制成毛坯后再进行淬火、回火处理，然后机加工至最终样品尺寸。检测3个试样，冲击试样尺寸为55mm×10mm×7mm。冲击性能好的试样的冲击功可达到300J以上，冲击性能差的试样的冲击功不到100J。

1.3 冲击试样断口扫描电镜分析

     冲击试样经过超声波清洗后，采用扫描电镜对其断口进行分析。对于冲击功未达到预期目标的试样，其断口整体较平整，放大观察后，发现断裂源区域可见不同程度的沿晶断裂特征，冲击功较高的试样沿晶断裂区域面积较小；反之，冲击功较低试样的沿晶断裂区域面积较大。冲击功达到预期目标试样的断口微观形貌为轫窝，未见沿晶开裂。断口未见大型夹杂物等缺陷。冲击功较低和较高试样的断口微观形貌如图1，2所示。一般来说，断口出现沿晶特征是晶界的一种表现形式。

1.4 金相检验

      直接磨抛冲击试样断口面后，经硝酸酒精浸蚀，采用金相显微镜观察，发现冲击功较低试样的局部晶界明显，可见碳化物在晶界聚集和明显的带状特征，未见大尺寸的一次碳化物。取冲击功较低的同批次退火态试样，经磨抛、硝酸酒精浸蚀后，用金相显微镜观察，组织为球粒状珠光体，局部可见球状碳化物呈链状分布，未见明显碳化物聚集现象，说明冶炼过程中的偏析处于正常水平，冲击功较低试样的显微组织形貌如图3所示。

      对于冲击功较高的试样，其淬回火态的组织为均匀的回火马氏体组织，未见明显的晶界碳化物；对应的退火态组织为均匀的球粒状珠光体，未见碳化物聚集成网状现象(见图4)。

NO.02综合分析

     通过电渣重熔冶炼的H13钢的化学成分满足标准GB/T 1299—2014要求，根据组织观察，发现其没有明显的碳化物聚集及带状偏析现象，断口上未见明显的非金属夹杂物，说明冶炼过程控制正常。

     根据冲击断口的微观形貌及金相组织分析，冲击功较低试样的断口呈现沿晶特征，组织中明显有网状碳化物，冲击功较高试样的断口为韧窝形貌，组织均匀。由于钢材晶界比较薄弱，因此承受冲击载荷时会形成沿晶断口。二次碳化物沿晶界析出是冲击韧性低的主要原因。研究表明，H13钢中碳化物主要为V8C7，Cr23C6和Cr3C2(Cr2VC2)。受锻造加热不充分、锻后冷却控制不当等因素的影响，这些碳化物极易在晶界上聚集，弱化晶界，从而降低钢材的冲击韧性。尽量避免二次碳化物沿晶界析出是提高H13钢冲击性能的关键因素。

     只要严格控制锻造前加热温度及锻造后冷却速度，就可有效改善该钢种网状碳化物的析出。高温均匀化、增加锻造过程变形量、降低终锻温度等可使钢中碳化物充分细化并弥散分布，有利于抑制二次碳化物沿晶界析出。H13钢经过高温均匀化处理后，冶炼凝固过程中形成的成分偏析能得到有效改善，碳化物及杂质在晶界上偏聚倾向减弱。锻后快速冷却工艺可有效预防钢材中粗大或者网状碳化物的析出，避免组织中二次碳化物沿晶界析出形成碳化物链。锻后快速冷却再退火工艺可使钢材形成均匀的球粒状珠光体组织。只要增加锻造过程中的变形量，并采用较大应力破碎粗大的铸态组织及不稳定的共晶碳化物，就可改善钢材内部组织。条件允许的话，可以采用镦拔锻造工艺来进一步改善H13钢的组织，以提高其性能。

NO.03结语及建议

     (1) 电渣重熔冶炼的H13钢横向冲击性能达不到预期目标的主要原因为锻造环节控制不当，经过热处理后，二次碳化物沿晶界析出，弱化了晶界。只要避免二次碳化物沿晶界析出成网，就可有效提高H13钢模块的横向冲击韧性。

     (2) 采用高温均匀化处理，增加锻造变形量、提高锻后冷却速度等工艺，并尽量降低偏析、避免碳化物沿晶界析出，可有效增强H13钢的冲击韧性。