1. 实验材料与方法 1.1 实验材料
试验所用材料为某厂热作模具钢H13，化学成分如表1所示。试件采用线切割加工方式，试件尺寸为φ8 mm×15 mm圆柱体。
1.2 实验方法
在-2000热模拟机上进行高温压缩实验，模拟钢材在轧制过程中的变形行为。变形速率设定为1.0 s−1，变形温度分别设定为950、1000、1050、1100、1150 ℃。首先将试样以5 ℃/s的升温速率加热至1200 ℃，保温5 min，然后以20 ℃/s的速率冷却至变形温度，保温30 s后开始压缩变形，变形后立即淬火冷却。热处理工艺流程如图1所示。
2 实验结果与讨论 2.1 应力-应变曲线
实验测得的不同变形温度条件下H13钢的高温真应力-真应变曲线如图2所示。
从曲线可以看出，在变形初期，应力急剧增加，超过某一极值后，应力先减小，然后趋于一恒定值；在变形速率和变形程度相同的条件下，随着变形温度的升高，变形抗力减小。
2.2金属高温变形行为机制
高于再结晶温度的变形温度称为热加工。在热变形过程中，金属发生动态回复、动态再结晶和应变诱导沉淀物的动态析出。变形温度、变形速率和变形程度是影响钢高温变形行为的主要外界因素[6]。在高温变形过程中，钢的变形抗力受到加工硬化和组织软化的双重影响。钢的塑性变形是通过位错运动来完成的，随着变形程度的增加，位错密度不断增加，导致加工硬化不断增加。钢组织软化的机制有两种：（1）动态回复。动态回复的本质是部分位错的重新排列和消失。当位错密度增加到一定程度时，部分位错通过滑移等运动重新排列或消失，就会发生动态回复。当变形量增加到一定程度时，应力会逐渐降到线性增长规律以下，这就是热变形过程中动态回复引起的。 （2）动态再结晶。随着变形程度的继续增加，动态回复不足以抵消新的位错。当位错密度增加到某一极值时，积累的能量将驱使奥氏体发生动态再结晶，新晶粒开始形核和长大。加工硬化贯穿于整个高温变形过程。同时，动态回复和动态再结晶也随着变形不断发展。当加工硬化与动态回复和动态再结晶引起的软化达到动态平衡时，变形抗力将趋向于某一恒定值[7]。
结合图2中真应力-真应变曲线，进一步分析可知，在变形开始时发生加工硬化，变形抗力急剧增加。随着变形的继续，会发生动态回复软化，导致变形抗力增长速度减缓。随着变形的继续，会发生动态再结晶软化，变形抗力略有下降。随着变形的继续，在硬化和软化机制的共同作用下，应力-应变曲线趋近于水平状态。随着变形温度的升高，金属原子热振动加剧，原子扩散能力提高，滑移抗力降低，位错更容易通过滑移等方式移动。奥氏体的形核速率和长大速率增大，有利于动态回复和动态再结晶软化过程的发生，导致变形抗力下降。
3.轧制工艺研究
影响H13钢高温变形抗力的外界因素主要有轧制温度、轧制速度、压下量等。试验研究表明，选择较高的轧制温度可以降低变形抗力。高温变形过程中产生的奥氏体组织会影响随后冷却过程中的组织转变。工业生产中要同时考虑轧机负荷、能耗、初始奥氏体晶粒尺寸等因素，选择合适的工艺参数，优化动态再结晶过程，使产品获得优良的组织和性能。
3.1 流程路径
热作模具钢H13采用电炉模铸、一火轧制工艺生产，具体生产流程为：高炉铁水→50t电炉冶炼→LF精炼→VD真空脱气→3.16t模铸锭→均热炉加热→1150粗轧机轧制→连轧机轧制→保温坑缓冷→退火→精整→检验→包装入库。钢锭规格尺寸见表2。
3.2 加热
采用温装工艺，将模铸锭脱模后装入炉内，要求锭温≥400℃。加热采用上部四角烧嘴换热式均热炉，炉热由安装在炉坑上部四角附近的套筒烧嘴喷入煤气，与热风管出来的热风混合燃烧而获得。装炉时锭大端朝上，不允许将锭靠在烧嘴壁上，锭各部位应均匀燃烧钢材的轧制，并定期翻转。加热工艺曲线如图3所示。
3.3 轧制和绝缘
压铸锭经过粗轧机11道次粗轧后，进入连轧机轧制，产品规格为φ100mm，粗轧工艺见表3。轧制前关闭高压水除鳞系统，调整轧机冷却水强度，避免轧制过程中钢材局部冷却钢材的轧制，产生裂纹。开轧温度保证≥1100℃，终轧温度≥900℃。轧制结束后，钢材迅速下线放入保温坑保温，保温坑内垫红钢，要求进入保温坑温度≥550℃，离开保温坑温度≤200℃，保温时间大于48h。
4。结论
（1）在变形速率和变形程度一定的条件下，变形温度在950~1150℃范围内时，H13钢的变形抗力随温度的升高而减小。
(2)在变形速率和变形温度一定的条件下，H13钢的变形抗力随变形量的增加先急剧增加，随后增长速率变慢，最后应力-应变曲线趋于水平。
（3）工业生产过程中通过合理设计加热制度、轧制温度、轧制程序等工艺参数，可实现一火轧制生产H13钢锭，节省能耗，降低生产成本。
