1前言

近年来，在实现碳中和社会的大背景下，以提高汽车燃油效率为目的的轻量化为代表，在各种结构部件中采用高强度材料的趋势不断演进。此外，为了提高成材率并缩短交货周期，正在推时近终型化以简化零部件的生产工序。JIS SKT4是用于承受强烈冲击的锤头模具的通用钢，其特点是在热作工具钢中采用较低的合金设计，并且具有锤头锻造模具不可缺少的高韧性。但是，随着上述背景下模具使用环境的急速苛刻化，要求提高高温强度。日本山阳特钢开发出了适合该需求的新型高强度高韧性锤头模具用钢QTPHARMOTEX^?，下面将介绍该材料特点。

2开发要点

在QTP-HARMOTEX^?的开发过程中，以兼备优异的高温强度（抗软化性）和韧性为目标。热作模具在高温环境下使用时，由于析出碳化物的粗大化和位错的回复而产生软化。另外，合金元素的偏析和不均匀碳化物的存在成为韧性降低的主要原因。QTPHARMOTEX^?通过基于组织预测技术的合金设计和热处理工艺的优化，发现有效的组织设计可以抑制析出碳化物的粗大化和位错的回复，从而获得了优异的高温强度。为了获得良好的韧性，山阳特钢优化了钢材生产工艺设计，以实现组织均质化。通过组合这些关键技术，可以良好地兼备高温强度和韧性。

下面对上述热处理工艺的优化进行说明。QTPHARMOTEX^?是由工具钢生产商经淬火和回火处理后交付给用户的预硬化钢，研究人员对处理条件进行了讨论。淬火条件根据以下关系式利用淬火参数P整理：P=T（24 l ogt）×10^-3，式中T是淬火温度，K；t是保持时间，h。

在各种条件下淬火后，通过回火将调质到40HRC的试样在620℃下加热保持100h，测量了空冷后的硬度。将从初始硬度的硬度降低抑制程度作为抗软化性的指标进行了评价。同样，利用变化淬火参数的各种热处理材料制作了夏比冲击试样，并评价了韧性。

由此发现，在淬火参数为28.5-30.1的范围内进行淬火，可以兼备优异的高温强度和韧性。

3 性能特点

3.1微观组织

使用苦味酸酒精腐蚀后，观察QTP-HARMOTEX^?的淬火回火微观组织，发现呈现碳化物微细析出的组织形态。

3.2淬火回火硬度特性

QTP-HARMOTEX^?的淬火回火硬度特性显示，与SKT4同等钢相比，QTPHARMOTEX^?即使在高温下回火时也显现出高硬度。

3.3抗软化性

QTP-HARMOTEX^?的抗软化性如图 1所示。在该试验中，将调质为40HRC的试样加热至600℃保持规定时间，空冷后测量了硬度。QTP-HARMOTEX^?通过抑制析出碳化物的粗大化和位错的回复，具有大大超过SKT4等效钢的抗软化性。据此，可期待通过抑制模具使用时的软化、磨损和残余应变来延长模具的寿命。

3.4韧性

QTP-HARMOTEX^?室温下的夏比冲击特性如图 2所示。使用具有实际大截面尺寸的淬火回火材料，从与锻造正交的方向取样，该方向受显微组织均匀性的影响强烈。QTP-HARMOTEX^?具有均质化结构，从外周到中心高度稳定，与SKT4等效钢相比，具有优异的韧性。因此抑制了模具使用过程中的微小碎片和大裂纹。

3.5抗热裂性

对QTP-HARMOTEX^?的抗热裂性进行了验证。试验使用高频加热装置，加热至600℃，保持5s后，水冷至室温的模式为一个循环，将此循环重复1000次。与SKT4等效钢相比，裂纹的平均深度和合计深度均被抑制。热裂是由于反复加热和冷却导致表层膨胀和收缩引起的应力作用而发生。QTP-HARMOTEX^?具有高抗软化性和优异的韧性，因此通过抑制表面裂纹的萌生和扩展表现出高抗热裂性。

4 应用实例

将QTP-HARMOTEX^?应用于此前使用SKT4等效钢的锤锻模具的结果见表1。由于高温强度和韧性的提高，磨损、裂纹和热裂被抑制，从而提高了模具寿命。此外，在锻造产品的检查中，模具的微细裂纹和热裂减少，抑制了向产品的裂纹扩展，同时通过减少表面缺陷，有助于改善产品不良率。

5结语

QTP-HARMOTEX^?是高温强度和韧性均超过SKT4的钢种，具有作为锤头模具用钢的优良特性。使用QTPHARMOTEX^?来制作模具，不仅可以通过抑制磨损、裂纹和热裂来延长使用寿命，还可以通过稳定制造零部件的质量来减少材料损失，并可期待通过降低模具的更换频率来减少能量损失。（全荣）