Numerical simulation of rapid cooling after solution heat treatment of a large cross-section hot work die steel bloom

Штамповая сталь для горячей штамповки большого сечения часто отправляется в брак из-за того, что микроструктура в сердцевине не соответствует стандарту NADCA # 207-2016. Однако заводы по производству специальной стали никогда не решались использовать воду в качестве охлаждающей среды, так как эта сталь чувствительна к образованию трещин, вызванных напряжением. В настоящем исследовании проведено конечно-элементное моделирование блюмов из сталей 4Cr5MoSiV1 и 4Cr5Mo2SiV во время быстрого охлаждения после термической обработки на твердый раствор. Показано, что кривые охлаждения в сердцевине блюмов имеют одинаковый характер. С увеличением толщины блюма скорость охлаждения в сердцевине уменьшается, в то время как разность температур сердцевины и поверхности увеличивается. Содержание мартенсита, бейнита и аустенита в сердцевине в блюме из стали 4Cr5Mo2SiV с толщиной поперечного сечения 150 – 650 мм относительно стабильно, а объемная доля мартенсита составляет 50 %. В отличие от этого объемная доля мартенсита в блюме из стали 4Cr5MoSiV1 толщиной 450 мм не достигает 50 %. Скорость охлаждения стали 4Cr5Mo2SiV выше, чем стали 4Cr5MoSiV1, но возникающие напряжения при той же толщине в стали 4Cr5Mo2SiV меньше. Значение теоретически предсказанной максимально допустимой толщины поперечного сечения блюмов из сталей 4Cr5MoSiV1 и 4Cr5Mo2SiV составляет ~ 450 мм и ~ 580 мм соответственно. Производственная проверка охлаждения водой после термической обработки блюма из стали 4Cr5Mo2SiV размерами 520 ´ 750 ´ 4000 мм показала, что качество продукции соответствует критериям приемки стандарта NADCA # 207-2016.