T8MN碳素工具钢

T8MN碳素工具钢的含碳量不能低于8%,在420~460℃温度范围内，其组织为无规则的层状碳化物，碳含量较高时，可在钢中发现析出碳化物。奥氏体组织中所含的碳以石墨为主。在T8MN碳素工具钢中，碳的析出对钢液成分稳定性影响很大，若钢液成分不稳定，则会引起大量细小缺陷。为解决这一问题，采用较好的化学成分和工艺措施。T8MN碳素工具钢中的碳以石墨为主，而碳素工具钢对奥氏体具有极强的抵抗能力及加工性能，是一种高强度工具钢。它采用渗碳和浇铸工艺来改善碳含量及组织类型来提高韧性和抗疲劳性。该钢种还具有低硫特性。

T8MN碳素工具钢

(1)控制表面粗糙度，即消除颗粒级表面粗糙度，以提高涂层质量。

由于T8MN碳素工具钢中碳的析出对成分稳定性影响很大，因此改善碳的析出效果主要取决于以下几个方面：控制碳化物尺寸：使用碳量大于0.1%的碳素工具钢时（或使用后1 h内),在铸态中出现较大颗粒状的碳化物。对粒状碳化物采用适当方式进行处理后，才能获得较好的涂层质量。在铸造阶段可采用水冷浇注方法制备晶粒细小、组织致密、尺寸小的层状析出碳化合物。降低晶粒细化程度使其能稳定在细小的颗粒状碳化物晶粒内（大于0.05μ m),然后再通过水冷浇注加工得到理想的层状钢件。控制钢液中碳水化合物的析出速度和总量：因为含碳量太高时会使涂层中碳水化合物析出过快引起粗大表面形貌偏差大（如锯齿形);因此提高钢液中单方碳水量对控制表层钢层粗大有重要作用。控制合金成分：在铸态中加入少量稳定合金元素如 Zn、 Sn (或Zn2)(Zn表示锰钢）等改善其化学成分。在铸态阶段加入少量稳定合金元素如 Cr (或 Cr (Ti)2)2-3,或增加合金元素量。

(2)控制表面层金属成分，防止晶粒细化。

表面层金属元素在钢中被控制是为了避免在凝固过程中晶粒细化，为了避免在晶粒细化过程中产生塑性变形，常用含合金元素包括奥氏体、铁素体、球团等。其中以奥氏体和铁素体元素控制效果最好。奥氏体中，碳主要存在于奥氏体晶界内及晶粒附近；而铁作为一种还原性合金化。在碳素工具钢中添加适量的铁可有效防止晶粒细化。为了控制钢中过高的铁含量，除采用不同的预处理方法外，还可采用适当的预处理方法包括：①减少钢液在炉内的停留时间，可采用加热温度在420~460℃之间；②通过改变钢液的成分（如碳含量）来调整钢中含合金钢量；③提高钢中的可溶性铬含量及铬(Cr)含量；④适当提高钢中的含氮量及含硫量。控制表面层金属元素可以防止淬透性变差，降低淬透性变差程度；降低熔点及减少回火速度；改善合金化阶段铁素体晶粒发育状况；可以减少合金钢含量并增加含钼化合物及硅化合物在炉内产生；有利于降低合金化阶段合金的氧化铁皮；有利于减少马氏体转变温度；同时抑制合金析出和生成铁素体转变温度。控制表面层金属元素对实现良好时效起着重要作用。

(3)控制钢中的碳化物在钢中晚碳含量，使其均匀分布在钢的基体上。

钢液经过渗碳处理后，由于渗入基体内的碳化物得到大量分布，使基体硬度增大，使钢中的磷有可能析出，从而提高了T8MN碳素工具钢组织的硬度和韧性。渗碳处理后的钢液硬度和韧性显著提高，尤其是其硬度。渗碳剂有多种类型、形式、成分和性能不同。渗碳剂可以分为三种类型: Si为 Mn和 SiO, Ga为 MnO。一、二、三种类型是：第一种类型是直接渗碳时，在回火温度下碳化物生成较少且均匀而富集；第二种类型是直接进行浇铸时，由于冷却速率较快的关系而造成碳在浇铸过程中碳化物向凝固晶界移动较大而析出。三、第四种类型是通过渗氮使钢液中的含碳量均匀地分布在基体上而造成质量事故；第五种种类是使T8MN碳素工具钢中的碳分布均匀且具有良好的加工性能。因此要采取多种办法提高钢中晚碳含量，并确保达到高硬度、高韧性和良好的热处理特性，使工艺更具有合理性。

(4)控制金属氧含量，改善钢结构的化学成分及组织类型，以减少碳化物形成。

在低氧环境下，可采用低氧浇铸的工艺。为了提高铸件的硬度和耐磨性，一般在400~460℃范围内，对钢液温度降低。如果在低氧条件下浇铸时出现表面氧化时，则在钢液温度降低时再加热2~3 min即可达到最佳工艺条件。同时使用低氧工艺时还可降低钢温度下氧化速率来减少表面氧化。采用低氧工艺时，若未考虑碳的生成问题，在碳化物含量较高时可考虑利用 TRA进行脱氧处理（一般情况下 TRA脱氧温度小于600℃）。这种脱氧处理是从 TRA中脱除空气、氧气残留物以及钢液中残留氧气起的，其目的是为了避免钢液中 C析出。因此通常使用低氧工艺。

(5)控制钢水中的杂质元素分布。

钢水中杂质元素分布的主要形式是钢中的硫、磷、氮等金属元素和少量的铜、锌、锰、镍等合金元素。因此要控制钢中对氧化物、硫的含量，控制好钢水中各种元素对工艺性能的影响，使其尽可能地稳定达标。钢中的杂质元素主要为 SiC (O)、 MnO (Si2)、 Ni (Ni)、 MnO (MnO)及杂质硫等对工艺性能具有影响。控制钢中氧化物与硫化物的含量可以减少对工艺性能的影响，控制氧含量也可减少硫含量对工艺性能的影响。在降低 SiC含量的同时控制好 MnO含量，使 SiC分布在钢水中形成均匀分布。钢水中杂质元素的含量与钢水的化学成分关系密切，控制好钢水中杂质元素含量的同时也要控制好钢水中各含量的比例关系，同时要控制好各种元素对工艺性能的影响。

(6)添加稀土永磁材料及添加剂来提高钢材硬度。

对低碳钢而言，添加稀土永磁材料或添加剂可提高其磁性能，同时也是提高钢材硬度的一个有效手段。通过在钢中添加稀土永磁材料来增加钢内部磁饱和度，减小内部各向异性，防止奥氏体形成并促进奥氏体向铁素体相转变。稀土永磁材料可与高合金作用，它可以在低碳钢或高碳钢与铁素体材料进行混合时在其表面形成金属保护膜或磁粉状结构。它还可以在一定程度上防止铁素体生成及铁素体聚集而降低硬度。添加稀土永磁材料或添加剂可改善钢材强度和结构性能。这种方法的主要优点在于可以改善钢材显微组织结构及细化奥氏体组织；同时显著提高其使用寿命。另外，添加稀土永磁材料或添加剂对钢材抗疲劳性能具有重要意义，在使用中能够有效地提高钢材性能和使用寿命。使用稀土永磁材料或添加剂具有明显的优点就是这些钢材具有极高寿命（可达30年以上）。