而鋼板切割加工在鞍鋼模具鋼生產并不成熟的

　　摘要：近年來，鞍鋼集團鋼鐵研究院主持研發的塑料模具鋼、復合模具鋼、碳素模具鋼、熱作模具鋼、耐蝕模具鋼五大系列等15個牌號高品質模具鋼，極大豐富了我國模具鋼板材品種，滿足了蓬勃發展的高端裝制造業對于模具板材的需求，成功應用于日本雙葉精密模具項目以及神戶制鋼特厚模架開發項目、寧波寧興特鋼集團汽車面板及保險杠用精密模具開發等項目，極大提升了鞍鋼品牌形象。

　　近年來，鞍鋼集團鋼鐵研究院主持研發的塑料模具鋼、復合模具鋼、碳素模具鋼、熱作模具鋼、耐蝕模具鋼五大系列等15個牌號高品質模具鋼，極大豐富了我國模具鋼板材品種，滿足了蓬勃發展的高端裝制造業對于模具板材的需求，成功應用于日本雙葉精密模具項目以及神戶制鋼特厚模架開發項目、寧波寧興特鋼集團汽車面板及保險杠用精密模具開發等項目，極大提升了鞍鋼品牌形象。

　　高品質模具鋼是我國“十三五”規劃及2025國家戰略重點材料研發方向。鞍鋼面對高合金模具鋼領域制品大型化、精密化方向，基于“鑄坯組織數字化控制”和“低偏析技術”，形成模具鋼大板短流程生產技術，突破諸多技術瓶頸，實現立彎式連鑄高合金連鑄坯、大板穩定化生產，實現高碳當量模具產品組坯、全真空電子束焊接、低壓縮比軋制技術，使得采用連鑄坯為原料，大批量生產高質量、高穩定性、高合金超厚特鋼產品成為可能，實現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內外市場上取得的巨大成功，是鞍鋼工匠們在獨立自主、艱苦奮斗征途上的一個縮影。而這輝煌的背后離不開的是默默撐起鞍鋼高品質模具鋼大業的鞍鋼模具鋼團隊，更繞不過的是該團隊負責人，趙坦。11年前的夏天，28歲的趙坦在南京理工大學博士學位畢業后，拒絕了其他鋼企的高薪聘請，毅然選擇了鞍鋼，選擇回到自己故鄉，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域，這個鞍鋼當時無法生產的高難度鋼種，從此開啟了鞍鋼模具鋼的“傳奇篇章”。

　　2012年，為了優化產品結構，趙坦受命組建模具鋼項目組。組建初期，項目組成員通過走訪華東、華南等模具鋼集散量大的區域，經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，通過提供高質量的鋼板來獲得用戶的認可，后期再繼續進行其他產品的推廣。團隊專家李廣龍回憶說：“雖然SM45、SM50鋼化學成分簡單，但是用戶對鋼板的質量要求卻不簡單，對于厚度大于200mm的鋼板，要求保證Ⅰ級探傷，且訂單中厚度規格甚至在mm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厚以上碳素模具鋼板的企業寥寥無幾，鋼板切割加工更何況還要保證鋼板的Ⅰ級探傷，厚度在mm以上時，幾乎沒有鋼能夠生產。而鞍鋼連鑄坯的斷面為300mm，在生產此類厚度大、技術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，為用戶高質量的提供厚度在200mm以上、保證Ⅰ級探傷的碳素模具鋼板，無疑能夠大大提高用戶的認可度。為此，項目組經過論證，決定采用線mm厚以上的碳素模具鋼板，即采用兩個或多個連鑄坯疊在一起，作用軋制的原料生產厚規格的鋼板。

　　當時鞍鋼從烏克蘭引進了國內首套真空電子束復合焊機用于生產特厚鋼板，且前期已經在特厚普碳、低合金鋼板生產方面得到初步實施。然而，國際上尚沒有在高碳產品上應用成功的先例。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、低合金鋼真空復合的焊接工藝在焊接碳素模具鋼時完全不可行，焊接應力的累積，不僅產生大量焊接裂紋，且坯料之間未焊接處的縫隙會逐漸變大，后導致無法焊接，甚至會將先期已焊接處給“拉”開，而一些鋼種由于剩磁影響，焊接軌跡也不可控。趙坦回想起當時的情景說：“正是由于采用真空復合技術生產特厚碳素模具鋼板具有很大的難度，所以當時在國際上還沒有采用真空復合技術生產碳素模具鋼的報道，項目組也就沒有成熟的經驗可以借鑒，但是為了贏得市場，攻下這個技術是華山一條路，這信念支撐了項目團隊無數個再來一次，也鑄就了我們后的成功。”隨后的近兩個月時間，項目組扎在現場實地跟鋼，并會同真空電子束焊機技術人員，對焊接工藝進行討論、調整，根據連鑄坯焊接過程的變形特點，以及碳素模具鋼的物理特性，從零摸索形成了一套針對碳素模具鋼的真空電子束焊接工藝。在項目組的努力之下，厚度為600mm的SM45“真空復合連鑄坯”終于制成功。

　　軋制的原料制成功，下一步當然就是進行軋制，有了前期的經驗教訓，對于軋制過程項目組沒有急于冒進，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真空復合坯的尺寸以及現有工藝設情況，制定了專用于SM45復合坯的加熱、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，經檢驗，鋼板全板達到GB/T 2970Ⅰ級探傷標準。“通過實驗證明，采用真空復合技術生產優質的碳素模具鋼板確實是可行的，這對我們是的鼓舞。”趙坦自豪地說。

　　雖然技術路線是可行的，但是真正的考驗還沒有完全到來。眾所周知，在生產高碳當量的鋼種時，由于其韌性差，低溫環境下進行焊接、加工等過程時，容易產生裂紋，以SM45、SM50為代表的碳素模具鋼碳當量都較高，裂紋敏感性強，且鞍鋼地處中國北方，采用真空復合技術生產不可避免地要在低溫環境下進行焊接，輪試制成功時的季節恰逢2013年夏季，因此，并沒有受到低溫的考驗。而實際的情況也印證了項目組的猜測，2013年12月，模具鋼團隊發現在焊接完成的一塊SM45鋼復合坯焊縫處有裂紋，且裂紋不止一處，后續該坯料軋制后進行探傷，全板探傷都達不到標準，甚至有些位置直接就是分為兩塊鋼板。為了消除裂紋，焊接工藝必須再進行優化，于是，項目組再次進行了長達近兩個月的“蹲點”，對焊接工藝、焊接參數等進行逐一調整、驗證，終于在中國冷的三九天，成功制了無缺陷的SM45鋼真空復合坯，并形成了專門針對低溫環境下真空復合碳素模具鋼的工藝。經軋制，鋼板滿足GB/T 2970Ⅰ級探傷標準。至此，鞍鋼終于完全打通采用真空復合工藝生產特厚碳素模具鋼板的工藝過程。后續經試制，采用該工藝目前可以生產到厚度412mm的碳素模具鋼板，全板滿足GB/T 2970Ⅰ級探傷標準，打破了壓縮比的世界紀錄，極大提高了鞍鋼模具鋼大板生產的質量和水平，該技術終被鑒定為國際水平，鞍鋼模具鋼人用技術得到了用戶和市場的肯定。

　　“幸福都是奮斗出來的，要加班，一起來。”這是模具鋼團隊經常掛在嘴邊的線為代表的塑料模具鋼是市場需求的模具鋼品種，其使用同常規的普碳低合金產品不同，對于產品性能的整體均勻性要求極高，任何一個位置的硬度不均都會影響到模具制品的質量。2007年鞍鋼曾經開發過此產品，然而塑料模具鋼具有高碳高合金的成分特點，連鑄坯中心偏析這一困擾中厚板產品的老大難問題被進一步放大，由于心部偏析導致的“外軟內硬”問題難以解決，大量的質量異議讓這一項目一度擱置。當時用戶反應是“鞍鋼的產品鋸不動，鉆不進，影響效率，不好用，別人家是零起點，你們鞍鋼開發這個產品就是負起點。”

　　為了服務用戶，找準原因，提升產品質量，當時新組建的鞍鋼模具鋼產銷研團隊經常深入市場，走訪用戶，對標模具鋼企業，一次次調研，一輪輪研討，確定了解決難題的方向。為指導現場生產，必須在實驗室研預研出工藝，團隊年輕成員馮丹竹回憶起當時的情形，導師趙坦帶領研發團隊每天撲在實驗室里，由于隊伍的年輕化，他在科研的同時還需慈嚴并濟培養新生力量，雖然科研任務重，但趙坦以積極樂觀的心態從自身做起細微處關注團隊，也正是得益于隊伍的年輕化，大家朝氣蓬勃，充滿干勁兒。

　　說易行難，為了解決現場問題及偏析難題，團隊成員在實驗室進行多輪試制和系列熱處理。上百張鋼板的低倍檢驗，硬度測試，一個個洛氏硬度測試點如同模具鋼產研銷團隊的信念，整齊、堅定、不動搖。而到了現場生產的環節時，由于模具鋼高碳當量的品種固有屬性，導致了模具鋼品種取樣切割無法實現，必須依靠人工用砂輪機手動在模具鋼板表面上打磨出圓形的硬度檢驗區，并在圓形檢驗區進行硬度性能測試，鋼板切割加工而在鞍鋼模具鋼生產并不成熟的當時，這些生產檢驗工作都是由科研項目團隊親力親為。一張鋼板要在表面不同的位置手動磨出九個圓形檢驗區，每個檢驗區又需要測量五個硬度試點，這是一項體力勞動強度極大，工作環境極為惡劣的實驗工作，加之時間緊任務重，為了滿足客戶檢驗并完成按時交貨，趙坦帶頭沖鋒，團隊成員時常在熱軋模具鋼板沒有完全冷卻時沖上去，踩著尚未冷卻的高溫鋼板作業，就是靠著這種頑強的鋼鐵意志，趙坦和他的團隊成員，打了上萬個硬度測試點，完成了上千噸的模具鋼性能檢驗。

　　就是這樣一支團隊，他們以超人的意志力，戰勝鋼板高溫考驗，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一無所惜。他們平均每天要在這樣高溫粉塵的惡劣環境中工作八九個小時，汗水浸透了他們的工作服，但他們的身形卻依然堅定。

　　通過在實驗室的不斷嘗試，以及團隊在現場生產時對技術細節嚴格把關，國內首次開發形成模具鋼連鑄坯內部質量數字化識別技術及定量分析方法，用于全流程組織跟蹤優化控制。鋼板切割加工創造“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”塑料模具鋼穩定化、低成本、短流程核心控制技術，實現全系模具鋼大板產品的減量化生產。從煉鋼、板坯加熱、軋制、熱處理、性能檢驗等整個生產過程的每個環節筑起道道質量安全防線，終系列產品質量通過鑒定，達到國內水平。

　　我國模具鋼材料的發展受制于新型制技術的發展，滯后于模具產業技術的發展。傳統塑料模具鋼都由特殊鋼生產，采用“電爐+模鑄+鍛造”流程，并且配特殊的預硬化工藝裝，受制于鋼錠生產的不連續性，產品長周期質量穩定性較差;受制于鋼錠的凝固特性，產品的氣體含量、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雜，受制于多火次鍛造以及錠鍛材組織決定的長時間熱處理影響，此類產品的生產周期通常很長。

　　隨著普鋼產品的轉型升級、技術進步，模具鋼大板產品逐漸取代特鋼產品，此類產品采用“轉爐+連鑄+軋制”流程，具有產品質量穩定、可控性高，鋼質純凈以及綠色生產短流程、高效率等優勢，引發了模具鋼領域次里程碑式變革。然而該類技術在合金含量更高的高端產品方面長期躑躅不前。

　　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，要求也嚴的熱作模具鋼H13以及精密耐蝕模具鋼40Cr13，準再戰“不可能”，征服超寬幅高合金模具鋼大板生產技術又一“無人區”。

　　這類產品合金含量高達9%-15%，對于傳統轉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殼，經過扒渣工藝后合金損失大;轉爐出鋼后由于合金帶入產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，關鍵的采用普鋼連鑄設實現高碳當量(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。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H13這種對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。

　　“但是只有開發出這些技術和產品，鞍鋼的模具鋼才能算是真正的模具鋼，才能真正在行業里面占得一席之地。”鞍鋼的模具鋼人又一次投入了緊張的戰斗中，而這一戰就是5年。“改革創新，技術推進，除了需要勤于思考，敏于實踐，還需要敢于擔當的勇氣，出了問題要敢于面對，勇于解決。”趙坦的這句話已經成為模具鋼團隊的共識。“成分設計、熱處理工藝有沒有引進正交設計手段，低倍有沒有分析，全截面組織有沒有對比，掃描看沒看，透射做沒做，顯微硬度有沒有測試，技術效果有沒有全面分析。”團隊核心成員范劉群回憶趙坦細致、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。項目終被金屬學會鑒定為國際，用當時中科院金屬研究所的一位專家評價“你們的工作是的”。（葉舟）
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