H13的材质是什么？(碳素钢在冶炼和轧制过程中有什么缺陷？)
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H13的材质是什么？ ♂
H13(4Cr5MoV1Si)是一种摸具钢,目前应用较广泛的材料，据介绍，国外80％的型腔均采用H13，在美国，热作模具钢分为三种：铬热作模具钢、钨热作模具钢和钼热作模具钢，全部以H命名，分别为H10～H19,H21H26,和H42、H43，热作模具钢的含碳量为中碳含量（0.35～0.45％），另含Cr、W、M0和V合金元素，合金含量在6～25％范围，H13钢属于第一种，其含碳量在0.5％以下，按淬火钢硬度与含碳量关系曲线[2]可知，其最大淬火硬度在55HRC左右。
钢的含Cr量为5％左右，它和其他碳化物形成元素一起提供给钢具有较高的淬透性和好的抗软化能力，所以该钢在空冷条件下能够淬硬，在6barN2气体真空处理条件下可淬透直径为160mm[3]，但铬的加入会增加碳化物的不均匀程度，致使钢中会出现亚稳定的共晶碳化物，这种碳化物现在国内一般可用高碳铬轴承钢相关标准予以评定[4,7]，铬含量的提高有利于增加材料的热强度，但对韧度不利，材料中增加钼和钨，有人提出[5]，（1/2W+M0）的量至1％以上时，会使材料500℃以上进行回火时仍获得较高硬度，并具有二次硬化能力，H13钢的二次硬化能力不很明显，可参见资料[1]，提高V的含量，如V的量由0.4％（SKD6,相当于H11）提高至1%，使H13钢（SKD61）的热强度和热稳定性提高了，同时V也增加水冲洗抗力，实际上是提高水浸侵蚀磨损抗力（erosivewear）[6]，另外，钢中加入W、M0、V、Nb等形成M6C和MC型碳化物的元素，能对奥氏体晶粒细化，也使溶入奥氏体后在回火过程中产生二次硬化效果，对Cr的加入形成的碳化物为，M23C-6型，其在1100℃奥氏体化时基本上溶解完了，（全部溶入奥氏体的温度是1160℃），这将决定H13钢的最佳奥氏体化温度处于1020～1080℃范围内。
[4]，H13钢对硫磷含量限制在0.030以下，实际上，硫的质量分数。
碳素钢在冶炼和轧制过程中有什么缺陷？ ♂
碳素钢在冶炼和轧制（锻造）加工过程中，由于设备、工艺和操作等原因造成钢的欠缺，主要包括结疤、裂纹、缩孔残余、分层、白点、偏析、非金属夹杂、疏松和带状组织等，一、结疤，钢材表面未与基体焊合的金属或非金属疤块，有的部分与基体相连，呈舌状；有的与基体不连接，呈鳞片状，后者有时在加工时脱落，形成凹坑，炼钢（浇铸）造成的结疤，疤下一般有肉眼可见的非金属夹杂，轧钢造成的结疤一般称“轧疤”，疤下一般仅有氧化铁皮，炼钢（浇铸）造成结疤的主要原因有：，(1）上铸锭未采取防溅措施或下铸锭开铸过猛造成飞溅结疤。
(2）下铸锭保护渣性能不佳或模子不清洁、不干燥，造成钢锭（连铸坯）表面或皮下夹杂、气泡和重皮，(3）模壁严重缺陷或铸温过高造成凸疤和粘模，经轧制或锻压加工演变为结疤，轧钢方面造成结疤的原因有：，(1）成品前某道（架）轧辊或导卫装置缺陷或操作不当造成轧件凸包、耳子、划疤，经再轧形成结疤，(2）钢坯火焰清理清痕过陡或残渣未除净，外物落在钢坯上被轧成结疤，结疤缺陷直接影响钢材外观质量和力学性能。
在成品钢材上不允许结疤存在，对结疤部位可进行磨修，磨修后钢材尺寸应符合标准规定，为了减少和消除结疤，一是炼钢、轧钢要改进有关工艺和操作，二是对钢坯表面缺陷部位进行重点清理或全面扒皮清理，二、裂纹，按裂纹形状和形成原因有多种名称，如拉裂、横裂、裂缝、裂纹、发纹、炸裂（响裂）、脆裂（矫裂）、轧裂和剪裂等，从炼钢、轧钢到钢材深加工几乎每道工序都有造成裂纹的因素，(1）炼钢方面，钢中硫、磷含量高，钢的强度、塑性低；铸锭浇铸（模铸、连铸）温度过高，浇铸速度过快，铸流不正；钢锭模、结晶器设计不合理；冷却强度不足或冷却不均，造成激冷层薄或局部应力过大；钢锭模有严重缺陷或保温帽安装不良造成钢锭凝固过程悬挂；保护渣性能不佳，模子潮和各种浇铸操作不良都能造成钢锭表面质量不佳，在钢材上形成裂纹，(2）轧钢（锻造）方面，钢锭、钢坯加热温度不均或过烧造成裂纹；高碳钢加热或冷却过快，火焰清理或火焰切割钢材温度过低造成炸裂；钢材矫直应力过大，矫直次数过多而又未进行适当热处理时易产生矫裂；冷拔管、线钢料热处理不良或过酸洗造成裂纹；钢件在蓝脆区剪切易剪裂；焊接工艺不当造成焊缝或热影响区裂纹。
裂纹直接影响钢材的力学性能和耐腐蚀性能，成品钢材不允许裂纹存在，对于裂纹可以进行磨修，磨修后钢材尺寸应符合标准规定，为了防止或减少钢材裂纹，一是要改进炼钢、轧钢和钢材深加工及有关工序工艺操作；二是对钢坯缺陷部位要进行重点清理，对重要用途钢坯可以进行扒皮处理，三、缩孔残余，钢水凝固过程中，由于体积收缩，在钢锭或连铸坯心部未能得到充分填充而形成的管状或分散孔洞，在热加工前，因为切头量过小或缩孔较深，造成切除不尽，其残留部分称为缩孔残余，缩孔残余分布在钢锭上部中心处，并与钢锭顶部贯通的叫一次缩孔，由于设计的钢锭模细长或上小下大，在浇铸凝固过程中，钢锭截口以下锭中心仍有未凝固的钢水，凝固后期不能充分填充，形成的孔洞叫二次缩孔。
一次缩孔和二次缩孔有本质差别，前者只出现在钢锭头部，后者在钢锭上、中、下部位都有可能出现，一次缩孔酸洗试片中心区域呈不规则的折皱裂缝或空洞，在其上或附近常伴有严重的夹渣、成分偏析和疏松，二次缩孔孔洞中或附近没有夹渣，但有偏析生成碳物，一次缩孔残余和空气贯通的二次缩孔在轧制（锻造）过程中不能焊合，与空气隔绝的二次缩孔和连铸坯缩孔在轧制时一般能够焊合，不影响钢材使用性能，缩孔残余严重地破坏钢材的连续性，是钢材不允许存在的缺陷，轧制（锻造）时必然在钢坯上产生裂纹，为了防止缩孔的产生，要求正确设计钢锭模和保温帽尺寸，并采用性能优良的保护渣、保温剂（发热剂）和绝热板，把缩孔控制在钢锭头部，以保证在开坯时切掉，控制浇铸速度不要太快，温度不要过高可以防止缩孔产生。
四、分层，钢材基体上出现的互不结合的两层结构，分层一般都平行于压力加工表面，在纵、横向断面低倍试片上均有黑线，分层严重时有裂缝发生，在裂缝中往往有氧化铁、非金属夹杂和严重的偏析物质，镇静钢钢锭的缩孔和沸腾钢锭的气囊及尾孔经轧制（锻造）不能焊合产生分层，钢中大型夹杂和严重成分偏析也能产生分层，分层是钢材中不允许存在的缺陷，严重影响钢材的使用，防止分层缺陷的措施有：，(1）炼钢方面，要净化钢质，减少偏析、缩孔、气囊和大型非金属夹杂，防止连铸坯产生中间裂纹。
(2）轧钢方面，在钢锭加热时要严防内裂，初轧坯要切净缩孔和尾孔，五、白点，在钢材纵、横断面酸浸试片上，出现的不同长度无规则的发纹，它在横向低倍试片上呈放射状、同心圆或不规则分布，多距钢件中心或与表面有一定距离，型钢在横向或纵向断口上，呈圆形或椭圆形白亮点，直径一般为3～10mm，板钢在纵向、横向断口上白点特征不明显，而在z向断口上呈现长条状或椭圆状白色斑点，采用断口检查白点时，最好把试样先进行淬火和调质处理。
钢坯上出现白点，经压力加工后可变形或延伸，压下率较大时也能焊合，白点缺陷对钢材力学性能（韧性和塑性）影响很大，当白点平面垂直方向受应力作用时，会导致钢件突然断裂，因此，钢材不允许白点存在，白点产生的原因，一般认为是钢中氢含量偏高和组织应力共同作用的结果，奥氏体中溶解的氢，在冷却相变过程中，其溶解度显著降低，所析出的氢原子聚集在钢材微孔中或晶间偏析区或夹杂物周围，结合成氢分子，产生巨大局部压力，当这种压力与相变组织应力相结合超过钢的强度时，则产生裂纹，形成白点，白点多在高碳钢，马氏体钢和贝氏体钢中出现，奥氏体钢和低碳铁素体钢一般不出现白点，消除白点的措施主要是改进冶炼操作，采用真空处理，降低钢水氢含量和采用钢坯（钢材）缓冷工艺。
六、偏析，钢材成分的严重不均匀，这种现象不仅包括常见的元素（如碳、锰、硅、硫、磷）分布的不均匀性，还包括气体和非金属夹杂分布的不均匀性，偏析产生的原因是钢水在凝固过程中，由于选分结晶造成的，首先结晶出来的晶核纯度较高，杂质遗留在后结晶的钢水中，因此，结晶前沿的钢水为碳、硫、磷等杂质富集，随着温度降低，杂质凝固在树枝晶间，或形成不同程度的偏析带。
此外，随着温度降低，气体在钢水中溶解度下降，在结晶前沿析出并形成气泡上浮，富集杂质的钢水沿上山轨迹形成条状偏析带，由于偏析在钢锭上出现部位不同和在低倍试片上表现出形式各异，偏析可分为方形偏析、“V”、“^”形偏析、点状偏析、中心偏析和晶间偏析等，另外，脱氧合金化工艺操作不当，可以造成严重的成分不均，保护渣卷入到钢水中造成局部增碳，这些因素使钢材产生偏析的程度往往超过由于选分结晶造成的偏析，偏析影响钢材的力学性能和耐蚀性能，严重偏析可能造成钢材脆断，冷加工时还会损坏机械，故超过允许级别的偏析是不允许存在的。
偏析程度往往与锭型、钢种、冶炼操作和浇铸条件有关，合金元素、杂质和气体的偏析，随浇铸温度升高和浇铸速度加快，偏析程度愈严重，连铸钢采用电磁搅拌可以减轻偏析程度，另外，增加钢水洁净度是减轻偏析的重要措施，七、非金属夹杂，钢中含有与基体金属成分不同的非金属物质，它破坏了金属基体的连续性和各向同性性能，按非金属夹杂的来源可分为内生夹杂、外来夹杂及两者混合物。
（1）内生夹杂是由脱氧和结晶时进行的各种物理化学反应形成的，主要是钢中氧、硫、氮同其他成分间的反应产物，如Al2O3等，内生夹杂的特点是颗粒小，在钢内分布均匀，它与脱氧方法和化学成分有密切关系，(2)外来夹杂是指钢中混入耐火材料、炉渣、钢包渣和模内保护渣等外来物质，外来夹杂的特点是尺寸大，成分结构复杂，分布不规则，具有很大的偶然性，空气对钢水的二次氧化会形成外来夹杂，在炼钢过程中，外来夹杂与内生夹杂往往会形成两者的混合物，具有两者的共同特点，使检验者难以分辨其来源，非金属夹杂按颗粒大小可分为亚显微、显微和大颗粒夹杂三种，其颗粒尺寸分别为，100m。
大颗粒夹杂往往出现在钢锭沉淀晶区和皮下位置，连铸钢上弧区有时也发现大颗粒夹杂，按非金属夹杂本身性质，可以分为塑性夹杂和脆性夹杂两种，(1）塑性夹杂在热加工过程中，随金属一起发生变形，如MnS；而脆性夹杂，随热加工金属的变彤发生破碎，如Al2O3，当非金属夹杂熔点特别高时，在钢中一生成就以固态形式存在，这类非金属夹杂物在热加工时既不变形，也不破碎，保持其原来形状，如TiN，对于熔点很低的夹杂，从最后结晶母液中排除，此时多沿初生奥氏体晶界呈网状薄膜析出，如FeS，钢中非金属夹杂对钢材的强度、伸长率、韧性和疲劳强度有不同程度的影响，按使用要求，根据中国国家非金属夹杂标准评定钢材夹杂级别，钢材中不允许存在严重危害钢材性能的大颗粒夹杂，保证出钢和浇铸系统清洁，采用吹氩、渣洗、喷粉、真空处理等炉外精炼措施及保护浇铸措施，可以减少钢中非金属夹杂。
八、疏松，钢材截面热酸蚀试片上组织不致密的现象，在钢材横断面热酸蚀试片上，存在许多孔隙和小黑点子，呈现组织不致密现象，当这些孔隙和小黑点子分布在整个试片上时叫一股疏松，集中分布在中心的叫做中心疏松，在纵向热酸蚀试片上，疏松表现为不同长度的条纹，但仔细观察或用8～10倍放大镜观察，条纹没有深度，用扫描电子显微镜观察孔隙或条纹，可以发现树枝晶末梢有金属结晶的自由表面特征，疏松的成因与钢水冷凝收缩和选分结晶有关，钢水在结晶时，先结晶的树枝晶晶轴比较纯净，而枝晶问富集偏析元素、气体、非金属夹杂和少量未凝固的钢水，最后凝固时，不能够全部充满枝晶间，因而形成一些细小微孔，钢材在热加工过程中，疏松可大大改善，但当钢锭疏松严重时，压缩比不足或孔型设计不当时，热加工后疏松还会存在，严重的疏松视为钢材缺陷，当疏松严重时，钢材的力学性能会受到一定影响。
但根据钢材使用要求，可以按标准图片评定钢材疏松级别，采用提高钢水纯净度、加快冷却速度、连铸用电磁搅拌和减少枝晶等措施，可以减少疏松，九、带状组织，热加工后的低碳结构钢，其显微组织铁素体和珠光体沿轧向平行排列，呈带状分布，形成钢材带状组织，带状组织形成的机制一般有3种：，(1）通常，在低碳钢中，当树枝晶间富集磷、硫等杂质，钢材经热加工后，非金属夹杂被拉长。
如硫化物，而奥氏体在冷却过程中先共析铁素体沿硫化物夹杂形核和长大，形成铁素体条带，同时，铁素体形成时向铁素体条带两侧排碳，也形成了珠光体条带，(2）当低碳钢中含锰较高时，先凝固的树枝晶晶干成分较纯，形成铁素体条带，而枝晶间含锰、碳、硫、磷等杂质，而且铁素体条带也向枝晶间排碳，形成珠光体条带，(3）当热加工终轧温度较低时，在双相区轧制也能形成带状组织，带状组织实质上是钢材组织不均匀的一种表现，影响钢材性能，产生备向异性。
带状组织降低钢材塑性、冲击韧性和断面收缩率，特别是对横向力学性能影响较大，根据钢材的使用要求，可以按中国国家带状组织评级标准图片来评定钢材带状组织的级别，降低钢中夹杂和树枝晶成分偏析是减轻钢中带状组织的主要措施，注意事项：，碳素钢淬火时通常采用水冷，但对小尺寸的中碳钢，尤其是直径为812mm的45号钢淬火时容易产生裂纹，这是一个较为复杂的问题，采取的措施是淬火时试样在水中快速搅动，或者采用油冷，可避免出现裂纹，，裸装，国产钢按钢号在端部进行涂色，详见GB/T699-88标准规定。
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