CN111593257B - 一种高韧性、高热稳定性热作模具钢及其制备方法 - Google Patents

一种高韧性、高热稳定性热作模具钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高韧性、高热稳定性热作模具钢的制备方法，通过合金成分优化，同时对生产过程严格把控，具体工艺路线如下：同时采用电炉冶炼、钢包精炼炉精炼、真空精炼炉精炼、电极坯浇铸、保护气氛电渣炉重熔、锻造、超细化处理、球化退火生产工艺。本发明还涉及一种采用上述制备方法制备的高韧性、高热稳定性热作模具钢。该产品退火态显微组织结构均匀，有较好的球化组织及细小均匀的晶粒分布，淬回火组织均匀，Mo、Cr碳化物的细小析出相在使用过程中起着弥散强化作用，提高了材料的性能，使材料具有高韧性、高等向性。该产品可广泛用于制造热挤压模具，芯棒、模锻锤的锤模，锻造压力机模具，精锻机用模具，尤其可作为以铝、铜及其合金的高端压铸模。

Description

一种高韧性、高热稳定性热作模具钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种模具钢及其制备方法，特别是一种高韧性、高热稳定性热作模具钢及其制备方法。
背景技术
随着我国工业的发展，模具钢的需求量迅速增加。在机械行业诸多产品中，模具被列为重点支持发展的产业，极大地促进了模具工业的发展。热作模具一般是在高温、热冲击等恶劣工作条件下工作的，因此要求热作模具钢具有优良的综合性能。
H13钢在600℃以下工作，具有良好的热稳定性和抗热疲劳性能，较好的强韧性结合，但在600℃以上，材料的强度和热稳定性急剧下降，失去了原来的优异性能。而高耐热性的H21钢在高温条件下抗热疲劳性能较差，模具常常因发生龟裂纹而失效，这大大降低了模具的使用寿命，增加了生产成本。
因此，期望提供一种热作模具钢的制备方法，以H13钢为基础，采用低Si、高Mo、低V合金元素设计理念来进行成分设计，使得制备后的产品有较好的组织性能和力学性能更好地适应现代生产对高端模具的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高韧性、高热稳定性热作模具钢的制备方法，产品退火态显微组织结构均匀，有较好的球化组织及细小均匀的晶粒分布，淬回火组织均匀，Mo、Cr碳化物的细小析出相在使用过程中起着弥散强化作用，提高了材料的性能，使材料具有高韧性、高等向性。
为达到上述发明的目的，一种高韧性、高热稳定性热作模具钢的制备方法，主要步骤如下：
S1、电炉冶炼：
按照热作模具钢的组分含量进行生铁和合金料的配料，在电炉中熔化冶炼，钢水温度≥1650℃氧化扒渣，扒渣后加入硅铁合金、石灰和萤石，出钢温度≥1260℃，出钢过程中加铝丝进行脱氧；
其中，热作模具钢的组分含量为，按质量百分比，C0.35％～0.40％、Mn0.40％～0.60％、Si0.10％～0.30％、S≤0.003％、P≤0.010％、Cr4.75％～5.50％、Mo1.75％～1.95％、V0.40％～0.65％、Ni≤0.20％、Cu≤0.20％，其余为Fe，且残余气体含量为，H≤2.0ppm、O≤13ppm、N≤90ppm；
S2、钢包精炼炉精炼：
钢包精炼炉座包加热，并加渣料CaO、CaF2、C-Si粉还原调整好渣系；
S3、真空精炼炉精炼：
真空精炼炉逐级进泵，真空度达67Pa，保真空时间≥15分钟，确保残余气体H≤1.5ppm，真空脱气结束以后，取样分析，成分合格后吹入氩气至吊包，软吹氩气的时间为18～39min，吊包温度为1550～1568℃；
S4、浇铸电极坯：
预热锭模为40～60℃，然后对锭模充入氩气，每个锭模充氩气时间为3～5min，然后撤出氩气管，用盖子将锭模盖好后进行浇铸，浇铸全过程采用加挂石棉布的氩气保护浇铸件进行保护，氩气保护流量为15～26m3/h，浇铸时间为4～8min，电极坯直径为400～908mm，3～5h后脱模；
S5、电极坯退火：
将步骤S4中脱模后的电极坯进行退火，退火温度710～760℃，保温时间1～1.5min/mm，炉冷至300～350℃出炉；
S6、电渣重熔：
采用步骤S5得到的电极坯，表面抛光，采用氟化钙和氧化铝二元渣系进行冶炼，电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为7～10kg/min，终点熔速值为5.0～8.0kg/min，得到电渣锭，然后停电炉冷80～100min后送锻造工序；
S7、锻造：
将步骤S6中得到的电渣锭加热至1240～1280℃，保温15～30h进行扩散均质化，然后经墩粗拔长锻造开坯，进行X、Y和Z三个方向多向拔长至成品尺寸，然后一次水冷到坯料芯部温度≤500℃；
S8、超细化处理：
将步骤S7得到的工件置入加热炉中随炉升温至1040～1100℃，保温后，采用直接水冷方式进行冷却；
S9、球化退火：
将步骤S8得到的工件置入退火炉中，加热至830～860℃，保温15～30h，进行球化退火。
优选地，在步骤S1中，出钢过程中，铝丝按照1kg/t加入进行脱氧。
优选地，在步骤S2中，当钢水温度≥1570℃，渣变白，取样分析，调整成份。
优选地，在步骤S2中，当钢水温度≥1650℃，白渣时间≥30分钟，加入火砖块2～3kg/吨调整好炉渣流动性，喂AL线，按目标控制铝含量。
优选地，在步骤S3中，吹入氩气的方式为软吹。
优选地，步骤S8中，保温时间按照1.3～1.5min/mm计算。
优选地，步骤S8中，采用直接水冷方式进行冷却的具体步骤为，出炉空冷至表面860～900℃时，快速放入25～30℃的水中进行冷却，水冷至中心温度860～890℃后，空冷15～20min，出水表面温度≤150℃，使得工件表面最高返温温度为200-250℃后入炉进行球化退火。
本发明的另一个目的在于提供一种采用上述制备方法制备的高韧性、高热稳定性热作模具钢。
优选地，所述热作模具钢的组分含量为，按质量百分比，C0.35％～0.40％、Mn0.40％～0.60％、Si0.10％～0.30％、S≤0.003％、P≤0.010％、Cr4.75％～5.50％、Mo1.75％～1.95％、V0.40％～0.65％、Ni≤0.20％、Cu≤0.20％，其余为Fe。
优选地，所述热作模具钢在室温的热传率为28.2～28.5w/m·k；所述热作模具钢在100℃的热膨胀系数为10.8～10.9×10-6/℃，所述热作模具钢在100℃的热传率为28.4～28.7w/m·k；所述热作模具钢在200℃的热膨胀系数为11.2～11.4×10-6/℃，所述热作模具钢在100℃的热传率为28.8～29.1w/m·k；所述热作模具钢在300℃的热膨胀系数为11.8～12.0×10-6/℃，所述热作模具钢在300℃的热传率为27.8～28.1w/m·k；所述热作模具钢在400℃的热膨胀系数为12.0～12.3×10-6/℃，所述热作模具钢在400℃的热传率为27.2～27.5w/m·k；所述热作模具钢在500℃的热膨胀系数为12.3～12.6×10-6/℃，所述热作模具钢在500℃的热传率为26.6～26.8w/m·k；所述热作模具钢在600℃的热膨胀系数为12.6～12.8×10-6/℃，所述热作模具钢在600℃的热传率为26.2～26.5w/m·k。
本发明的一种高韧性、高热稳定性热作模具钢的制备方法，跟现有技术相比具有以下优点：
(1)通过对制备工艺的改进结合组分含量的改变，使得钢的纯净度提升。其中P≤0.010％，S≤0.002％，残余气体含量N≤90ppm，H≤1.5ppm，O≤13ppm，同时通过对冶炼原料的精选、炼钢工艺的优化、浇注工艺关键控制点的管控，如如浇钢温度、浇注速度，实现对电极坯成份偏析、夹杂物含量的精准控制；
(2)通过保护气氛冶炼、合适的恒熔速控制、合理的预熔渣选择、电极坯冶炼顺序保证了电渣锭的纯净度，近一步改善结晶组织、成分偏析，尤其是液析碳化物的控制、致密度
(3)通过超高温长时间的高温扩散，有效溶解和扩散碳化物，大幅改善电渣锭成分偏析；
(4)通过多向变形、充分破碎和压实铸态组织，配合高温扩散，更有效改善带状和各向异性；
(5)通过锻后直接入水冷却，通过热模拟软件Deform-HT对不同规格尺寸坯料制定相应冷却工艺，保证坯料芯部温度≤500℃，充分抑制了网状碳化物的析出和奥氏体晶粒长大
(6)通过直接入水冷却，通过热模拟软件Deform-HT对不同规格尺寸坯料制定相应冷却工艺，保证坯料芯部温度300-500℃；
(7)本发明提出一种具有高韧性、高等向性的高级热作模具钢HS350，其中HS350为该热作模具钢的牌号名称，该产品退火态显微组织结构均匀，有较好的球化组织及细小均匀的晶粒分布，淬回火组织均匀，Mo、Cr碳化物的细小析出相在使用过程中起着弥散强化作用，提高了材料的性能，使材料具有高韧性、高等向性。该产品可广泛用于制造热挤压模具，芯棒、模锻锤的锤模，锻造压力机模具，精锻机用模具，尤其可作为以铝、铜及其合金的高端压铸模。
附图说明
图1为实施例1所得的模具钢的微观组织形貌；
图2为实施例2所得的模具钢的微观组织形貌；
图3为实施例3所得的模具钢的微观组织形貌；
图4为实施例4所得的模具钢的微观组织形貌；
图5为实施例5所得的模具钢的微观组织形貌。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明。
实施例1
一种热作模具钢，按照质量分数，其基本由如表1中的元素组成：
表1
Figure BDA0002194859800000041
一种高韧性、高热稳定性热作模具钢的制备方法，其制备方法如下：
S1、电炉冶炼：
按照表1中的热作模具钢的组分含量进行生铁和合金料的配料，在电炉中熔化冶炼，钢水温度1670℃氧化扒渣，扒渣后加入硅铁合金、石灰、萤石，出钢钢水温度1640℃，出钢过程中加铝丝1kg/t进行脱氧，发明人需要解释的是，当电炉内显示钢水温度1670℃时，渣料开始析出，此时需要进行氧化扒料；另外，加入过量的铝丝会混入钢水中形成杂质，而加入不足量的铝丝会导致钢水脱氧不充分，经过多次试验得出每吨钢水中加入1kg的铝丝脱氧效果最佳；
S2、钢包精炼炉精炼：
钢包精炼炉座包加热，并加渣料CaO、CaF2、C-Si粉还原调整好渣系；当钢水温度1590℃，渣变白，取样分析，调整成份；当钢水温度1680℃，白渣时间35分钟，加入火砖块3kg/吨调整好炉渣流动性，喂AL线，按目标控制铝含量；
S3、真空精炼炉精炼：
真空精炼炉逐级进泵，真空度达67Pa，保真空时间24分钟，确保残余气体H≤1.5ppm，真空脱气结束后，取样分析，成分合格后软吹入氩气至吊包，软吹氩气的时间为18min，吊包钢水温度为1560℃；氩气采用软吹的方式可以保证氩枪喷头距离液面较远，氩气流对钢水液面的冲击力较小，氩气射流穿入熔池较浅，接触面积较大。
S4、浇铸电极坯：
预热锭模为55℃，然后对锭模充入氩气，每个锭模充氩气时间为35min，然后撤出氩气管，用盖子将锭模盖好后进行浇铸，浇铸全过程采用加挂石棉布的氩气保护浇铸件进行保护，氩气保护流量为16m3/h，浇铸时间为5min，电极坯直径为560mm，3.5h后脱模；
S5、电极坯退火：
将步骤S4中脱模后的电极坯进行退火，退火温度760℃，保温时间1.5min/mm，炉冷至340℃出炉；
S6、电渣重熔：
采用步骤S5得到的电极坯，表面抛光，采用氟化钙和氧化铝二元渣系进行冶炼，电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为9.5kg/min，终点熔速值为8kg/min，得到电渣锭，然后停电炉冷100min后送锻造工序；
S7、锻造：
将步骤S6中得到的电渣锭加热至1260℃，保温28h进行扩散均质化，然后经墩粗拔长锻造开坯，进行X、Y和Z三个方向多向拔长至成品尺寸，然后一次水冷36min，空冷5min，表面返温280℃；
S8、超细化处理：
将步骤S7得到的工件置入加热炉中随炉升温至1050℃，保温后，采用直接水冷方式进行冷却；
S9、球化退火：
将步骤S8得到的工件置入退火炉中，加热至860℃，保温30h，进行球化退火。
步骤S8中，保温时间按照1.5min/mm计算；
步骤S8中，采用直接水冷方式进行冷却的具体步骤为，出炉空冷至表面880℃时，快速放入30℃的水中进行冷却，75min后，出水空冷20min，出水表面温度140℃，工件表面最高返温温度为240℃，入炉进行球化退火。
实施例2
一种热作模具钢，按照质量分数，其基本由如表2中的元素组成：
表2
Figure BDA0002194859800000061
S1、电炉冶炼：
按照表1中的热作模具钢的组分含量进行生铁和合金料的配料，在电炉中熔化冶炼，钢水温度1670℃氧化扒渣，扒渣后加入硅铁合金、石灰、萤石，出钢钢水温度1640℃，出钢过程中加铝1kg/t进行脱氧；
S2、钢包精炼炉精炼：
钢包精炼炉座包加热，并加渣料CaO、CaF2、C-Si粉还原调整好渣系；当钢水温度1590℃，渣变白，取样分析，调整成份；当钢水温度1680℃，白渣时间35分钟，加入火砖块3kg/吨调整好炉渣流动性，喂AL线，按目标控制铝含量；
S3、真空精炼炉精炼：
真空精炼炉逐级进泵，真空度达67Pa，保真空时间24分钟，确保残余气体H≤1.5ppm，真空脱气结束后，取样分析，成分合格后软吹入氩气至吊包，软吹氩气的时间为18min，吊包钢水温度为1560℃；
S4、浇铸电极坯：
预热锭模为55℃，然后对锭模充入氩气，每个锭模充氩气时间为35min，然后撤出氩气管，用盖子将锭模盖好后进行浇铸，浇铸全过程采用加挂石棉布的氩气保护浇铸件进行保护，氩气保护流量为16m3/h，浇铸时间为5min，电极坯直径为560mm，3.5h后脱模；
S5、电极坯退火：
将步骤S4中脱模后的电极坯进行退火，退火温度760℃，保温时间1.5min/mm，炉冷至340℃出炉；
S6、电渣重熔：
采用步骤S5得到的电极坯，表面抛光，采用氟化钙和氧化铝二元渣系进行冶炼，电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为9.6kg/min，终点熔速值为7.8kg/min，得到电渣锭，然后停电炉冷100min后送锻造工序；
S7、锻造：
将步骤S6中得到的电渣锭加热至1260℃，保温28h进行扩散均质化，然后经墩粗拔长锻造开坯，进行X、Y和Z三个方向多向拔长至成品尺寸，然后一次水冷40min，空冷5min，表面返温260℃；
S8、超细化处理：
将步骤S7得到的工件置入加热炉中随炉升温至1050℃，保温后，采用直接水冷方式进行冷却；
S9、球化退火：
将步骤S8得到的工件置入退火炉中，加热至860℃，保温30h，进行球化退火。
步骤S8中，保温时间按照1.5min/mm计算；
步骤S8中，采用直接水冷方式进行冷却的具体步骤为，出炉空冷至表面880℃时，快速放入30℃的水中进行冷却，78min后，出水空冷20min，出水表面温度135℃，工件表面最高返温温度为230℃，入炉进行球化退火。
实施例3
一种热作模具钢，按照质量分数，其基本由如表3中的元素组成：
表3
Figure BDA0002194859800000071
S1、电炉冶炼：
按照表1中的热作模具钢的组分含量进行生铁和合金料的配料，在电炉中熔化冶炼，钢水温度1670℃氧化扒渣，扒渣后加入硅铁合金、石灰、萤石，出钢钢水温度1640℃，出钢过程中加铝1kg/t进行脱氧；
S2、钢包精炼炉精炼：
钢包精炼炉座包加热，并加渣料CaO、CaF2、C-Si粉还原调整好渣系；当钢水温度1590℃，渣变白，取样分析，调整成份；当钢水温度1680℃，白渣时间35分钟，加入火砖块3kg/吨调整好炉渣流动性，喂AL线，按目标控制铝含量；
S3、真空精炼炉精炼：
真空精炼炉逐级进泵，真空度达67Pa，保真空时间24分钟，确保残余气体H≤1.5ppm，真空脱气结束后，取样分析，成分合格后软吹入氩气至吊包，软吹氩气的时间为18min，吊包钢水温度为1560℃；
S4、浇铸电极坯：
预热锭模为55℃，然后对锭模充入氩气，每个锭模充氩气时间为35min，然后撤出氩气管，用盖子将锭模盖好后进行浇铸，浇铸全过程采用加挂石棉布的氩气保护浇铸件进行保护，氩气保护流量为16m3/h，浇铸时间为5min，电极坯直径为560mm，3.5h后脱模；
S5、电极坯退火：
将步骤S4中脱模后的电极坯进行退火，退火温度760℃，保温时间1.5min/mm，炉冷至340℃出炉；
S6、电渣重熔：
采用步骤S5得到的电极坯，表面抛光，采用氟化钙和氧化铝二元渣系进行冶炼，电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为9.1kg/min，终点熔速值为8.3kg/min，得到电渣锭，然后停电炉冷100min后送锻造工序；
S7、锻造：
将步骤S6中得到的电渣锭加热至1260℃，保温28h进行扩散均质化，然后经墩粗拔长锻造开坯，进行X、Y和Z三个方向多向拔长至成品尺寸，然后一次水冷37min，空冷5min，表面返温270℃；
S8、超细化处理：
将步骤S7得到的工件置入加热炉中随炉升温至1050℃，保温后，采用直接水冷方式进行冷却；
S9、球化退火：
将步骤S8得到的工件置入退火炉中，加热至860℃，保温30h，进行球化退火。
步骤S8中，保温时间按照1.5min/mm计算；
步骤S8中，采用直接水冷方式进行冷却的具体步骤为，出炉空冷至表面880℃时，快速放入30℃的水中进行冷却，68min后，出水空冷20min，出水表面温度124℃，工件表面最高返温温度为250℃，入炉进行球化退火。
实施例4
一种热作模具钢，按照质量分数，其基本由如表4中的元素组成：
表4
Figure BDA0002194859800000091
S1、电炉冶炼：
按照表1中的热作模具钢的组分含量进行生铁和合金料的配料，在电炉中熔化冶炼，钢水温度1670℃氧化扒渣，扒渣后加入硅铁合金、石灰、萤石，出钢钢水温度1640℃，出钢过程中加铝1kg/t进行脱氧；
S2、钢包精炼炉精炼：
钢包精炼炉座包加热，并加渣料CaO、CaF2、C-Si粉还原调整好渣系；当钢水温度1590℃，渣变白，取样分析，调整成份；当钢水温度1680℃，白渣时间35分钟，加入火砖块3kg/吨调整好炉渣流动性，喂AL线，按目标控制铝含量；
S3、真空精炼炉精炼：
真空精炼炉逐级进泵，真空度达67Pa，保真空时间24分钟，确保残余气体H≤1.5ppm，真空脱气结束后，取样分析，成分合格后软吹入氩气至吊包，软吹氩气的时间为18min，吊包钢水温度为1560℃；
S4、浇铸电极坯：
预热锭模为55℃，然后对锭模充入氩气，每个锭模充氩气时间为35min，然后撤出氩气管，用盖子将锭模盖好后进行浇铸，浇铸全过程采用加挂石棉布的氩气保护浇铸件进行保护，氩气保护流量为16m3/h，浇铸时间为5min，电极坯直径为560mm，3.5h后脱模；
S5、电极坯退火：
将步骤S4中脱模后的电极坯进行退火，退火温度760℃，保温时间1.5min/mm，炉冷至340℃出炉；
S6、电渣重熔：
采用步骤S5得到的电极坯，表面抛光，采用氟化钙和氧化铝二元渣系进行冶炼，电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为9.3kg/min，终点熔速值为7.7kg/min，得到电渣锭，然后停电炉冷100min后送锻造工序；
S7、锻造：
将步骤S6中得到的电渣锭加热至1260℃，保温28h进行扩散均质化，然后经墩粗拔长锻造开坯，进行X、Y和Z三个方向多向拔长至成品尺寸，然后一次水冷38min，空冷5min，表面返温260℃；
S8、超细化处理：
将步骤S7得到的工件置入加热炉中随炉升温至1050℃，保温后，采用直接水冷方式进行冷却；
S9、球化退火：
将步骤S8得到的工件置入退火炉中，加热至860℃，保温30h，进行球化退火。
步骤S8中，保温时间按照1.5min/mm计算；
步骤S8中，采用直接水冷方式进行冷却的具体步骤为，出炉空冷至表面880℃时，快速放入30℃的水中进行冷却，70min后，出水空冷20min，出水表面温度135℃，工件表面最高返温温度为240℃，入炉进行球化退火。
实施例5
一种热作模具钢，按照质量分数，其基本由如表5中的元素组成：
表5
Figure BDA0002194859800000101
S1、电炉冶炼：
按照表1中的热作模具钢的组分含量进行生铁和合金料的配料，在电炉中熔化冶炼，钢水温度1670℃氧化扒渣，扒渣后加入硅铁合金、石灰、萤石，出钢钢水温度1640℃，出钢过程中加铝1kg/t进行脱氧；
S2、钢包精炼炉精炼：
钢包精炼炉座包加热，并加渣料CaO、CaF2、C-Si粉还原调整好渣系；当钢水温度1590℃，渣变白，取样分析，调整成份；当钢水温度1680℃，白渣时间35分钟，加入火砖块3kg/吨调整好炉渣流动性，喂AL线，按目标控制铝含量；
S3、真空精炼炉精炼：
真空精炼炉逐级进泵，真空度达67Pa，保真空时间24分钟，确保残余气体H≤1.5ppm，真空脱气结束后，取样分析，成分合格后软吹入氩气至吊包，软吹氩气的时间为18min，吊包钢水温度为1560℃；
S4、浇铸电极坯：
预热锭模为55℃，然后对锭模充入氩气，每个锭模充氩气时间为35min，然后撤出氩气管，用盖子将锭模盖好后进行浇铸，浇铸全过程采用加挂石棉布的氩气保护浇铸件进行保护，氩气保护流量为16m3/h，浇铸时间为5min，电极坯直径为560mm，3.5h后脱模；
S5、电极坯退火：
将步骤S4中脱模后的电极坯进行退火，退火温度760℃，保温时间1.5min/mm，炉冷至340℃出炉；
S6、电渣重熔：
采用步骤S5得到的电极坯，表面抛光，采用氟化钙和氧化铝二元渣系进行冶炼，电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为9.7kg/min，终点熔速值为7.4kg/min，得到电渣锭，然后停电炉冷100min后送锻造工序；
S7、锻造：
将步骤S6中得到的电渣锭加热至1260℃，保温28h进行扩散均质化，然后经墩粗拔长锻造开坯，进行X、Y和Z三个方向多向拔长至成品尺寸，然后一次水冷33min，空冷5min，表面返温240℃；
S8、超细化处理：
将步骤S7得到的工件置入加热炉中随炉升温至1050℃，保温后，采用直接水冷方式进行冷却；
S9、球化退火：
将步骤S8得到的工件置入退火炉中，加热至860℃，保温30h，进行球化退火。
步骤S8中，保温时间按照1.5min/mm计算；
步骤S8中，采用直接水冷方式进行冷却的具体步骤为，出炉空冷至表面880℃时，快速放入30℃的水中进行冷却，65min后，出水空冷20min，出水表面温度155℃，工件表面最高返温温度为270℃，入炉进行球化退火。
为了验证采用本发明的制备方法提供的热作模具钢的机械性能，发明人将实施例1至实施例5所得的模具钢分别取5件试样，进行电镜扫描，如图1至图5所示，和性能检测，检测数据如表6：
表6
Figure BDA0002194859800000121
由此可见，1，如图1-5所示，该模具材料球化退火态显微组织结构均匀，细小球状二次碳化物均匀分布于铁素体基体上，按NADCA#207-2011标准进行评级，级别≤AS5。该球化组织有利于奥氏体化过程充分溶解，减少未溶碳化物数量及尺寸。再经回火过程弥散析出，达到提高冲击韧性的目的；
2，该模具材料在淬火过程中大多数合金元素
固溶到基体中，在回火过程中从基体上弥散析出，主要为Mo、Cr的碳化物，正是这些细小析出相在使用过程中起着弥散强化作用，提高了材料的性能。该模具材料心部单个无缺口横向冲击功≥360J、平均无缺口横向冲击性能≥380J；
3，由实施例1-5所拍摄的微观组织照片可以得出，不存在液析碳化物。
为了验证采用本发明所提供的制备方法制备的模具钢，将实施例1-5所的模具钢置于不同的温度下，分别测定其热膨胀系数和传热率，其结果如表7；
表7
Figure BDA0002194859800000122
Figure BDA0002194859800000131
由此可见，采用本制备方法制备的模具钢具有高耐热性、高热稳定性。

Claims (8)

1.一种高韧性、高热稳定性热作模具钢的制备方法，其特征在于，主要步骤如下：
S1、电炉冶炼：
按照热作模具钢的组分含量进行生铁和合金料的配料，在电炉中熔化冶炼，钢水温度≥1650℃氧化扒渣，扒渣后加入硅铁合金、石灰和萤石，出钢温度≥1260℃，出钢过程中，铝丝按照1kg/t加入进行脱氧；
其中，热作模具钢的组分含量为，按质量百分比，C0.35％～0.40％、Mn0.40％～0.60％、Si0.10％～0.30％、S≤0.003％、P≤0.010％、Cr4.75％～5.50％、Mo1.75％～1.95％、V0.40％～0.65％、Ni≤0.20％、Cu≤0.20％，其余为Fe，且残余气体含量为，H≤2.0ppm、O≤13ppm、N≤90ppm；
S2、钢包精炼炉精炼：
钢包精炼炉座包加热，并加渣料CaO、CaF2、C-Si粉还原调整好渣系；
S3、真空精炼炉精炼：
真空精炼炉逐级进泵，真空度达67Pa，保真空时间≥15分钟，确保残余气体H≤1.5ppm，真空脱气结束以后，取样分析，成分合格后吹入氩气至吊包，软吹氩气的时间为18～39min，吊包温度为1550～1568℃；
S4、浇铸电极坯：
预热锭模为40～60℃，然后对锭模充入氩气，每个锭模充氩气时间为3～5min，然后撤出氩气管，用盖子将锭模盖好后进行浇铸，浇铸全过程采用加挂石棉布的氩气保护浇铸件进行保护，氩气保护流量为15～26m3/h，浇铸时间为4～8min，电极坯直径为400～908mm，3～5h后脱模；
S5、电极坯退火：
将步骤S4中脱模后的电极坯进行退火，退火温度710～760℃，保温时间1～1.5min/mm，炉冷至300～350℃出炉；
S6、电渣重熔：
采用步骤S5得到的电极坯，表面抛光，采用氟化钙和氧化铝二元渣系进行冶炼，电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为7～10kg/min，终点熔速值为5.0～8.0kg/min，得到电渣锭，然后停电炉冷80～100min后送锻造工序；
S7、锻造：
将步骤S6中得到的电渣锭加热至1240～1280℃，保温15～30h进行扩散均质化，然后经墩粗拔长锻造开坯，进行X、Y和Z三个方向多向拔长至成品尺寸，然后一次水冷到坯料芯部温度≤500℃；
S8、超细化处理：
将步骤S7得到的工件置入加热炉中随炉升温至1040～1100℃，保温后，采用直接水冷方式进行冷却；采用直接水冷方式进行冷却的具体步骤为，出炉空冷至表面860～900℃时，快速放入25～30℃的水中进行冷却，水冷至中心温度860～890℃后，空冷15～20min，出水表面温度≤150℃，使得工件表面最高返温温度为200-250℃后入炉进行球化退火；
S9、球化退火：
将步骤S8得到的工件置入退火炉中，加热至830～860℃，保温15～30h，进行球化退火。
2.根据权利要求1所述的一种高韧性、高热稳定性热作模具钢的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，当钢水温度≥1570℃，渣变白，取样分析，调整成份。
3.根据权利要求2所述的一种高韧性、高热稳定性热作模具钢的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，当钢水温度≥1650℃，白渣时间≥30分钟，加入火砖块2～3kg/吨调整好炉渣流动性，喂Al 线，按目标控制铝含量。
4.根据权利要求1所述的一种高韧性、高热稳定性热作模具钢的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，吹入氩气的方式为软吹。
5.根据权利要求1所述的一种高韧性、高热稳定性热作模具钢的制备方法，其特征在于，步骤S8中，保温时间按照1.3～1.5min/mm计算。
6.根据权利要求1至5任一项所述的制备方法制备得到的一种高韧性、高热稳定性热作模具钢。
7.根据权利要求6所述的一种高韧性、高热稳定性热作模具钢，其特征在于，所述热作模具钢的组分含量为，按质量百分比，C0.35％～0.40％、Mn0.40％～0.60％、Si0.10％～0.30％、S≤0.003％、P≤0.010％、Cr4.75％～5.50％、Mo1.75％～1.95％、V0.40％～0.65％、Ni≤0.20％、Cu≤0.20％，其余为Fe。
8.根据权利要求7所述的一种高韧性、高热稳定性热作模具钢，其特征在于，所述热作模具钢在室温的热传率为28.2～28.5w/m·k；所述热作模具钢在100℃的热膨胀系数为10.8～10.9×10-6/℃，所述热作模具钢在100℃的热传率为28.4～28.7w/m·k；所述热作模具钢在200℃的热膨胀系数为11.2～11.4×10-6/℃，所述热作模具钢在100℃的热传率为28.8～29.1w/m·k；所述热作模具钢在300℃的热膨胀系数为11.8～12.0×10-6/℃，所述热作模具钢在300℃的热传率为27.8～28.1w/m·k；所述热作模具钢在400℃的热膨胀系数为12.0～12.3×10-6/℃，所述热作模具钢在400℃的热传率为27.2～27.5w/m·k；所述热作模具钢在500℃的热膨胀系数为12.3～12.6×10-6/℃，所述热作模具钢在500℃的热传率为26.6～26.8w/m·k；所述热作模具钢在600℃的热膨胀系数为12.6～12.8×10-6/℃，所述热作模具钢在600℃的热传率为26.2～26.5w/m·k。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112795843A (zh) * 2020-12-28 2021-05-14 武钢集团襄阳重型装备材料有限公司 一种热作模具钢及其制备方法
CN113604731A (zh) * 2021-07-05 2021-11-05 昆山东大特钢制品有限公司 一种高镜面且耐腐蚀的塑胶模具钢及其生产工艺
CN113584379A (zh) * 2021-07-05 2021-11-02 昆山东大特钢制品有限公司 一种低碳高硬度高韧性结合的模具钢及其生产工艺
CN113584380A (zh) * 2021-07-05 2021-11-02 昆山东大特钢制品有限公司 一种高硬度高韧性的防锈模具钢及其生产工艺
CN113604732A (zh) * 2021-07-05 2021-11-05 昆山东大特钢制品有限公司 一种耐高温和高韧性的新型热作模具钢及其生产工艺
CN113249547B (zh) * 2021-07-09 2021-11-05 北京科技大学 一种h13热作模具钢中细化夹杂物的冶炼方法
CN113549838A (zh) * 2021-09-22 2021-10-26 中特泰来模具技术有限公司 一种超低氧氮中高耐热性热作模具钢锻件及其制备方法
CN113999955A (zh) * 2021-10-10 2022-02-01 扬州市龙江工矿机械有限公司 一种隔热件的锻造模具及其成型工艺
CN114134392B (zh) * 2021-12-08 2022-05-17 唐山志威科技有限公司 高纯净度高硬度zw680塑料模具钢的制备方法
CN114438394B (zh) * 2022-01-26 2022-12-13 江苏宏晟模具钢材料科技有限公司 一种预硬型高抛光塑胶模具钢的生产工艺
CN114540703B (zh) * 2022-01-26 2022-09-27 江苏宏晟模具钢材料科技有限公司 一种高韧性、高抛光性、耐腐蚀的塑胶模具钢及其制备方法
CN114540699B (zh) * 2022-02-28 2022-12-13 江苏宏晟模具钢材料科技有限公司 一种高性能热作模具钢及其制备方法
CN114645200B (zh) * 2022-03-11 2023-01-10 珠海市龙圣模具材料有限公司 一种高韧性、高热稳定性模具钢及其制备方法
CN114737138B (zh) * 2022-04-14 2022-09-23 唐山志威科技有限公司 一种高镜面、高韧性超大截面zw863模具钢
CN114875320B (zh) * 2022-05-05 2022-12-02 唐山志威科技有限公司 一种高韧性、高等向性zw851热作模具钢
CN115109986B (zh) * 2022-07-11 2023-10-10 中国铁建重工集团股份有限公司 一种大尺寸电渣重熔高锰钢锻坯及其制造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004269981A (ja) * 2003-03-10 2004-09-30 Daido Steel Co Ltd 棒鋼の製造方法
JP2013213255A (ja) * 2012-04-02 2013-10-17 Sanyo Special Steel Co Ltd 熱間金型鋼
CN107488813B (zh) * 2017-08-10 2018-07-27 唐山志威科技有限公司 高韧性、高等向性zw868热作模具钢的制备方法
CN107653416B (zh) * 2017-08-10 2019-03-19 唐山志威科技有限公司 一种具有高韧性、高等向性的高级热作模具钢zw868
CN109913768B (zh) * 2019-04-30 2020-05-22 浙江自贸区北重金属科技有限公司 一种电渣重熔热作模具钢及其制备方法
CN110791620B (zh) * 2019-12-10 2021-10-26 湖北日盛科技有限公司 一种热作模具钢超细化热处理方法

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