CN115786816B - 一种可控共晶碳化物高强高韧冷作模具钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种可控共晶碳化物高强高韧冷作模具钢及其制备方法，属于模具钢技术领域。其化学成分及质量百分含量为：C：0.6～0.7%；Si：0.5～0.7%；Mn≤0.3%；P≤0.010%；S≤0.010%；Cr：5.6～6.4%；Mo：1.5～2.0%；V：1.0～1.5%；Nb：0.6～0.9%；La：0.01～0.04%；Ce：0.02～0.05%；Y：0.03～0.08%，余量为铁和不可避免的杂质元素。其生产方法包括中频感应炉冶炼、保护气氛电渣炉二次精炼、锻造或轧制、超细化、退火、热处理或深冷处理工序。本发明通过成分及生产工艺的结合，模具钢组织内的共晶碳化物可控，大幅度提高了钢的强度及韧性。
Description
技术领域
本发明属于模具钢技术领域，具体涉及一种可控共晶碳化物高强高韧冷作模具钢及其制备方法。
背景技术
冷作模具是模具的重要组成部分之一，广泛应用于汽车、家电、机电、建筑、交通等各个领域。冷作模具钢是制作冷作模具的基础材料，直接关系到冷作模具质量的好坏。冷作模具钢在工作中承受着交变的冲击载荷，极易因韧性不够而发生断裂和崩刃。目前，较为通用的冷作模具钢主要是以Cr12MoV为代表的Cr12系冷作模具钢，这类冷作模具钢硬度高、耐磨性好，但是由于其C含量高达1.5wt%以上，Cr、Mo、V含量达到12wt%以上，在铸态组织中形成了大量C、(Cr、Mo、V)的共晶碳化物，且由于溶解度的限制不能通过热处理的手段进行消除，只能通过热加工的形式改变共晶碳化物形态及分布，导致模具在使用过程容易在共晶碳化物尖角处产生微裂纹，从而使模具发生断裂、崩刃失效。为提高模具的韧性，降低模具发生断裂、崩刃失效的风险，以DC53钢（Cr8Mo2SiV）为代表的Cr8系冷作模具钢在Cr12系冷作模具钢的基础上，将C含量降低到约1wt%附近，Cr、Mo、V含量降低到10wt%附近，使经过热加工及热处理后组织中的共晶碳化物大量减少，在一定程度上提高了钢的韧性，但是Cr8系冷作模具钢组织中存在的少量共晶碳化物仍然会在模具服役过程中成为裂纹源，造成模具的过早失效。同时，随着被加工材料强度的不断提高，模具结构愈发复杂，原有模具钢的强度也逐渐难以满足需求，新型高强高韧冷作模具钢的出现迫在眉睫。
因此，对冷作模具钢的成分体系进行重新设计，选择合适的强化元素以提高模具钢的强度，同时对形成共晶碳化物的C及合金元素进行精准控制，使其组织内影响韧性的共晶碳化物变成可控的状态，以提高其韧性，从而适应不断提高的性能需求，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明提供一种可控共晶碳化物高强高韧冷作模具钢及其制备方法，基于大量的研究工作基础，确定了得到以镧铈钇铌强化的可控共晶碳化物高强高韧冷作模具钢的成分配比及生产控制要点。
本发明的目的可采用如下技术方案来实现：
本发明在Cr12系、Cr8系冷作模具钢的基础上，重新设计了成分体系，添加了系列强化元素，降低了C及主要合金元素的含量，从成分的角度控制共晶碳化物，提高钢的强度及韧性。Cr12系、Cr8系冷作模具钢组织中共晶碳化物难以消除的主要原因是C及合金含量过高，即使在接近固相线的温度下，共晶碳化物仍难完全溶于基体。首先，本发明在Cr8系冷作模具钢的基础上，进一步降低C及主要合金元素的含量，使其凝固过程中形成的共晶碳化物具备在高温下回溶的能力；同时对C/主要合金元素配比以及主要合金元素内部配比进行优化设计，使其与C形成的共晶碳化物在热加工时更容易破碎，同时更容易回溶于基体。其次，添加了系列强化元素，一方面进一步优化共晶反应生成的共晶碳化物的形态；另一方面弥补因C及主要合金元素含量降低造成的硬化能力不足的缺点，进一步提高钢的硬度及耐磨性。
具体为：（1）设计最佳的C含量范围0.6-0.7%，为共晶碳化物在高温下的回溶奠定基础，同时使C在固相线附近有较高的固溶度以保持较高的强度和耐磨性；添加强化元素Nb以弥补C含量降低导致的强度的下降，为了控制共晶碳化物类型，使其更容易回溶，C/主要合金元素（Cr+Mo+V+Nb）质量比控制在0.06＜C/（Cr+Mo+V+Nb）＜0.075。（2）为了使热加工时共晶碳化物更容易破碎，控制主要合金元素Cr/（Mo+V+Nb）的质量比在1.4＜Cr/（Mo+V+Nb）＜1.8。（3）添加稀土强化元素镧（La）、铈（Ce）、钇（Y），以进一步改善共晶反应生成的共晶碳化物的形貌，同时提高钢的强韧性，控制La+Ce+Y的含量在0.08%≤（La+Ce+Y）≤0.14%。
本发明冷作模具钢的化学成分组成及质量百分含量如下：C：0.6～0.7%；Si：0.5～0.7%；Mn≤0.3%；P≤0.010%；S≤0.010%；Cr：5.6～6.4%；Mo：1.5～2.0%；V：1.0～1.5%；Nb：0.6～0.9%；La：0.01～0.04%；Ce：0.02～0.05%；Y：0.03～0.08%，余量为铁和不可避免的杂质元素。
其中，C、Cr 、Mo、V、Nb元素的质量百分含量满足关系式：
0.06＜C/（Cr+Mo+V+Nb）＜0.075，1.4＜Cr/（Mo+V+Nb）＜1.8；
La、Ce、Y元素的质量百分含量满足关系式：0.08%≤（La+Ce+Y）≤0.14%。
上述各元素的作用及配比依据如下：
C：冷作模具钢为保证钢的强度和耐磨性，一般其C含量都比较高，一方面是因为C是强有力的固溶强化元素，一方面是其可以与各类合金元素形成碳化物，增强钢的耐磨性；但是C含量过高钢在凝固过程中会发生共晶反应，生成粗大的共晶碳化物，显著降低钢的韧性。本发明将C含量控制在0.6-0.7%，在保证钢的强度和耐磨性的基础上，有效控制共晶反应生成的共晶碳化物的大小和数量，为后期共晶碳化物的回溶奠定基础。由于C主要是与钢中的主要合金元素Cr、Mo、V、Nb结合形成共晶碳化物，经过多次模拟及实验论证，将C/（Cr+Mo+V+Nb）质量比控制在0.06＜C/（Cr+Mo+V+Nb）＜0.075时，共晶反应生成的共晶碳化物尺寸更小，同时更有利于高温下共晶碳化物的回溶。
Cr、Mo、V、Nb：Cr是相对廉价的合金元素，几乎所有的工模具钢中都含有一定量的Cr元素，Cr可以明显提高钢的淬透性，与C结合生成（Fe、Cr）7C3、（Fe、Cr）23C6型碳化物从而提高钢的强度和耐磨性，但是Cr含量过高会生成大量的共晶碳化物，强烈降低钢的韧性，将Cr控制在5.6-6.4%。Mo、V、Nb都能够显著细化晶粒，提高钢的强韧性，作为强碳化物形成元素，在钢中与C结合生成Mo2C、VC、NbC型碳化物，Mo2C、VC、NbC型碳化物可以有效阻挡晶粒长大并起到二次硬化的作用，同时由于其颗粒尺寸小，而不会对钢的韧性产生明显的影响。值得注意的是，NbC具有比VC更高的硬度，Nb的加入更有利于提高钢的硬度和耐磨性。在钢中含Cr时，一部分Mo、V、Nb会与Fe、Cr共同与C结合生成（Fe、Cr、Mo、V、Nb）7C3、（Fe、Cr、Mo、V、Nb）23C6型碳化物。共晶碳化物主要以（Fe、Cr、Mo、V、Nb）23C6型碳化物的形式存在，Cr、Mo、V、Nb元素之间的比例会影响高温状态下（Fe、Cr、Mo、V、Nb）23C6型碳化物的强度，进而影响热加工时共晶碳化物破碎的难易程度。经过多次模拟及实验论证，将Mo含量控制在1.5-2.0%，V含量控制在1.0-1.5%，Nb含量控制在0.6-0.9%，同时，将Cr/（Mo+V+Nb）的质量比控制在1.4＜Cr/（Mo+V+Nb）＜1.8，在热加工时，共晶碳化物相对更加容易破碎。
Si：Si能够提高钢的淬透性，同时具有较强的固溶强化的效果，但含量过高时会促使钢中带状组织的形成，造成各向异性，因此控制Si含量在0.5-0.7%。
Mn：Mn可以细化显微组织，提高淬透性，但含量过高会降低钢的抗腐蚀能力及焊接性能，同时Mn也可以与C结合形成M23C6型碳化物，不利于共晶碳化物的控制，因此控制Mn含量≤0.3%。
La、Ce、Y：微量稀土元素的加入可以减小共晶反应生成的共晶碳化物的尺寸，同时有利于改善共晶碳化物的网状分布，提高钢的强韧性。由于稀土元素具有强烈易氧化的性质，在钢中会优先与钢中的O、S等反应，形成稀土夹杂物，稀土夹杂物与高熔点的氧化物或者硫化物为核心形核长大，到一定量以后会聚集成体积较大的夹杂物，反而对钢的强韧性有害。本发明经过多次模拟及实验论证，选取了La、Ce、Y这三种常用的稀土元素，并将La加入量控制在0.01-0.04%，Ce加入量控制在0.02-0.05%，Y加入量控制0.03-0.08%，同时将La+Ce+Y的含量控制在0.08%≤（La+Ce+Y）≤0.14%，以在主成分体系（C、Si、Mn、Cr、Mo、V、Nb）下获得最佳的强化效果。
P、S：P、S作为有害杂质元素，分别控制其含量P≤0.010%；S≤0.010%，并且含量越低越好。
上述冷作模具钢的制备方法包括：中频感应炉冶炼、保护气氛电渣炉二次精炼、锻造/轧制、超细化、退火、热处理/深冷处理工序。
1、中频感应炉冶炼工序，包括原料准备、烘烤干燥、布料冶炼、出钢、浇注、脱模退火步骤；
（1）原料准备：
准备好中频感应炉熔炼需要合金料、辅料、稀土添加剂；
合金料包括：工业纯铁、低碳铬铁、金属铬、钼铁、钒铁、硅铁、低碳锰铁、铌铁；
辅料包括：铝线、铝粒、精炼渣、保护渣、发热剂、碳化稻壳；
稀土添加剂包括：La稀土添加剂、Ce稀土添加剂、Y稀土添加剂。
（2）烘烤干燥：
对合金料、辅料、钢包、锭模、耐材进行烘烤；
合金料的烘烤工艺为：在300-400℃下烘烤≥4h；
辅料的烘烤工艺为：精炼渣在600-700℃下烘烤≥10h；保护渣、发热剂在80-100℃的干燥室干燥≥24h。
钢包的烘烤工艺为：利用天然气烘烤≥24h，钢包使用时内壁温度≥750℃；
锭模烘烤工艺为：锭模在100-120℃下烘烤≥12h，使用时锭模温度≥80℃；
耐材烘烤工艺为：在80-100℃的干燥室干燥≥24h。
（3）布料冶炼：
先在炉底铺25%-35%的精炼渣作为底渣，然后加入高度为40-50mm的工业纯铁，然后加入75-85%的低碳铬铁、金属铬、铌铁，然后加入10-15%的精炼渣，然后加入约75-85%的钼铁、钒铁、硅铁、低碳锰铁，然后继续加入工业纯铁至炉口，并开始通电熔化，随着炉料的熔化，不断补充工业纯铁，直至工业纯铁全部加完；
炉料全部熔清后，插入0.3-0.5kg/t铝线，进行沉淀脱氧；
扒掉全部渣面，加入剩余的精炼渣；
向渣面撒铝粒进行扩散脱氧，直至白渣；
在白渣下取样分析化学成分，补加各类合金料及稀土添加剂，直至成分符合要求。
（4）出钢：
出钢温度控制在1600-1640℃；
出钢前扒掉全部熔渣，出钢后向钢包内加入碳化稻壳。
（5）浇注：
浇注前20-30min将保护渣悬挂在距离锭模底部10-20cm处；
浇注温度1520-1540℃；
浇注完成后向冒口撒发热剂。
（6）脱模退火：
浇注完成后2-4h脱模，脱模后≤1h将铸锭送至800-900℃炉内保温2-20h炉冷至≤500℃出炉空冷。
2、保护气氛电渣炉二次精炼工序，包括电渣前准备、电渣冶炼、电渣锭脱模退火工序；
（1）电渣前准备
电渣冶炼前需要准备电极、引锭板、渣料；
电极：将铸锭头尾利用锯床锯切平直，然后将锭身打磨至表面无氧化铁皮。利用304不锈钢焊条将铸锭头部与假电极焊接在一起；
引锭板：选用20-40mm厚度，端面磨平、无锈的本钢切片，作为引锭板；
渣料：选用成分（重量百分比）为40-50%CaF2、20-30%CaO、20-30%Al2O3、1-3%MgO、1-3%SiO2、0.1-0.5%FeO的预熔渣作为渣料，使用前在600-700℃下烘烤≥24h。
（2）电渣冶炼
电渣冶炼前20-60min向电渣炉内通入高纯氩气作为保护气；
电渣冶炼过程中通过调节电流、电压，控制稳态熔速在4.0-8.0kg/min。
（3）电渣锭脱模退火
电渣冶炼完成后，在40-80min脱模，脱模后≤1h将铸锭送至800-900℃炉内保温2-20h炉冷至≤500℃出炉空冷。
3、锻造或轧制工序，包括三种锻造或轧制方式；
（1）常规锻造或轧制方式，包括加热、锻造或轧制、冷却三个步骤，
加热：采用三段式加热方式，第一段为以20～30℃/h的升温速率升温至550～650℃保温2～4h；第二段为以60～80℃/h的升温速率升温至750～850℃保温3～5h；第三段加热为以80～100℃/h的升温速率升温至1140～1160℃（锻造）或1110～1140℃（轧制）保温2～10h；
锻造：采用单向反复镦拔的方式，锻造温度控制在900～1100℃；
轧制：采用单向轧制的方式，轧制温度控制在900～1050℃；
冷却：锻造或轧制完成后采用缓冷坑缓冷或砂冷的方式冷却，冷却结束温度≤300℃。
（2）高温扩散退火+锻造或轧制方式，包括加热、锻造或轧制、冷却三个步骤，
加热：采用四段式加热方式，第一段为以20～30℃/h的升温速率升温至550～650℃保温2～4h；第二段为以60～80℃/h的升温速率升温至750～850℃保温3～5h；第三段加热为以80～100℃/h的升温速率升温至1200～1240℃保温10～30h；第四段加热为炉冷至1140～1160℃（锻造）或1110～1140℃（轧制）保温5～10h；
锻造：采用单向反复镦拔的方式，锻造温度控制在900～1100℃；
轧制：采用单向轧制的方式，轧制温度控制在900～1050℃；
冷却：锻造或轧制完成后采用缓冷坑缓冷或砂冷的方式冷却，冷却结束温度≤300℃。
（3）高温扩散退火+锻造或轧制+高温扩散退火+锻造或轧制方式，包括一次高温扩散退火加热、一次锻造或轧制、二次高温扩散退火加热、二次锻造或轧制、冷却五个步骤，
一次高温扩散退火加热：采用四段式加热方式，第一段为以20～30℃/h的升温速率升温至550～650℃保温2～4h；第二段为以60～80℃/h的升温速率升温至750～850℃保温3～5h；第三段加热为以80～100℃/h的升温速率升温至1200～1240℃保温10～30h；第四段加热为炉冷至1140～1160℃（锻造）或1110～1140℃（轧制）保温5～10h；
一次锻造：采用单向反复镦拔的方式，锻造温度控制在900～1100℃；
一次轧制：采用单向轧制的方式，轧制温度控制在900～1050℃；
二次高温扩散退火加热：采用四段式加热方式，第一段为以20～30℃/h的升温速率升温至550～650℃保温2～4h；第二段为以60～80℃/h的升温速率升温至750～850℃保温3～5h；第三段加热为以80～100℃/h的升温速率升温至1210～1260℃保温10～30h；第四段加热为炉冷至1140～1160℃（锻造）或1110～1140℃（轧制）保温5～10h；
二次锻造：采用单向拔长的方式，锻造温度控制在900～1100℃；
二次轧制：采用单向轧制的方式，轧制温度控制在900～1050℃；
冷却：锻造或轧制完成后采用缓冷坑缓冷或砂冷的方式冷却，冷却结束温度≤300℃。
4、超细化工序，包括固溶、高温回火两个步骤，
固溶：采用四段式加热方式，第一段为以20～30℃/h的升温速率升温至550～650℃保温2～4h；第二段为以60～80℃/h的升温速率升温至750～850℃保温3～5h；第三段加热为以100～120℃/h的升温速率升温至1080～1100℃保温1～3h；第四段加热为炉冷至550～650℃保温1～3h后，出炉空冷至室温；
高温回火：以60～80℃/h的升温速率升温至700～790℃保温1～3h，空冷至室温。
5、退火工序
采用两段式加热方式，第一段为以60～80℃/h的升温速率升温至830～870℃保温3～5h，第二段加热为炉冷至720～740℃保温8～12h，然后炉冷至450～550℃出炉空冷。
6、热处理工序或深冷处理工序
（1）热处理工序，包括淬火、一次回火、二次回火三个步骤，
淬火：采用三段式加热方式，第一段为以40～60℃/h的升温速率升温至550～650℃保温0.5～2h；第二段为以60～80℃/h的升温速率升温至750～850℃保温0.5～2h；第三段加热为以100～120℃/h的升温速率升温至1070～1110℃保温0.5～3h，然后空冷至室温；
一次回火：以60～80℃/h的升温速率升温至570～610℃保温2～3h，出炉空冷至室温；
二次回火：以60～80℃/h的升温速率升温至520～560℃保温2～3h，出炉空冷至室温。
（2）深冷处理工序，包括淬火、一次回火、深冷处理、二次回火、三次回火五个步骤，
淬火：采用三段式加热方式，第一段为以40～60℃/h的升温速率升温至550～650℃保温0.5～2h；第二段为以60～80℃/h的升温速率升温至750～850℃保温0.5～2h；第三段加热为以100～120℃/h的升温速率升温至1070～1110℃保温0.5～3h，然后空冷至室温；
一次回火：以60～80℃/h的升温速率升温至160～180℃保温1～2h，出炉空冷至室温；
深冷处理：以50～100℃/h的降温速率冷却至-100～-170℃保温1～2h，在空气中回温至室温；然后再次以50～100℃/h的降温速率冷却至-100～-170℃保温1～2h，在空气中回温至室温；
二次回火：以60～80℃/h的升温速率升温至160～180℃保温1～2h，出炉空冷至室温；
三次回火：以60～80℃/h的升温速率升温至570～610℃保温2～3h，出炉空冷至室温。
本发明工艺设计思路为：
1、由于稀土元素具有强烈易氧化的性质，在白渣下补加各类稀土添加剂可以最大程度减少稀土元素的消耗，提高稀土元素的收得率。中频感应炉熔炼相对成本较低，工业纯铁及合金料的采用保证了钢中P含量处于较低的水平；保护气氛电渣重熔二次精炼后，钢中的S含量会处于较低的水平，同时电渣锭的铸态组织较中频锭的铸态组织要细小、致密，促使La、Ce、Y、Nb元素更好的发挥强化及改善共晶碳化物的作用，大大有利于后续共晶碳化物的控制，以及韧性的提高。因此，利用中频感应炉熔炼+保护气氛电渣重熔二次精炼的制备方法在控制成本的同时，可以得到P、S含量较低，铸态组织细小、致密的电渣锭，为后续热加工及热处理奠定良好的基础。
2、本发明冷作模具钢钢成分体系下，铸态组织中仍有一定量的共晶碳化物，1200～1240℃下做高温扩散退火可以促使共晶碳化物的回溶，但是对于某些大块的共晶碳化物让其完全回溶是需要极长的时间的，在经济上十分不划算。因此，对于常规锻造/轧制方式及高温扩散退火+锻造/轧制方式组织中分别会有少量、极少量的共晶碳化物。对于高温扩散退火+锻造/轧制+高温扩散退火+锻造/轧制方式，由于一次高温扩散退火及一次锻造过程使共晶碳化物充分破碎，共晶碳化物尺寸减小，大大降低了共晶碳化物回溶需要的时间；同时消除了部分成分偏析，使二次高温扩散退火的温度可以提高到1210～1260℃而不至于出现晶界液化的现象，进一步提高了C及合金含量的溶解度，使共晶碳化物可以完全回溶。
因此，本发明三种不同的锻造/轧制方式可以实现对共晶碳化物从少量、极少量到无的不同控制，从而可以根据不同的性能需要，选择合适的共晶碳化物的量，进而选择最优的锻造/轧制方式。
3、本发明冷作模具钢锻造（轧制）缓冷后的组织为珠光体、贝氏体、马氏体以及合金碳化物的混合组织，组织状态复杂、硬度高、组织应力大，若直接进行退火，由于不同组织生成粒状珠光体的过程不同，导致不能得到均匀、一致的珠光体组织，影响最终热处理后钢的强韧性。因此，有必要在退火前选择合适的方式，为退火处理做准备。
本发明通过超细化处理可以获得均匀、一致的回火索氏体组织，杜绝了因组织不同而导致退火过程中生成的粒状珠光体大小不一的缺点，大幅提高钢的韧性。
4、通过退火处理可以获得均匀、一致的粒状珠光体组织，为最终热处理做好准备。
5、为得到高硬度、高耐磨、超高韧性的冷作模具钢，本发明在退火处理之后，可以进行热处理或深冷处理。
（1）本发明热处理工序中的淬火处理，可以使碳化物充分回溶，从而提高奥氏体中C及合金元素的含量，进而提高淬火后的硬度、耐磨性；经过回火后，可以使残余奥氏体向马氏体转变以及马氏体的分解，析出大量弥散细小的碳化物，进一步提高钢的强韧性，从而获得高硬度、高耐磨、超高韧性的冷作模具钢。
（2）由于淬火后钢内热应力较大，若直接进行深冷处理极易造成钢件开裂。一次回火的加入，可以消除大部分淬火热应力，降低钢件进行深冷处理开裂的风险，同时又不会造成奥氏体的稳定化，避免降低深冷处理效果。深冷处理后钢内的应力同样较大，二次回火的加入避免了直接升温导致的钢件开裂，三次回火保证了二次硬化的充分进行。通过上述深冷处理可以促使残余奥氏体充分转变成马氏体，同时促使马氏体分解析出更多的细小碳化物，从而得到较正常热处理工艺强韧性更高的本发明钢。
本发明通过调整冷作模具钢中的C、Cr含量，添加了强化元素Nb以及稀土元素La、Ce、Y，同时对C与主要合金元素的配比、主要合金元素内部之间的配比以及稀土元素的总量进行了精细控制，并结合生产工艺使模具钢组织内的共晶碳化物变成可控的状态，大幅度提高了钢的强度及韧性。
附图说明
图1为实施例1冷作模具钢的金相组织图；
图2为实施例3冷作模具钢的金相组织图；
图3 对比钢Cr12MoV的金相组织图；
图4 对比钢DC53的金相组织图。
具体实施方式
根据本发明所设计的化学成分范围，在1T中频感应炉及1T保护气氛电渣炉上冶炼本发明钢种，其具体化学成分如表1所示。
实施例1
利用中频感应炉冶炼→保护气氛电渣炉二次精炼→锻造→超细化→退火的方式将钢制成φ60mm圆棒，热处理后检验其硬度及冲击韧性。
（1）中频感应炉冶炼过程：
在中频冶炼前准备好所需的合金料、辅料及稀土添加剂，将合金料在300℃下烘烤4h，精炼渣在600℃下烘烤10h，保护渣、发热剂在80℃的干燥室干燥24h；利用天然气将钢包烘烤24h，使钢包使用时内壁温度为750℃；将锭模在100℃下烘烤12h，使用时锭模温度在80℃；将耐材在80℃的干燥室干燥24h；
先在炉底铺25%的精炼渣作为底渣，然后加入高度为40mm的工业纯铁，然后加入75%的低碳铬铁、金属铬、铌铁，然后加入10%的精炼渣，然后加入约75%的钼铁、钒铁、硅铁、低碳锰铁，然后继续加入工业纯铁至炉口，并开始通电熔化，随着炉料的熔化，不断补充工业纯铁，直至工业纯铁全部加完；
炉料全部熔清后，插入0.3kg/t铝线，进行沉淀脱氧；
扒掉全部渣面，加入剩余的精炼渣；
向渣面撒铝粒进行扩散脱氧，直至白渣；
在白渣下取样分析化学成分，补加各类合金料、稀土添加剂，直至成分符合要求；
在1600℃时出钢，出钢前扒掉全部熔渣，出钢后向钢包内加入碳化稻壳；
浇注前20min将保护渣悬挂在距离锭模底部10cm处；
在1520℃时浇注，将钢水浇注成φ260mm铸锭，浇注完成后向冒口撒发热剂；
浇注完成后，2h时脱模，脱模后1h将铸锭送至800℃炉内保温2h炉冷至500℃出炉空冷。
（2）保护气氛电渣冶炼过程：
电渣冶炼前将铸锭头尾利用锯床锯切平直，然后将锭身打磨至表面无氧化铁皮。利用304不锈钢焊条将铸锭头部与假电极焊接在一起。选用20mm厚度，端面磨平、无锈的本钢切片，作为引锭板。选用成分（重量百分比）为40%CaF2、26%CaO、30%Al2O3、1%MgO、2.9%SiO2、0.1%FeO的预熔渣作为渣料，使用前在600℃下烘烤24h；
电渣冶炼前20min向电渣炉内通入高纯氩气作为保护气。电渣冶炼过程中通过调节电流、电压，控制稳态熔速在4.0kg/min，将φ260mm铸锭二次精炼成φ330mm电渣锭；
电渣冶炼完成后，在40min时脱模，脱模后1h将铸锭送至800℃炉内保温2h炉冷至500℃出炉空冷。
（3）锻造过程：
采用常规锻造方式；
加热过程，采用三段式加热，第一段为以20℃/h的升温速率升温至550℃保温2h；第二段为以60℃/h的升温速率升温至750℃保温3h；第三段加热为以80℃/h的升温速率升温至1140℃保温2h，然后开始锻造；
锻造时，采用单向反复镦拔的方式将φ330mm电渣锭锻成φ60mm圆钢，锻造温度控制在900-1100℃；
锻造完成后，将锻坯入缓冷坑缓冷，缓冷至300℃，出坑空冷。
（4）超细化处理过程：
将锻坯以20℃/h的升温速率升温至550℃保温2h；然后以60℃/h的升温速率升温至750℃保温3h；然后以100℃/h的升温速率升温至1080℃保温1h；然后炉冷至550℃保温1h，出炉空冷至室温；
然后以60℃/h的升温速率升温至700℃保温1h，空冷至室温，完成超细化处理。
（5）退火处理过程：
将超细化处理完的圆钢以60℃/h的升温速率升温至830℃保温3h，然后炉冷至720℃保温8h，然后炉冷至450℃出炉空冷，完成退火处理。
（6）热处理过程：
将退火处理完成的圆钢锯切取样，将试样首先以40℃/h的升温速率升温至550℃保温0.5h；然后以60℃/h的升温速率升温至750℃保温0.5h；然后以100℃/h的升温速率升温至1070℃保温0.5h，然后空冷至室温，进行淬火；
然后以60℃/h的升温速率升温至570℃保温2h，出炉空冷至室温，进行一次回火；
然后以60℃/h的升温速率升温至520℃保温2h，出炉空冷至室温，完成热处理过程。
热处理完成后进行洛氏硬度及冲击韧性检测，检测结果见表2。
实施例2
利用中频感应炉冶炼→保护气氛电渣炉二次精炼→锻造→超细化→退火的方式将钢制成φ60mm圆棒，热处理后检验其硬度及冲击韧性。
（1）中频感应炉冶炼过程：
在中频冶炼前准备好所需的合金料、辅料及稀土添加剂，将合金料在350℃下烘烤6h，精炼渣在650℃下烘烤12h，保护渣、发热剂在90℃的干燥室干燥30h；利用天然气将钢包烘烤36h，使钢包使用时内壁温度为800℃；将锭模在110℃下烘烤16h，使用时锭模温度在85℃；将耐材在90℃的干燥室干燥30h；
先在炉底铺30%的精炼渣作为底渣，然后加入高度为45mm的工业纯铁，然后加入80%的低碳铬铁、金属铬、铌铁，然后加入12%的精炼渣，然后加入约80%的钼铁、钒铁、硅铁、低碳锰铁，然后继续加入工业纯铁至炉口，并开始通电熔化，随着炉料的熔化，不断补充工业纯铁，直至工业纯铁全部加完；
炉料全部熔清后，插入0.4kg/t铝线，进行沉淀脱氧；
扒掉全部渣面，加入剩余的精炼渣；
向渣面撒铝粒进行扩散脱氧，直至白渣；
在白渣下取样分析化学成分，补加各类合金料、稀土添加剂，直至成分符合要求；
在1620℃时出钢，出钢前扒掉全部熔渣，出钢后向钢包内加入碳化稻壳；
浇注前25min将保护渣悬挂在距离锭模底部15cm处；
在1530℃时浇注，将钢水浇注成φ260mm铸锭，浇注完成后向冒口撒发热剂；
浇注完成后，3h时脱模，脱模后0.8h将铸锭送至850℃炉内保温10h炉冷至400℃出炉空冷。
（2）保护气氛电渣冶炼过程：
电渣冶炼前将铸锭头尾利用锯床锯切平直，然后将锭身打磨至表面无氧化铁皮。利用304不锈钢焊条将铸锭头部与假电极焊接在一起。选用30mm厚度，端面磨平、无锈的本钢切片，作为引锭板。选用成分（重量百分比）为46%CaF2、20%CaO、30%Al2O3、2.5%MgO、1%SiO2、0.5%FeO的预熔渣作为渣料，使用前在650℃下烘烤36h；
电渣冶炼前40min向电渣炉内通入高纯氩气作为保护气。电渣冶炼过程中通过调节电流、电压，控制稳态熔速在5.0kg/min，将φ260mm铸锭二次精炼成φ330mm电渣锭；
电渣冶炼完成后，在60min时脱模，脱模后0.6h将铸锭送至850℃炉内保温10h炉冷至400℃出炉空冷。
（3）锻造过程：
采用高温扩散退火+锻造方式；
加热过程，采用四段式加热，第一段为以25℃/h的升温速率升温至600℃保温3h；第二段为以70℃/h的升温速率升温至800℃保温4h；第三段加热为以90℃/h的升温速率升温至1200℃保温10h；第四段加热为炉冷至1150℃保温7h；
锻造时，采用单向反复镦拔的方式将φ330mm电渣锭锻成φ60mm圆钢，锻造温度控制在900-1100℃；
锻造完成后，将锻坯埋砂缓冷，缓冷至200℃，出坑空冷。
（4）超细化处理过程：
将锻坯以25℃/h的升温速率升温至600℃保温3h；然后以70℃/h的升温速率升温至800℃保温4h；然后以110℃/h的升温速率升温至1090℃保温2h；然后炉冷至600℃保温2h，出炉空冷至室温；
然后以70℃/h的升温速率升温至740℃保温2h，空冷至室温，完成超细化处理。
（5）退火处理过程：
将超细化处理完的圆钢以70℃/h的升温速率升温至850℃保温4h，然后炉冷至730℃保温10h，然后炉冷至500℃出炉空冷，完成退火处理。
（6）热处理过程：
将退火处理完成的圆钢锯切取样，将试样首先以50℃/h的升温速率升温至600℃保温1h；然后以70℃/h的升温速率升温至800℃保温1h；然后以110℃/h的升温速率升温至1090℃保温1h，然后空冷至室温，进行淬火；
然后以70℃/h的升温速率升温至590℃保温2.5h，出炉空冷至室温，进行一次回火；
然后以70℃/h的升温速率升温至540℃保温2.5h，出炉空冷至室温，完成热处理过程。
热处理完成后进行洛氏硬度及冲击韧性检测，检测结果见表2。
实施例3
利用中频感应炉冶炼→保护气氛电渣炉二次精炼→锻造→超细化→退火的方式将钢制成φ60mm圆棒，热处理后检验其硬度及冲击韧性。
（1）中频感应炉冶炼过程：
在中频冶炼前准备好所需的合金料、辅料及稀土添加剂，将合金料在400℃下烘烤10h，精炼渣在700℃下烘烤20h，保护渣、发热剂在100℃的干燥室干燥48h；利用天然气将钢包烘烤48h，使钢包使用时内壁温度为820℃；将锭模在120℃下烘烤20h，使用时锭模温度在90℃；将耐材在100℃的干燥室干燥48h；
先在炉底铺35%的精炼渣作为底渣，然后加入高度为50mm的工业纯铁，然后加入85%的低碳铬铁、金属铬、铌铁，然后加入15%的精炼渣，然后加入约85%的钼铁、钒铁、硅铁、低碳锰铁，然后继续加入工业纯铁至炉口，并开始通电熔化，随着炉料的熔化，不断补充工业纯铁，直至工业纯铁全部加完；
炉料全部熔清后，插入0.5kg/t铝线，进行沉淀脱氧；
扒掉全部渣面，加入剩余的精炼渣；
向渣面撒铝粒进行扩散脱氧，直至白渣；
在白渣下取样分析化学成分，补加各类合金料、稀土添加剂，直至成分符合要求；
在1640℃时出钢，出钢前扒掉全部熔渣，出钢后向钢包内加入碳化稻壳；
浇注前30min将保护渣悬挂在距离锭模底部20cm处；
在1540℃时浇注，将钢水浇注成φ260mm铸锭，浇注完成后向冒口撒发热剂；
浇注完成后，4h时脱模，脱模后0.5h将铸锭送至900℃炉内保温20h炉冷至300℃出炉空冷。
（2）保护气氛电渣冶炼过程：
电渣冶炼前将铸锭头尾利用锯床锯切平直，然后将锭身打磨至表面无氧化铁皮。利用304不锈钢焊条将铸锭头部与假电极焊接在一起。选用40mm厚度，端面磨平、无锈的本钢切片，作为引锭板。选用成分（重量百分比）为50%CaF2、22%CaO、24%Al2O3、1.8%MgO、1.9%SiO2、0.3%FeO的预熔渣作为渣料，使用前在700℃下烘烤40h；
电渣冶炼前60min向电渣炉内通入高纯氩气作为保护气。电渣冶炼过程中通过调节电流、电压，控制稳态熔速在8.0kg/min，将φ260mm铸锭二次精炼成φ330mm电渣锭；
电渣冶炼完成后，在80min时脱模，脱模后0.5h将铸锭送至900℃炉内保温20h炉冷至300℃出炉空冷。
（3）锻造过程：
采用高温扩散退火+锻造+高温扩散退火+锻造方式；
一次高温扩散退火加热：采用四段式加热，第一段为以30℃/h的升温速率升温至650℃保温4h；第二段为以80℃/h的升温速率升温至850℃保温5h；第三段加热为以100℃/h的升温速率升温至1240℃保温30h；第四段加热为炉冷至1160℃保温10h；
一次锻造：采用单向反复镦拔的方式，将φ330mm电渣锭锻造成200mm×200mm的中间坯，锻造温度控制在900-1100℃；
二次高温扩散退火加热：采用四段式加热，第一段为以30℃/h的升温速率升温至650℃保温4h；第二段为以80℃/h的升温速率升温至850℃保温5h；第三段加热为以100℃/h的升温速率升温至1260℃保温30h；第四段加热为炉冷至1160℃保温10h；
二次锻造：采用单向拔长的方式，将200mm×200mm的中间坯锻成φ60mm圆棒，锻造温度控制在900-1100℃；
锻造完成后，将锻坯埋砂缓冷，缓冷至100℃，出坑空冷。
（4）超细化处理过程：
将锻坯以30℃/h的升温速率升温至650℃保温4h；然后以80℃/h的升温速率升温至850℃保温5h；然后以120℃/h的升温速率升温至1100℃保温3h；然后炉冷至650℃保温3h，出炉空冷至室温；
然后以80℃/h的升温速率升温至790℃保温3h，空冷至室温，完成超细化处理。
（5）退火处理过程：
将超细化处理完的圆钢以80℃/h的升温速率升温至870℃保温5h，然后炉冷至740℃保温12h，然后炉冷至550℃出炉空冷，完成退火处理。
（6）热处理过程：
将退火处理完成的圆钢锯切取样，将试样首先以60℃/h的升温速率升温至650℃保温2h；然后以80℃/h的升温速率升温至850℃保温2h；然后以120℃/h的升温速率升温至1110℃保温3h，然后空冷至室温，进行淬火；
然后以80℃/h的升温速率升温至610℃保温3h，出炉空冷至室温，进行一次回火；
然后以80℃/h的升温速率升温至560℃保温3h，出炉空冷至室温，完成热处理过程。
热处理完成后进行洛氏硬度及冲击韧性检测，检测结果见表2。
实施例4
利用中频感应炉冶炼→保护气氛电渣炉二次精炼→轧制→超细化→退火的方式将钢制成φ60mm圆棒，热处理后检验其硬度及冲击韧性。
（1）中频感应炉冶炼过程：
在中频冶炼前准备好所需的合金料、辅料及稀土添加剂，将合金料在400℃下烘烤10h，精炼渣在700℃下烘烤20h，保护渣、发热剂在100℃的干燥室干燥48h；利用天然气将钢包烘烤48h，使钢包使用时内壁温度为820℃；将锭模在120℃下烘烤20h，使用时锭模温度在90℃；将耐材在100℃的干燥室干燥48h；
先在炉底铺35%的精炼渣作为底渣，然后加入高度为50mm的工业纯铁，然后加入85%的低碳铬铁、金属铬、铌铁，然后加入15%的精炼渣，然后加入约85%的钼铁、钒铁、硅铁、低碳锰铁，然后继续加入工业纯铁至炉口，并开始通电熔化，随着炉料的熔化，不断补充工业纯铁，直至工业纯铁全部加完；
炉料全部熔清后，插入0.5kg/t铝线，进行沉淀脱氧；
扒掉全部渣面，加入剩余的精炼渣；
向渣面撒铝粒进行扩散脱氧，直至白渣；
在白渣下取样分析化学成分，补加各类合金料、稀土添加剂，直至成分符合要求；
在1640℃时出钢，出钢前扒掉全部熔渣，出钢后向钢包内加入碳化稻壳；
浇注前30min将保护渣悬挂在距离锭模底部20cm处；
在1540℃时浇注，将钢水浇注成φ260mm铸锭，浇注完成后向冒口撒发热剂；
浇注完成后，4h时脱模，脱模后0.5h将铸锭送至900℃炉内保温20h炉冷至300℃出炉空冷。
（2）保护气氛电渣冶炼过程：
电渣冶炼前将铸锭头尾利用锯床锯切平直，然后将锭身打磨至表面无氧化铁皮。利用304不锈钢焊条将铸锭头部与假电极焊接在一起。选用40mm厚度，端面磨平、无锈的本钢切片，作为引锭板。选用成分（重量百分比）为42%CaF2、30%CaO、25%Al2O3、1.2%MgO、1.6%SiO2、0.2%FeO的预熔渣作为渣料，使用前在700℃下烘烤40h；
电渣冶炼前60min向电渣炉内通入高纯氩气作为保护气。电渣冶炼过程中通过调节电流、电压，控制稳态熔速在8.0kg/min，将φ260mm铸锭二次精炼成φ330mm电渣锭；
电渣冶炼完成后，在80min时脱模，脱模后0.5h将铸锭送至900℃炉内保温20h炉冷至300℃出炉空冷。
（3）轧制过程：
采用常规轧制方式；
加热：采用三段式加热，第一段为以30℃/h的升温速率升温至650℃保温4h；第二段为以80℃/h的升温速率升温至850℃保温5h；第三段加热为以100℃/h的升温速率升温至1120℃保温6h；
轧制：采用单向轧制的方式，将φ330mm电渣锭轧制成φ60mm圆棒，轧制温度控制在900-1050℃；
轧制完成后，将轧制坯埋砂缓冷，缓冷至150℃，出坑空冷。
（4）超细化处理过程：
将锻坯以30℃/h的升温速率升温至650℃保温4h；然后以80℃/h的升温速率升温至850℃保温5h；然后以120℃/h的升温速率升温至1100℃保温3h；然后炉冷至650℃保温3h，出炉空冷至室温；
然后以80℃/h的升温速率升温至790℃保温3h，空冷至室温，完成超细化处理。
（5）退火处理过程：
将超细化处理完的圆钢以80℃/h的升温速率升温至870℃保温5h，然后炉冷至740℃保温12h，然后炉冷至550℃出炉空冷，完成退火处理。
（6）热处理过程：
将退火处理完成的圆钢锯切取样，将试样首先以60℃/h的升温速率升温至650℃保温2h；然后以80℃/h的升温速率升温至850℃保温2h；然后以120℃/h的升温速率升温至1100℃保温3h，然后空冷至室温，进行淬火；
然后以80℃/h的升温速率升温至600℃保温3h，出炉空冷至室温，进行一次回火；
然后以80℃/h的升温速率升温至550℃保温3h，出炉空冷至室温，完成热处理过程。
热处理完成后进行洛氏硬度及冲击韧性检测，检测结果见表2。
实施例5
利用中频感应炉冶炼→保护气氛电渣炉二次精炼→锻造→超细化→退火的方式将钢制成φ60mm圆棒，深冷处理后检验其硬度及冲击韧性。
（1）中频感应炉冶炼过程：
在中频冶炼前准备好所需的合金料、辅料及稀土添加剂，将合金料在400℃下烘烤10h，精炼渣在700℃下烘烤20h，保护渣、发热剂在100℃的干燥室干燥48h；利用天然气将钢包烘烤48h，使钢包使用时内壁温度为820℃；将锭模在120℃下烘烤20h，使用时锭模温度在90℃；将耐材在100℃的干燥室干燥48h；
先在炉底铺35%的精炼渣作为底渣，然后加入高度为50mm的工业纯铁，然后加入85%的低碳铬铁、金属铬、铌铁，然后加入15%的精炼渣，然后加入约85%的钼铁、钒铁、硅铁、低碳锰铁，然后继续加入工业纯铁至炉口，并开始通电熔化，随着炉料的熔化，不断补充工业纯铁，直至工业纯铁全部加完；
炉料全部熔清后，插入0.5kg/t铝线，进行沉淀脱氧；
扒掉全部渣面，加入剩余的精炼渣；
向渣面撒铝粒进行扩散脱氧，直至白渣；
在白渣下取样分析化学成分，补加各类合金料、稀土添加剂，直至成分符合要求；
在1640℃时出钢，出钢前扒掉全部熔渣，出钢后向钢包内加入碳化稻壳；
浇注前30min将保护渣悬挂在距离锭模底部20cm处；
在1540℃时浇注，将钢水浇注成φ260mm铸锭，浇注完成后向冒口撒发热剂；
浇注完成后，4h时脱模，脱模后0.5h将铸锭送至900℃炉内保温20h炉冷至300℃出炉空冷。
（2）保护气氛电渣冶炼过程：
电渣冶炼前将铸锭头尾利用锯床锯切平直，然后将锭身打磨至表面无氧化铁皮。利用304不锈钢焊条将铸锭头部与假电极焊接在一起。选用40mm厚度，端面磨平、无锈的本钢切片，作为引锭板。选用成分（重量百分比）为44%CaF2、21%CaO、30%Al2O3、2.5%MgO、2.3%SiO2、0.2%FeO的预熔渣作为渣料，使用前在700℃下烘烤40h；
电渣冶炼前60min向电渣炉内通入高纯氩气作为保护气。电渣冶炼过程中通过调节电流、电压，控制稳态熔速在8.0kg/min，将φ260mm铸锭二次精炼成φ330mm电渣锭；
电渣冶炼完成后，在80min时脱模，脱模后0.5h将铸锭送至900℃炉内保温20h炉冷至300℃出炉空冷。
（3）锻造过程：
采用高温扩散退火+锻造+高温扩散退火+锻造方式；
一次高温扩散退火加热：采用四段式加热，第一段为以30℃/h的升温速率升温至650℃保温4h；第二段为以80℃/h的升温速率升温至850℃保温5h；第三段加热为以100℃/h的升温速率升温至1240℃保温30h；第四段加热为炉冷至1160℃保温10h；
一次锻造：采用单向反复镦拔的方式，将φ330mm电渣锭锻造成200mm×200mm的中间坯，锻造温度控制在900-1100℃；
二次高温扩散退火加热：采用四段式加热，第一段为以30℃/h的升温速率升温至650℃保温4h；第二段为以80℃/h的升温速率升温至850℃保温5h；第三段加热为以100℃/h的升温速率升温至12760℃保温30h；第四段加热为炉冷至1160℃保温10h；
二次锻造：采用单向拔长的方式，将200mm×200mm的中间坯锻成φ60mm圆棒，锻造温度控制在900-1100℃；
锻造完成后，将锻坯埋砂缓冷，缓冷至100℃，出坑空冷。
（4）超细化处理过程：
将锻坯以30℃/h的升温速率升温至650℃保温4h；然后以80℃/h的升温速率升温至850℃保温5h；然后以120℃/h的升温速率升温至1100℃保温3h；然后炉冷至650℃保温3h，出炉空冷至室温；
然后以80℃/h的升温速率升温至790℃保温3h，空冷至室温，完成超细化处理。
（5）退火处理过程：
将超细化处理完的圆钢以80℃/h的升温速率升温至870℃保温5h，然后炉冷至740℃保温12h，然后炉冷至550℃出炉空冷，完成退火处理。
（6）深冷处理过程：
将退火处理完成的圆钢锯切取样，将试样首先以50℃/h的升温速率升温至600℃保温1h；然后以70℃/h的升温速率升温至800℃保温1h；然后以100℃/h的升温速率升温至1100℃保温2h，然后空冷至室温，进行淬火；
然后以80℃/h的升温速率升温至180℃保温2h，出炉空冷至室温，进行一次回火；
然后以80℃/h的降温速率冷却至-160℃保温2h，在空气中回温至室温；然后再次以70℃/h的降温速率冷却至-170℃保温1h，在空气中回温至室温；
然后以60℃/h的升温速率升温至160℃保温2h，出炉空冷至室温，进行二次回火；
然后以80℃/h的升温速率升温至600℃保温3h，出炉空冷至室温，进行三次回火。
深冷处理完成后进行洛氏硬度及冲击韧性检测，检测结果见表2。
以同等规格Cr12MoV、DC53作为对比钢种，二者化学成分及质量含量见表1，热处理工艺如下：
（1）Cr12MoV钢的热处理工艺为：1030℃保温30min，空冷；180℃回火2h，两次。
（2）DC53钢的热处理工艺为：1020℃保温30min，空冷；550℃回火2h，两次。
热处理完成后进行洛氏硬度及冲击韧性检测，检测结果见表2。
实施例6
利用中频感应炉冶炼→保护气氛电渣炉二次精炼→轧制→超细化→退火的方式将钢制成φ60mm圆棒，深冷处理后检验其硬度及冲击韧性。
（1）中频感应炉冶炼过程：
在中频冶炼前准备好所需的合金料、辅料及稀土添加剂，将合金料在380℃下烘烤12h，精炼渣在650℃下烘烤15h，保护渣、发热剂在95℃的干燥室干燥36h；利用天然气将钢包烘烤36h，使钢包使用时内壁温度为800℃；将锭模在110℃下烘烤24h，使用时锭模温度在95℃；将耐材在95℃的干燥室干燥36h；
先在炉底铺30%的精炼渣作为底渣，然后加入高度为45mm的工业纯铁，然后加入80%的低碳铬铁、金属铬、铌铁，然后加入15%的精炼渣，然后加入约80%的钼铁、钒铁、硅铁、低碳锰铁，然后继续加入工业纯铁至炉口，并开始通电熔化，随着炉料的熔化，不断补充工业纯铁，直至工业纯铁全部加完；
炉料全部熔清后，插入0.4kg/t铝线，进行沉淀脱氧；
扒掉全部渣面，加入剩余的精炼渣；
向渣面撒铝粒进行扩散脱氧，直至白渣；
在白渣下取样分析化学成分，补加各类合金料、稀土添加剂，直至成分符合要求；
在1630℃时出钢，出钢前扒掉全部熔渣，出钢后向钢包内加入碳化稻壳；
浇注前30min将保护渣悬挂在距离锭模底部20cm处；
在1535℃时浇注，将钢水浇注成φ260mm铸锭，浇注完成后向冒口撒发热剂；
浇注完成后，4h时脱模，脱模后0.5h将铸锭送至900℃炉内保温20h炉冷至300℃出炉空冷。
（2）保护气氛电渣冶炼过程：
电渣冶炼前将铸锭头尾利用锯床锯切平直，然后将锭身打磨至表面无氧化铁皮。利用304不锈钢焊条将铸锭头部与假电极焊接在一起。选用40mm厚度，端面磨平、无锈的本钢切片，作为引锭板。选用成分（重量百分比）为44%CaF2、21%CaO、30%Al2O3、2.5%MgO、2.3%SiO2、0.2%FeO的预熔渣作为渣料，使用前在680℃下烘烤40h；
电渣冶炼前40min向电渣炉内通入高纯氩气作为保护气。电渣冶炼过程中通过调节电流、电压，控制稳态熔速在8.0kg/min，将φ260mm铸锭二次精炼成φ330mm电渣锭；
电渣冶炼完成后，在80min时脱模，脱模后0.5h将铸锭送至900℃炉内保温20h炉冷至300℃出炉空冷。
（3）轧制过程：
采用常规轧制方式；
加热：采用三段式加热，第一段为以25℃/h的升温速率升温至600℃保温3h；第二段为以70℃/h的升温速率升温至800℃保温4h；第三段加热为以100℃/h的升温速率升温至1130℃保温8h；
轧制：采用单向轧制的方式，将φ330mm电渣锭轧制成φ60mm圆棒，轧制温度控制在900-1050℃；
轧制完成后，将轧制坯埋砂缓冷，缓冷至100℃，出坑空冷。
（4）超细化处理过程：
将锻坯以25℃/h的升温速率升温至600℃保温4h；然后以70℃/h的升温速率升温至800℃保温4h；然后以110℃/h的升温速率升温至1100℃保温3h；然后炉冷至650℃保温3h，出炉空冷至室温；
然后以70℃/h的升温速率升温至780℃保温3h，空冷至室温，完成超细化处理。
（5）退火处理过程：
将超细化处理完的圆钢以70℃/h的升温速率升温至860℃保温5h，然后炉冷至730℃保温10h，然后炉冷至500℃出炉空冷，完成退火处理。
（6）深冷处理过程：
将退火处理完成的圆钢锯切取样，将试样首先以40℃/h的升温速率升温至600℃保温1h；然后以60℃/h的升温速率升温至800℃保温1h；然后以120℃/h的升温速率升温至1100℃保温2h，然后空冷至室温，进行淬火；
然后以60℃/h的升温速率升温至180℃保温2h，出炉空冷至室温，进行一次回火；
然后以60℃/h的降温速率冷却至-160℃保温2h，在空气中回温至室温；然后再次以60℃/h的降温速率冷却至-170℃保温1h，在空气中回温至室温；
然后以60℃/h的升温速率升温至160℃保温2h，出炉空冷至室温，进行二次回火；
然后以70℃/h的升温速率升温至600℃保温3h，出炉空冷至室温，进行三次回火。
深冷处理完成后进行洛氏硬度及冲击韧性检测，检测结果见表2。
以同等规格Cr12MoV、DC53作为对比钢种，二者化学成分及质量含量见表1，热处理工艺如下：
（1）Cr12MoV钢的热处理工艺为：1030℃保温30min，空冷；180℃回火2h，两次。
（2）DC53钢的热处理工艺为：1020℃保温30min，空冷；550℃回火2h，两次。
热处理完成后进行洛氏硬度及冲击韧性检测，检测结果见表2。
实施例1、实施例3的金相组织图谱分别如图1、图2所示，同等规格对比钢种Cr12MoV、DC53的金相组织图谱分别如图3、图4所示。
图1-4中，共晶碳化物为异常明亮的白色块状物体。由图1-图4可知，对比钢Cr12MoV组织中具有大量的共晶碳化物，DC53钢相对Cr12MoV钢组织中共晶碳化物数量有所减少，本发明实施例1冷作模具钢组织中的共晶碳化物数量大幅减少，只有很少的共晶碳化物，实施例3冷作模具钢组织中没有共晶碳化物，共晶碳化物完全回溶于基体。
由表2对比可知，本发明冷作模具钢的硬度和冲击韧性远高于对比钢种Cr12MoV以及DC53。
在本发明的成分体系下，搭配适当的冶炼、热加工及热处理手段，可以达到共晶碳化物可控的特点，成为高强高韧冷作模具钢。
表1 、各实施例与对比钢的化学成分（wt%）
表2、各实施例与对比钢的性能指标
。/>
Claims (8)
1.一种可控共晶碳化物高强高韧冷作模具钢，其特征在于，其化学成分组成及质量百分含量为：C：0.6～0.7%；Si：0.5～0.7%；Mn≤0.3%；P≤0.010%；S≤0.010%；Cr：5.6～6.4%；Mo：1.5～2.0%；V：1.0～1.5%；Nb：0.6～0.9%；La：0.01～0.04%；Ce：0.02～0.05%；Y：0.03～0.08%，余量为铁和不可避免的杂质元素；所述C、Cr 、Mo、V、Nb元素的质量百分含量满足关系式：
0.06＜C/（Cr+Mo+V+Nb）＜0.075，且1.4＜Cr/（Mo+V+Nb）＜1.8；
所述La、Ce、Y元素的质量百分含量满足关系式：
0.08%≤（La+Ce+Y）≤0.14%。
2.根据权利要求1所述的可控共晶碳化物高强高韧冷作模具钢的生产方法，其特征在于，包括中频感应炉冶炼、保护气氛电渣炉二次精炼、锻造或轧制、超细化、退火、热处理或深冷处理工序；
所述锻造或轧制工序包括三种锻造或轧制方式，即常规锻造或轧制方式、高温扩散退火+锻造或轧制方式、高温扩散退火+锻造或轧制+高温扩散退火+锻造或轧制方式；
（1）常规锻造或轧制方式包括加热、锻造或轧制、冷却三个步骤，
加热：采用三段式加热方式，第一段为以20～30℃/h的升温速率升温至550～650℃保温2～4h；第二段为以60～80℃/h的升温速率升温至750～850℃保温3～5h；第三段加热为以80～100℃/h的升温速率升温至1140～1160℃或1110～1140℃保温2～10h；
锻造：采用单向反复镦拔的方式，锻造温度控制在900～1100℃；
轧制：采用单向轧制的方式，轧制温度控制在900～1050℃；
冷却：锻造或轧制完成后采用缓冷坑缓冷或砂冷的方式冷却，冷却结束温度≤300℃；
（2）高温扩散退火+锻造或轧制方式包括加热、锻造或轧制、冷却三个步骤，
加热：采用四段式加热方式，第一段为以20～30℃/h的升温速率升温至550～650℃保温2～4h；第二段为以60～80℃/h的升温速率升温至750～850℃保温3～5h；第三段加热为以80～100℃/h的升温速率升温至1200～1240℃保温10～30h；第四段加热为炉冷至1140～1160℃或1110～1140℃保温5～10h；
锻造：采用单向反复镦拔的方式，锻造温度控制在900～1100℃；
轧制：采用单向轧制的方式，轧制温度控制在900～1050℃；
冷却：锻造或轧制完成后采用缓冷坑缓冷或砂冷的方式冷却，冷却结束温度≤300℃；
（3）高温扩散退火+锻造或轧制+高温扩散退火+锻造或轧制方式包括一次高温扩散退火加热、一次锻造或轧制、二次高温扩散退火加热、二次锻造或轧制、冷却五个步骤，
一次高温扩散退火加热：采用四段式加热方式，第一段为以20～30℃/h的升温速率升温至550～650℃保温2～4h；第二段为以60～80℃/h的升温速率升温至750～850℃保温3～5h；第三段加热为以80～100℃/h的升温速率升温至1200～1240℃保温10～30h；第四段加热为炉冷至1140～1160℃或1110～1140℃保温5～10h；
一次锻造：采用单向反复镦拔的方式，锻造温度控制在900～1100℃；
一次轧制：采用单向轧制的方式，轧制温度控制在900～1050℃；
二次高温扩散退火加热：采用四段式加热方式，第一段为以20～30℃/h的升温速率升温至550～650℃保温2～4h；第二段为以60～80℃/h的升温速率升温至750～850℃保温3～5h；第三段加热为以80～100℃/h的升温速率升温至1210～1260℃保温10～30h；第四段加热为炉冷至1140～1160℃或1110～1140℃保温5～10h；
二次锻造：采用单向拔长的方式，锻造温度控制在900～1100℃；
二次轧制：采用单向轧制的方式，轧制温度控制在900～1050℃；
冷却：锻造或轧制完成后采用缓冷坑缓冷或砂冷的方式冷却，冷却结束温度≤300℃。
3.根据权利要求2所述的可控共晶碳化物高强高韧冷作模具钢的生产方法，其特征在于，所述中频感应炉冶炼工序，在白渣下加入稀土添加剂；保护气氛电渣炉二次精炼工序，在电渣精炼前20～60min向电渣炉内通入高纯氩气作为保护气。
4.根据权利要求3所述的可控共晶碳化物高强高韧冷作模具钢的生产方法，其特征在于，所述锻造或轧制工序，常规锻造或轧制方式中的加热步骤第三段，锻造在1140～1160℃保温2～10h；轧制在1110～1140℃保温2～10h；
高温扩散退火+锻造或轧制方式、高温扩散退火+锻造或轧制+高温扩散退火+锻造或轧制方式中的加热步骤第四段，锻造在1140～1160℃保温5～10h；轧制在1110～1140℃保温5～10h。
5.根据权利要求4所述的可控共晶碳化物高强高韧冷作模具钢的生产方法，其特征在于，所述超细化工序，包括固溶、高温回火两个步骤，
（1）固溶：采用四段式加热方式，第一段为以20～30℃/h的升温速率升温至550～650℃保温2～4h；第二段为以60～80℃/h的升温速率升温至750～850℃保温3～5h；第三段加热为以100～120℃/h的升温速率升温至1080～1100℃保温1～3h；第四段加热为炉冷至550～650℃保温1～3h后，出炉空冷至室温；
（2）高温回火：以60～80℃/h的升温速率升温至700～790℃保温1～3h，空冷至室温。
6.根据权利要求5所述的可控共晶碳化物高强高韧冷作模具钢的生产方法，其特征在于，所述退火工序，采用两段式加热方式，第一段为以60～80℃/h的升温速率升温至830～870℃保温3～5h，第二段加热为炉冷至720～740℃保温8～12h，然后炉冷至450～550℃出炉空冷。
7.根据权利要求6所述的可控共晶碳化物高强高韧冷作模具钢的生产方法，其特征在于，所述热处理工序，包括淬火、一次回火、二次回火三个步骤，
（1）淬火：采用三段式加热方式，第一段为以40～60℃/h的升温速率升温至550～650℃保温0.5～2h；第二段为以60～80℃/h的升温速率升温至750～850℃保温0.5～2h；第三段加热为以100～120℃/h的升温速率升温至1070～1110℃保温0.5～3h，然后空冷至室温；
（2）一次回火：以60～80℃/h的升温速率升温至570～610℃保温2～3h，出炉空冷至室温；
（3）二次回火：以60～80℃/h的升温速率升温至520～560℃保温2～3h，出炉空冷至室温。
8.根据权利要求2-7任一项所述的可控共晶碳化物高强高韧冷作模具钢的生产方法，其特征在于，所述深冷处理工序，包括淬火、一次回火、深冷处理、二次回火、三次回火五个步骤，
（1）淬火：采用三段式加热方式，第一段为以40～60℃/h的升温速率升温至550～650℃保温0.5～2h；第二段为以60～80℃/h的升温速率升温至750～850℃保温0.5～2h；第三段加热为以100～120℃/h的升温速率升温至1070～1110℃保温0.5～3h，然后空冷至室温；
（2）一次回火：以60～80℃/h的升温速率升温至160～180℃保温1～2h，出炉空冷至室温；
（3）深冷处理：以50～100℃/h的降温速率冷却至-100～-170℃保温1～2h，在空气中回温至室温；然后再次以50～100℃/h的降温速率冷却至-100～-170℃保温1～2h，在空气中回温至室温；
（4）二次回火：以60～80℃/h的升温速率升温至160～180℃保温1～2h，出炉空冷至室温；
（5）三次回火：以60～80℃/h的升温速率升温至570～610℃保温2～3h，出炉空冷至室温。
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