連軋管機用限動芯棒是無縫鋼管限動連軋機組的重要熱變形工具和耗材,其工作環(huán)境極為惡劣,需要在高溫下承受很大的復雜應力并經受大的循環(huán)熱應力。在正常使用過程中,芯棒的主要失效形式是熱疲勞裂紋和斷裂失效,因此,影響芯棒使用壽命的最關鍵性能是抗熱疲勞性和沖擊韌性。根據芯棒工作環(huán)境及性能要求,國內外芯棒所用材料一般采用H13鋼,其具有優(yōu)良的綜合性能。本文為進一步提高芯棒用H13型鋼的性能,以適應日益苛刻的服役條件,針對芯棒常見的失效形式和性能要求,在H13基礎上,添加微量Nb提高熱強性和優(yōu)化合金成分提高韌性,分別研制H13-Nb和H13-L 利用OM, SEM, EDS, EBSD, TEM,硬度測試,沖擊韌性實驗和拉伸實驗等分析手段,對比研究H13-Nb、H13和H13-L三種芯棒退火態(tài)、淬火態(tài)和回火態(tài)組織、液析碳化物、偏析,硬度及力學性能差異。結果表明： (1)H13-Nb、H13、H13-L芯棒經過相同冶煉條件生產和高溫擴散、鍛造和退火工藝。H13退火態(tài)組織帶狀偏析基本消除。與標準H13鋼相比,H13-Nb中0.06%Nb加重了偏析,使MC液析碳化物類型由以VC為主變成以(V,Nb)C為主,并使液析碳化物數(shù)量增加,即形成嚴重碳化物帶狀偏析。H13-L中降低Si,促使形成網狀連接帶狀偏析,優(yōu)化V成分大大地降低了MC型液析碳化物。 (2)結合實驗測定出三種芯棒的淬火溫度-硬度、淬火溫度-晶粒度曲線和回火溫度-硬度曲線規(guī)律以及芯棒在實際使用中的性能要求,三種芯棒使用最佳熱處理為1030℃淬火,640℃回火2次回火。 (3)退火態(tài)H13-Nb的嚴重碳化物帶狀偏析組織,在淬、回火后表現(xiàn)為有效晶粒尺寸較大且不均勻,其較多的液析碳化物未減少,導致韌性較低和塑性較低。H13-L的帶狀偏析經過淬、回火后,回火組織較為均勻；