Nb对芯棒用H13钢偏析、液析碳化物及力学性能的影响

连轧管机用限动芯棒是无缝钢管连轧机组的重要热变形工具，其工作环境极为恶劣，需要在高温下承受很大的复杂应力并经受大的循环热应力。芯棒的主要失效形式是热磨损和热疲劳，因此，影响芯棒使用寿命的最关键性能是高温摩擦抗力和韧性，通常韧性的影响更重要。近年来，为进一步提高H13型热作模具钢的性能，以适应日益苛刻的服役条件，在H13钢的基础上进行成分优化，并取得了一定成效，如DIEVAR钢和QRO90钢。

　　Nb是一种对C有极高亲合力的元素，能形成十分稳定的碳化物，在合金钢中得到广泛的应用。目前含Nb的H13钢并未在生产中得到有效应用和推广，因为很多实验基于小尺寸试样，而生产实践中大尺寸H13钢锭凝固易产生缺陷。为此，本工作在H13基础上添加0.06%Nb（记为H13-Nb），研究Nb对大尺寸H13芯棒退火态偏析、组织、液析碳化物影响，进而研究Nb对H13钢横向韧性的影响规律，对大尺寸含Nb的 H13钢产品的实际生产和使用具有一定参考价值和指导意义。

　　实验材料为H13和H13-Nb芯棒，直径200mm，H13和H13-Nb的化学成分（除Nb元素外）都符合NADCA#207-2003成分标准。两种材料的冶炼工艺为真空感应炉+电渣重熔冶炼，后经过高温扩散、锻造和退火。

　　在芯棒的芯部、1/4直径、边部各取出3个标准V型缺口冲击试样（尺寸为10mm×10mm×55mm，缺口方向平行于纵向）和1个退火态金相试样（尺寸为10mm×10mm×15mm），冲击试样热处理工艺为750℃预热45min，1030℃保温30min后油淬，640℃保温2h回火2次。利用OM、SEM、EDS、EBSD、硬度测试及冲击韧性实验等分析手段，对比研究H13钢和H13-Nb钢芯棒偏析、液析碳化物、组织及力学性能。结果表明：

　　（1）H13-Nb中0.06%Nb加重了偏析，改变MC相液析碳化物的类型，由VC为主变成以（V，Nb）C为主，提高了MC相析出的温度，产生较多的液析碳化物。 

　　（2）H13-Nb退火态偏析造成钢的有效晶粒尺寸较大且分布不均匀，降低了H13-Nb芯棒的韧性。

　　（3）液析碳化物经过淬火、回火没有发生改变，H13-Nb中较多较大的液析碳化物对韧性也有较大的影响。

　　（4）大型芯棒H13和H13-Nb存在尺寸效应，从芯部到边部，偏析逐渐减轻，液析碳化物数量逐渐减少，冲击功也逐渐增大。