0 前言

42Mn优质碳素结构钢，因其具有强度高、淬透性好、脱碳倾向小、价格低廉等特点，广泛用于制造各种截面的刀具、链条和切割皮革、纤维板的刀模具。

42Mn刀模用带钢生产工艺:热轧卷板宽带钢→分条→酸洗→冷轧→淬火、回火→加工成型刀模片→刀刃高频淬火→成品检验。但近一段时间以来，客户反映规格为2. 5 mm的刀模用带钢成品进行冷弯检测时出现了开裂问题。为了有效解决冷弯开裂问题，有必要对开裂试样进行系统分析，找出主要原因，并提出改进措施。

1 理化检测分析 1.1 化学成分分析

取冷弯开裂刀模带钢试样进行化学成分分析，结果见表 1。

1.2 金相分析

对冷弯开裂刀模带钢取样，用DMIRM型金相显微镜进行金相检验，按GB /T 10561—2005标准对其评级，评级情况为: A0. 5，B0. 5，C0，D0. 5(A为硫化物夹杂，B为氧化铝夹杂，C为硅酸盐夹杂，D为球状氧化物夹杂)。试样经4%硝酸酒精侵蚀后进行显微组织观察，其基体组织为回火屈氏体(见图 1)，带状组织为3. 0级(见图 2)。

1.3 硬度分析

在冷弯开裂刀模带钢上取样进行硬度检验，硬度值见表 2。

1.4 电镜分析

用QVANTA400扫描电镜观察断口夹杂物及断口形貌，见图 3。

2 分析讨论

从冷弯开裂刀模带钢试样检测结果来看，化学成分满足成品技术要求。经淬、回火后，基体组织为回火屈氏体，非金属夹杂物级别控制较好，但带状组织级别达到3. 0级。

从图 3断口形貌来看，断口形貌以准解理断口为主，属于脆性断口，断口处未发现夹杂物，可初步排除因晶粒内部非金属夹杂物造成开裂。

刀模带钢选用材质为42Mn，属于中碳钢，其中碳的质量分数为0. 38% ~ 0. 45%，锰的质量分数为0. 80% ~ 0. 95%。C，Mn含量相对较高，Mn元素会降低钢的A₃和A₁相变临界温度，在连铸过程中容易产生C － Mn成分偏析。Mn易与C结合，合金元素在钢液中不均匀分布会导致碳的不均匀分布。当树枝干富含铁成分较纯，而树枝间富含溶质Mn元素时，在铸坯冷却过程中，由奥氏体析出先共析铁素体时，铁素体将在含C较低的树枝上形核并长大，而富含C，Mn溶质的树枝间就会形成珠光体，产生带状组织。从检测分析来看，冷弯开裂刀模带钢试样的带状组织达到3. 0级，钢材中存在较严重带状组织会导致钢材显现出各向异性，带状垂直方向的机械性能相对较差。

成品刀模片的洛氏硬度要求为35 ~ 37 HRC。42Mn经淬火后，得到的马氏体组织为碳的过饱和并具有很高畸变能的非平衡组织，其硬度高，韧性差。在回火过程中随着回火温度的升高会发生马氏体的分解、残余奥氏体的转变、碳化物的转变、碳化物的聚集长大及α相的再结晶等组织转变。刀模片基体中的畸变能会发生释放，碳的活动能力也加强，马氏体组织会自发地向铁素体和渗碳体(碳化物)的稳定状态转变。从开裂刀模带钢试样洛氏硬度检测分析可知，出现开裂刀模片成品的洛氏硬度平均值为38. 5HRC，高于客户的技术要求。刀模片硬度高，韧性相对较差。刀模片进行冷弯检测时，在外界应力集中作用下易萌生裂纹源，最终导致刀模片开裂。

综合以上分析可知，带状组织严重和淬、回火后刀模片硬度偏高是造成42Mn刀模带钢开裂的主要原因。

3 工艺改进措施

根据分析结果，我们采取如下的工艺改进措施:

1) 钢水过热度控制在20 ~ 30℃。当钢水的浇注温度低时，可大量增加晶核，较早地阻止柱状晶生长，形成较大的等轴晶区，从而改善铸坯组织，减少偏析;

2) 合理控制拉速;

3) 合理控制二冷强度;

4) 采用动态轻压下;

5) 采用电磁搅拌。通过电磁力作用，使树枝晶破碎，其破碎片作为等轴晶核心长大，扩大等轴晶区，增加了铸坯心部中释放出来的潜能和过热量，减少了钢水凝固时的收缩量，从而较大程度地改善了偏析;

6) 适当延长板坯在炉时间，提高终轧温度，层流冷却采用前段集中冷却;

7)在不改变回火时间的前提下，将回火温度由380 ℃提高至410 ℃。

4 工艺改进后的检测结果

工艺改进后，刀模带钢开裂现象明显减少。对改进后未出现开裂的试样进行了金相和硬度分析。

4.1 金相分析

用DMIRM型金相显微镜对试样进行金相检验。按GB /T 10561—2005标准对其评级，评级情况为: A0. 5，B0. 5，C0，D0. 5(A为硫化物夹杂，B为氧化铝夹杂，C为硅酸盐夹杂，D为球状氧化物夹杂)。试样经4%硝酸酒精侵蚀后进行显微组织观察，其基体组织为回火屈氏体(见图 4)，带状组织为1. 5级(见图 5)。

4.2 硬度分析

对冷弯未开裂刀模带钢取样进行硬度检验，硬度值见表 3。由表 3可看出: 42Mn刀模带钢的带状组织由3. 0级降低至1. 5级，洛氏硬度由HRC38. 5降至HRC35. 7，达到了客户的要求。刀模带钢进行冷弯检测时未出现开裂现象。

5 结论

1) 带状组织严重及硬度偏高是造成42Mn刀模带钢冷弯开裂的主要原因。

2) 通过优化炼钢工艺和热轧工艺，有效地减少了42Mn的带状组织。

3) 对热处理工艺进行了优化，降低了刀体硬度，达到了客户的要求。

4) 经一系列工艺改进，42Mn刀模带钢冷弯开裂现象得到了明显改善