CN114540703B - 一种高韧性、高抛光性、耐腐蚀的塑胶模具钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高韧性，高抛光性，高耐腐蚀性的塑胶模具钢的制备方法，在2Cr13钢成分基础上，采用Ni、Mo、V微合金化的成分设计理念来进行成分设计，工艺路线如下：采用电炉冶炼、钢包精炼炉精炼、真空精炼炉精炼、惰性气体保护电极坯浇铸、保护气氛恒熔速电渣炉重熔、高温均质化处理、多向锻造、锻后预处理、超细化处理生产工艺。本发明还涉及一种高韧性，高抛光性，高耐腐蚀性的塑胶模具钢，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、V碳化物的细小析出相在使用过程中起着弥散强化作用，同时适量的Ni元素可增加淬透性，细化晶粒，起到增加钢的韧性和抗疲性。
Description
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、高抛光性、耐腐蚀的塑胶模具钢及其制备方法。
背景技术
随着现代化工业的发展，模具的应用越来越广泛，在汽车、电子、仪器仪表、家电、航空航天、建材、电机和通讯器材等产品中，约60％-80％的零部件都要依靠模具加工成型，因此被称为“工业之母”。据估计，模具可带动相关产业的比例大约是1:100，即模具发展1亿元，可带动相关产业100亿元。
世界模具行业工业总产值保持持续增长，目前我国模具钢材料生产总量已位居世界前列，模具钢材料生产企业众多。但模具钢材料的品种和质量水平在总体上要比德、美等国家落后，具体表现为：技术含量和附加值低的模具钢材料已供过于求，国内厂商间处于白热化竞争阶段。而技术和附加值含量较高的中、高档模具钢材料还远不能适应我国国民经济发展的需要，不能用于制作诸如大型、精密、复杂、高寿命的发动机、电机等压铸模具、新能源汽车车体、电池盒、轿车覆盖件模具等。大部分仍需要从国外进口，年进口量超过10万吨。但从国外进口模具钢材料存在成本高、制作周期长等不足，为了满足行业发展和客户使用的需求，急需设计并生产出一种新型塑胶模具钢在满足客户使用条件下逐步替代进口材料，为客户实现利益最大化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高韧性、高抛光性、耐腐蚀的塑胶模具钢的制备方法，在2Cr13钢成分基础上，采用Ni、Mo、V微合金化的成分设计理念来进行成分设计，制备的塑胶模具钢，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。
为达到上述发明的目的，一种高韧性、高抛光性、耐腐蚀的塑胶模具钢的制备方法，其特征在于，主要步骤如下：
S1、电炉冶炼：
根据冶炼钢种的化学组分含量预先进行废钢和合金料的配料准备，在电炉中进行废钢的冶炼，钢水温度≥1630℃，进行氧化扒渣，扒渣后加入合金料并使其完全熔化，而后加入石灰和萤石，形成碱性炉渣，对电炉中熔化的钢水进行脱磷脱硫处理；当钢水温度≥1620℃，加铝丝进行脱氧，而后出钢；
其中，所述冶炼钢种的化学组分含量质量百分比，C 0.23～0.28％、Mn 0.40～0.70％、Si 0.25～0.40％、S≤0.001％、P≤0.010％、Cr 13.0～14.0％、Mo+V+Ni 1.00～1.50％、Cu≤0.08％，其余为Fe，且残余气体含量为，H≤1.5ppm、O≤13ppm、N≤140ppm。在2Cr13钢成分基础上，采用Ni、Mo、V微合金化的成分设计理念来进行成分设计，提高塑胶模具钢材料的淬透性，同时要保证其强韧性和耐磨性；
S2、钢包精炼炉精炼：
电炉冶炼后钢水转入钢包，吊运到精炼炉座上，并加渣料CaO、CaF2和C-Si粉还原造好一次白渣，主要去除钢水中的酸性夹杂物；而后根据所述精炼炉座内钢水的实际成分与目标成分的偏差添加相应的合金料，完成成分微调、脱硫、脱氧作业；操作结束后去除白渣，然后重新加热至钢水温度≥1620℃，添加CaO、CaF2、C-Si粉和红砖头进行二次造白渣，有益于去除钢水中碱性夹杂物；
S3、真空精炼炉精炼：
真空精炼炉逐级进泵，最终真空度≥67Pa，两次维持真空时间15分钟以上，残余气体氮目标值≤140ppm；脱气结束后，取样分析，成分合格后吹入氩气至吊包；
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，而后脱模
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840～880℃，保温时间8～18h，炉冷至300～380℃出炉，退火后锯切冒口和锭尾；
S6、电渣重熔：
采用步骤S5得到的电极坯，采用车床进行表面机加工处理，去除表面氧化铁皮；200～350℃预热后，在电极坯的尾部焊接假电极，随后放入电渣炉中；对电极坯预热的目的在于去除电极坯表面的附着水，并抑制空气中的水吸附在电极坯表面；
采用CaF2、Al2O3、CaO配置成三元渣，然后对三元渣进行预熔并进行二次精炼提纯，使得三元渣中SiO2≤0.6％、FeO≤0.15％，降低三元渣中O的含量，提高电渣重熔过程中三元渣对钢水中夹杂物的去除能力；而后在保护气氛下冷却至室温；
对三元渣进行预热至650～850℃，去除三元渣表面的游离水和渣中的结晶水；而后将三元渣加入到电渣炉内进行电渣重熔冶炼，得到电渣锭；
S7、锻造：
将步骤S6中得到的电渣锭进行加热至加热温度1250～1280℃，保温22～35h，进行高温扩散均质化，使得电渣锭中的合金元素均匀分布；然后经镦粗拔长锻造开坯，进行X、Y和Z三个方向多向镦粗拔长至成品尺寸；由于电渣锭长时间高温扩散均质化，导致内部奥氏体晶粒粗大，后续采用低温大变形锻造，最后一火前保温温度为950～1100℃，最后一火锻造比≥2；
S8、锻后预处理：
将步骤S7中得到的锻坯一次水冷到坯料芯部温度≤450℃；然后装入热处理炉，进行完全退火+等温退火处理，消除锻坯中组织遗传，获得均匀的等轴奥氏体晶粒；
S9、超细化处理：
将步骤S8得到的工件置入加热炉中随炉升温至1000～1100℃，保温后，采用直接淬水的方式进行极限冷却控制，保证坯料整体均匀冷却和高的冷却速率：冷后芯部温度≤350℃；冷却结束后将工件置入退火炉中，加热至860～890℃，保温15～30h，炉冷到730-750℃，保温25～50h进行球化退火。
具体地，在步骤S1中，所述合金料为铬铁合金料、钒铁合金料、硅铁合金料、钼铁合金料、镍铁合金料和锰铁合金料；在电炉中加入废钢并加热使其完全熔化后，先加入硅铁合金料，对钢水进行预脱氧处理，而后再加入其它5种合金料，其他5种合金料无前后添加顺序。
进一步地，在步骤S1中，所述碱性炉渣的碱度范围为2～2.5，碱性炉渣的碱度过低，对钢水中的酸性杂质去除不彻底，碱性炉渣的碱度过高，造成碱性炉渣的浪费，增加生产成本。
具体地，在步骤S2中，一次造白渣中，吨钢添加量为，CaO 20～23kg，CaF2 3～3.5kg，C-Si粉3～4kg；二次造白渣中，吨钢添加量为：CaO 20～23kg，CaF2 3～3.5kg，C-Si粉3～4k g，红砖头1.8～2.2kg；二次造白渣中如此配比，降低白渣的碱度，利于钢水中碱性夹杂物的去除。
具体地，在步骤S3中，吹氩气的时间为≥10min，吊包温度为1545～1555℃，保证钢水中的夹杂物充分上浮，被渣吸附去除。
具体地，在步骤S4中，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500～750mm，3～5h后脱模，充分隔绝外界空气中的氧进入到钢水中，造成氧化，同时避免氩气混入钢水中，保证后续凝固的电极坯无气孔。
具体地，在步骤S6中，电渣重熔冶炼的具体步骤为：电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为8～10kg/min，终点熔速值为7～9kg/min，得到电渣锭，然后停电炉冷90～120min后送锻造工序。起点熔速值为8～10kg/min为低熔速，低熔速冶炼会使得在电渣重熔过程中形成浅平熔池，降低合金元素的成分偏析程度。
具体地，在步骤S8中，完全退火+等温退火处理的具体步骤为，将锻坯加热至880～900℃，保温15～20h，炉冷到650-700℃，保温30～40h。
本发明的另一个目的在于提供一种采用上述的制备方法制备得到的一种高韧性、高抛光性、耐腐蚀的塑胶模具钢。
本发明的一种高韧性、高抛光性、耐腐蚀的塑胶模具钢的制备方法，跟现有技术相比具有以下优点：
(1)在2Cr13钢成分基础上，采用Ni、Mo、V微合金化的成分设计理念来进行成分设计，制备的塑胶模具钢，纯净度高，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，预硬后具有高镜面抛光性、高淬透性，高韧性、高耐腐蚀性和高耐磨性；
(2)在钢包精炼炉精炼过程中，通过二次造白渣，进一步去除钢水中的夹杂物，保证电极坯的纯净度；
(3)采用CaF2、Al2O3、CaO配置成三元渣，然后对三元渣进行预熔并进行二次精炼提纯，使得三元渣中SiO2≤0.6％、FeO≤0.15％，降低三元渣中O的含量，提高电渣重熔过程中三元渣对钢水中夹杂物的去除能力；
(4)本发明制备的塑胶模具钢具备良好的抛光性、耐蚀性能、淬透性、强韧性、耐磨性，可以广泛应用于腐蚀性PVC、醋酸盐类等注塑模具、照相机镜头、镜片等光学零件用模具、医疗器械用产品模具、汽车上透明零件用模具等用途。
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
注:其余为Fe，且H≤1.5ppm，O≤13ppm，N≤140ppm
一种高韧性、高抛光性、耐腐蚀的塑胶模具钢的制备方法，步骤如下：
S1、电炉冶炼：
根据冶炼钢种的化学组分含量预先进行废钢和合金料的配料准备，在电炉中进行废钢的冶炼，钢水温度1650℃，进行氧化扒渣，扒渣后加入合金料并使其完全熔化，而后加入石灰和萤石，形成碱性炉渣，所述碱性炉渣的碱度范围为2.1，对电炉中熔化的钢水进行脱磷脱硫处理；当钢水温度1630℃，加铝丝进行脱氧，而后出钢；其中，所述合金料为铬铁合金料、钒铁合金料、硅铁合金料、钼铁合金料、镍铁合金料和锰铁合金料；在电炉中加入废钢并加热使其完全熔化后，先加入硅铁合金料，而后再加入其它5种合金料；
S2、钢包精炼炉精炼：
电炉冶炼后钢水转入钢包，吊运到精炼炉座上，并加渣料CaO、CaF2和C-Si粉还原造好一次白渣，根据所述精炼炉座内钢水的实际成分与目标成分的偏差添加相应的合金料，完成成分微调、脱硫、脱氧作业；操作结束后去除白渣，然后重新加热至钢水温度≥1620℃，添加CaO、CaF2、C-Si粉和红砖头进行二次造白渣；其中，一次造白渣中，吨钢添加量为，Ca O 22kg，CaF2 3.2kg，C-Si粉3.5kg；二次造白渣中，吨钢添加量为：CaO 22kg，CaF23.2kg，C-Si粉3.5kg，红砖头2.0kg。
S3、真空精炼炉精炼：
真空精炼炉逐级进泵，最终真空度67Pa，两次维持真空时间20min，残余气体氮目标值≤140ppm；脱气结束后，取样分析，成分合格后吹入氩气至吊包；其中，吹氩气的时间为15min，吊包温度为1550℃。
S4、浇铸电极坯：
预热锭模为50℃，然后对锭模充入氩气，每个锭模充氩气时间为5min，然后撤出氩气管，用盖子将锭模盖好后进行浇铸，而后脱模；其中，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20m3/h，浇铸时间为7min，电极坯直径为730mm，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860℃，保温时间18h，炉冷至350℃出炉，退火后锯切冒口和锭尾；
S6、电渣重熔：
采用步骤S5得到的电极坯，采用车床进行表面机加工处理，去除表面氧化铁皮；300℃预热后，在电极坯的尾部焊接假电极，随后放入电渣炉中；
采用CaF2、Al2O3、CaO配置成三元渣，然后对三元渣进行预熔并进行二次精炼提纯，使得三元渣中SiO2 0.55％、FeO 0.15％；而后在保护气氛下冷却至室温；
对三元渣进行预热至800℃，而后将三元渣加入到电渣炉内进行电渣重熔冶炼，得到电渣锭；其中，电渣重熔冶炼的具体步骤为：电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为8kg/min，终点熔速值为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中得到的电渣锭进行加热至加热温度1280℃，保温35h，进行高温扩散均质化，然后经镦粗拔长锻造开坯，进行X、Y和Z三个方向多向镦粗拔长至成品尺寸，最后一火前保温温度为950℃，最后一火锻造比2.7；
S8、锻后预处理：
将步骤S7中得到的锻坯一次水冷到坯料芯部温度430℃；然后装入热处理炉，进行完全退火+等温退火处理；完全退火+等温退火处理的具体步骤为，将锻坯加热至890℃，保温18h，炉冷到680℃，保温35h；
S9、超细化处理：
将步骤S8得到的工件置入加热炉中随炉升温至1050℃，保温后，采用直接淬水的方式进行极限冷却控制，保证坯料整体均匀冷却和高的冷却速率：冷后芯部温度330℃；冷却结束后将工件置入退火炉中，加热至870℃，保温20h，炉冷到740℃，保温46h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
注:其余为Fe，且H≤1.5ppm，O≤13ppm，N≤140ppm
一种高韧性、高抛光性、耐腐蚀的塑胶模具钢的制备方法，步骤如下：
S1、电炉冶炼：
根据冶炼钢种的化学组分含量预先进行废钢和合金料的配料准备，在电炉中进行废钢的冶炼，钢水温度1645℃，进行氧化扒渣，扒渣后加入合金料并使其完全熔化，而后加入石灰和萤石，形成碱性炉渣，所述碱性炉渣的碱度范围为2.2，对电炉中熔化的钢水进行脱磷脱硫处理；当钢水温度1630℃，加铝丝进行脱氧，而后出钢；其中，所述合金料为铬铁合金料、钒铁合金料、硅铁合金料、钼铁合金料、镍铁合金料和锰铁合金料；在电炉中加入废钢并加热使其完全熔化后，先加入硅铁合金料，而后再加入其它5种合金料；
S2、钢包精炼炉精炼：
电炉冶炼后钢水转入钢包，吊运到精炼炉座上，并加渣料CaO、CaF2和C-Si粉还原造好一次白渣，根据所述精炼炉座内钢水的实际成分与目标成分的偏差添加相应的合金料，完成成分微调、脱硫、脱氧作业；操作结束后去除白渣，然后重新加热至钢水温度≥1620℃，添加CaO、CaF2、C-Si粉和红砖头进行二次造白渣；其中，一次造白渣中，吨钢添加量为，Ca O 22kg，CaF2 3.2kg，C-Si粉3.5kg；二次造白渣中，吨钢添加量为：CaO 22kg，CaF23.2kg，C-Si粉3.5kg，红砖头2.0kg。
S3、真空精炼炉精炼：
真空精炼炉逐级进泵，最终真空度67Pa，两次维持真空时间20min，残余气体氮目标值≤140ppm；脱气结束后，取样分析，成分合格后吹入氩气至吊包；其中，吹氩气的时间为15min，吊包温度为1548℃。
S4、浇铸电极坯：
预热锭模为50℃，然后对锭模充入氩气，每个锭模充氩气时间为5min，然后撤出氩气管，用盖子将锭模盖好后进行浇铸，而后脱模；其中，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20m3/h，浇铸时间为7min，电极坯直径为730mm，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860℃，保温时间18h，炉冷至350℃出炉，退火后锯切冒口和锭尾；
S6、电渣重熔：
采用步骤S5得到的电极坯，采用车床进行表面机加工处理，去除表面氧化铁皮；300℃预热后，在电极坯的尾部焊接假电极，随后放入电渣炉中；
采用CaF2、Al2O3、CaO配置成三元渣，然后对三元渣进行预熔并进行二次精炼提纯，使得三元渣中SiO2 0.55％、FeO 0.15％；而后在保护气氛下冷却至室温；
对三元渣进行预热至800℃，而后将三元渣加入到电渣炉内进行电渣重熔冶炼，得到电渣锭；其中，电渣重熔冶炼的具体步骤为：电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为8kg/min，终点熔速值为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中得到的电渣锭进行加热至加热温度1280℃，保温35h，进行高温扩散均质化，然后经镦粗拔长锻造开坯，进行X、Y和Z三个方向多向镦粗拔长至成品尺寸，最后一火前保温温度为950℃，最后一火锻造比2.6；
S8、锻后预处理：
将步骤S7中得到的锻坯一次水冷到坯料芯部温度420℃；然后装入热处理炉，进行完全退火+等温退火处理；完全退火+等温退火处理的具体步骤为，将锻坯加热至890℃，保温18h，炉冷到680℃，保温35h；
S9、超细化处理：
将步骤S8得到的工件置入加热炉中随炉升温至1050℃，保温后，采用直接淬水的方式进行极限冷却控制，保证坯料整体均匀冷却和高的冷却速率：冷后芯部温度340℃；冷却结束后将工件置入退火炉中，加热至870℃，保温20h，炉冷到740℃，保温46h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
注:其余为Fe，且H≤1.5ppm，O≤13ppm，N≤140ppm
一种高韧性、高抛光性、耐腐蚀的塑胶模具钢的制备方法，步骤如下：
S1、电炉冶炼：
根据冶炼钢种的化学组分含量预先进行废钢和合金料的配料准备，在电炉中进行废钢的冶炼，钢水温度1650℃，进行氧化扒渣，扒渣后加入合金料并使其完全熔化，而后加入石灰和萤石，形成碱性炉渣，所述碱性炉渣的碱度范围为2.1，对电炉中熔化的钢水进行脱磷脱硫处理；当钢水温度1635℃，加铝丝进行脱氧，而后出钢；其中，所述合金料为铬铁合金料、钒铁合金料、硅铁合金料、钼铁合金料、镍铁合金料和锰铁合金料；在电炉中加入废钢并加热使其完全熔化后，先加入硅铁合金料，而后再加入其它5种合金料；
S2、钢包精炼炉精炼：
电炉冶炼后钢水转入钢包，吊运到精炼炉座上，并加渣料CaO、CaF2和C-Si粉还原造好一次白渣，根据所述精炼炉座内钢水的实际成分与目标成分的偏差添加相应的合金料，完成成分微调、脱硫、脱氧作业；操作结束后去除白渣，然后重新加热至钢水温度≥1620℃，添加CaO、CaF2、C-Si粉和红砖头进行二次造白渣；其中，一次造白渣中，吨钢添加量为，Ca O 22kg，CaF2 3.2kg，C-Si粉3.5kg；二次造白渣中，吨钢添加量为：CaO 22kg，CaF23.2kg，C-Si粉3.5kg，红砖头2.0kg。
S3、真空精炼炉精炼：
真空精炼炉逐级进泵，最终真空度67Pa，两次维持真空时间20min，残余气体氮目标值≤140ppm；脱气结束后，取样分析，成分合格后吹入氩气至吊包；其中，吹氩气的时间为15min，吊包温度为1550℃。
S4、浇铸电极坯：
预热锭模为50℃，然后对锭模充入氩气，每个锭模充氩气时间为5min，然后撤出氩气管，用盖子将锭模盖好后进行浇铸，而后脱模；其中，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20m3/h，浇铸时间为7min，电极坯直径为730mm，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860℃，保温时间18h，炉冷至350℃出炉，退火后锯切冒口和锭尾；
S6、电渣重熔：
采用步骤S5得到的电极坯，采用车床进行表面机加工处理，去除表面氧化铁皮；300℃预热后，在电极坯的尾部焊接假电极，随后放入电渣炉中；
采用CaF2、Al2O3、CaO配置成三元渣，然后对三元渣进行预熔并进行二次精炼提纯，使得三元渣中SiO2 0.55％、FeO 0.15％；而后在保护气氛下冷却至室温；
对三元渣进行预热至800℃，而后将三元渣加入到电渣炉内进行电渣重熔冶炼，得到电渣锭；其中，电渣重熔冶炼的具体步骤为：电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为8kg/min，终点熔速值为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中得到的电渣锭进行加热至加热温度1280℃，保温35h，进行高温扩散均质化，然后经镦粗拔长锻造开坯，进行X、Y和Z三个方向多向镦粗拔长至成品尺寸，最后一火前保温温度为950℃，最后一火锻造比2.65；
S8、锻后预处理：
将步骤S7中得到的锻坯一次水冷到坯料芯部温度430℃；然后装入热处理炉，进行完全退火+等温退火处理；完全退火+等温退火处理的具体步骤为，将锻坯加热至890℃，保温18h，炉冷到680℃，保温35h；
S9、超细化处理：
将步骤S8得到的工件置入加热炉中随炉升温至1050℃，保温后，采用直接淬水的方式进行极限冷却控制，保证坯料整体均匀冷却和高的冷却速率：冷后芯部温度345℃；冷却结束后将工件置入退火炉中，加热至870℃，保温20h，炉冷到740℃，保温46h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
注:其余为Fe，且H≤1.5ppm，O≤13ppm，N≤140ppm
一种高韧性、高抛光性、耐腐蚀的塑胶模具钢的制备方法，步骤如下：
S1、电炉冶炼：
根据冶炼钢种的化学组分含量预先进行废钢和合金料的配料准备，在电炉中进行废钢的冶炼，钢水温度1650℃，进行氧化扒渣，扒渣后加入合金料并使其完全熔化，而后加入石灰和萤石，形成碱性炉渣，所述碱性炉渣的碱度范围为2.2，对电炉中熔化的钢水进行脱磷脱硫处理；当钢水温度1630℃，加铝丝进行脱氧，而后出钢；其中，所述合金料为铬铁合金料、钒铁合金料、硅铁合金料、钼铁合金料、镍铁合金料和锰铁合金料；在电炉中加入废钢并加热使其完全熔化后，先加入硅铁合金料，而后再加入其它5种合金料；
S2、钢包精炼炉精炼：
电炉冶炼后钢水转入钢包，吊运到精炼炉座上，并加渣料CaO、CaF2和C-Si粉还原造好一次白渣，根据所述精炼炉座内钢水的实际成分与目标成分的偏差添加相应的合金料，完成成分微调、脱硫、脱氧作业；操作结束后去除白渣，然后重新加热至钢水温度≥1620℃，添加CaO、CaF2、C-Si粉和红砖头进行二次造白渣；其中，一次造白渣中，吨钢添加量为，Ca O 22kg，CaF2 3.2kg，C-Si粉3.5kg；二次造白渣中，吨钢添加量为：CaO 22kg，CaF23.2kg，C-Si粉3.5kg，红砖头2.0kg。
S3、真空精炼炉精炼：
真空精炼炉逐级进泵，最终真空度67Pa，两次维持真空时间20min，残余气体氮目标值≤140ppm；脱气结束后，取样分析，成分合格后吹入氩气至吊包；其中，吹氩气的时间为15min，吊包温度为1552℃。
S4、浇铸电极坯：
预热锭模为50℃，然后对锭模充入氩气，每个锭模充氩气时间为5min，然后撤出氩气管，用盖子将锭模盖好后进行浇铸，而后脱模；其中，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20m3/h，浇铸时间为7min，电极坯直径为730mm，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860℃，保温时间18h，炉冷至350℃出炉，退火后锯切冒口和锭尾；
S6、电渣重熔：
采用步骤S5得到的电极坯，采用车床进行表面机加工处理，去除表面氧化铁皮；300℃预热后，在电极坯的尾部焊接假电极，随后放入电渣炉中；
采用CaF2、Al2O3、CaO配置成三元渣，然后对三元渣进行预熔并进行二次精炼提纯，使得三元渣中SiO2 0.55％、FeO 0.15％；而后在保护气氛下冷却至室温；
对三元渣进行预热至800℃，而后将三元渣加入到电渣炉内进行电渣重熔冶炼，得到电渣锭；其中，电渣重熔冶炼的具体步骤为：电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为8kg/min，终点熔速值为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中得到的电渣锭进行加热至加热温度1280℃，保温35h，进行高温扩散均质化，然后经镦粗拔长锻造开坯，进行X、Y和Z三个方向多向镦粗拔长至成品尺寸，最后一火前保温温度为950℃，最后一火锻造比2.8；
S8、锻后预处理：
将步骤S7中得到的锻坯一次水冷到坯料芯部温度440℃；然后装入热处理炉，进行完全退火+等温退火处理；完全退火+等温退火处理的具体步骤为，将锻坯加热至890℃，保温18h，炉冷到680℃，保温35h；
S9、超细化处理：
将步骤S8得到的工件置入加热炉中随炉升温至1050℃，保温后，采用直接淬水的方式进行极限冷却控制，保证坯料整体均匀冷却和高的冷却速率：冷后芯部温度340℃；冷却结束后将工件置入退火炉中，加热至870℃，保温20h，炉冷到740℃，保温46h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
注:其余为Fe，且H≤1.5ppm，O≤13ppm，N≤140ppm
一种高韧性、高抛光性、耐腐蚀的塑胶模具钢的制备方法，步骤如下：
S1、电炉冶炼：
根据冶炼钢种的化学组分含量预先进行废钢和合金料的配料准备，在电炉中进行废钢的冶炼，钢水温度1645℃，进行氧化扒渣，扒渣后加入合金料并使其完全熔化，而后加入石灰和萤石，形成碱性炉渣，所述碱性炉渣的碱度范围为2.15，对电炉中熔化的钢水进行脱磷脱硫处理；当钢水温度1635℃，加铝丝进行脱氧，而后出钢；其中，所述合金料为铬铁合金料、钒铁合金料、硅铁合金料、钼铁合金料、镍铁合金料和锰铁合金料；在电炉中加入废钢并加热使其完全熔化后，先加入硅铁合金料，而后再加入其它5种合金料；
S2、钢包精炼炉精炼：
电炉冶炼后钢水转入钢包，吊运到精炼炉座上，并加渣料CaO、CaF2和C-Si粉还原造好一次白渣，根据所述精炼炉座内钢水的实际成分与目标成分的偏差添加相应的合金料，完成成分微调、脱硫、脱氧作业；操作结束后去除白渣，然后重新加热至钢水温度≥1620℃，添加CaO、CaF2、C-Si粉和红砖头进行二次造白渣；其中，一次造白渣中，吨钢添加量为，Ca O 22kg，CaF2 3.2kg，C-Si粉3.5kg；二次造白渣中，吨钢添加量为：CaO 22kg，CaF23.2kg，C-Si粉3.5kg，红砖头2.0kg。
S3、真空精炼炉精炼：
真空精炼炉逐级进泵，最终真空度67Pa，两次维持真空时间20min，残余气体氮目标值≤140ppm；脱气结束后，取样分析，成分合格后吹入氩气至吊包；其中，吹氩气的时间为15min，吊包温度为1547℃。
S4、浇铸电极坯：
预热锭模为50℃，然后对锭模充入氩气，每个锭模充氩气时间为5min，然后撤出氩气管，用盖子将锭模盖好后进行浇铸，而后脱模；其中，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20m3/h，浇铸时间为7min，电极坯直径为730mm，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860℃，保温时间18h，炉冷至350℃出炉，退火后锯切冒口和锭尾；
S6、电渣重熔：
采用步骤S5得到的电极坯，采用车床进行表面机加工处理，去除表面氧化铁皮；300℃预热后，在电极坯的尾部焊接假电极，随后放入电渣炉中；
采用CaF2、Al2O3、CaO配置成三元渣，然后对三元渣进行预熔并进行二次精炼提纯，使得三元渣中SiO2 0.55％、FeO 0.15％；而后在保护气氛下冷却至室温；
对三元渣进行预热至800℃，而后将三元渣加入到电渣炉内进行电渣重熔冶炼，得到电渣锭；其中，电渣重熔冶炼的具体步骤为：电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为8kg/min，终点熔速值为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中得到的电渣锭进行加热至加热温度1280℃，保温35h，进行高温扩散均质化，然后经镦粗拔长锻造开坯，进行X、Y和Z三个方向多向镦粗拔长至成品尺寸，最后一火前保温温度为950℃，最后一火锻造比2.75；
S8、锻后预处理：
将步骤S7中得到的锻坯一次水冷到坯料芯部温度440℃；然后装入热处理炉，进行完全退火+等温退火处理；完全退火+等温退火处理的具体步骤为，将锻坯加热至890℃，保温18h，炉冷到680℃，保温35h；
S9、超细化处理：
将步骤S8得到的工件置入加热炉中随炉升温至1050℃，保温后，采用直接淬水的方式进行极限冷却控制，保证坯料整体均匀冷却和高的冷却速率：冷后芯部温度320℃；冷却结束后将工件置入退火炉中，加热至870℃，保温20h，炉冷到740℃，保温46h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、夹杂物、抛光性能，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、性能检测、抛光检测，检测数据如表6、表7、表8：
表6
表7
表8
| 案例编号 | 硬度HRC | 抛光等级 | 评价结果 |
| 实施例1 | 49 | 16000# | 合格 |
| 实施例2 | 48.5 | 16000# | 合格 |
| 实施例3 | 48 | 16000# | 合格 |
| 实施例4 | 49 | 16000# | 合格 |
| 实施例5 | 49 | 16000# | 合格 |
由此可见，1，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AS3。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。再经淬回火过程弥散析出，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，Ni元素固溶到奥氏体中提升模具钢的冲击韧性，同时Mo、Cr、V的碳化物在基体中均匀分布，可以提高材料的强韧性、回火稳定性、耐磨性。该模具钢材料取样检测单个无缺口横向冲击功≥320J、平均无缺口横向冲击性能≥340J；
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；
4，由实施例1～5取样检测的微观夹杂物明细表中可以看到仅含有细系0.5级D类夹杂物，材料纯净度高；
5，由实施例1～5取样检测的抛光等级结果明细表中可以看到，实物抛光质量达到16000#，具有良好的抛光性能；
由此可见，采用本制备方法制备的模具钢具有高韧性、高抛光性和耐腐蚀性。
Claims (9)
1.一种高韧性、高抛光性、耐腐蚀的塑胶模具钢的制备方法，其特征在于，主要步骤如下：
S1、电炉冶炼：
根据冶炼钢种的化学组分含量预先进行废钢和合金料的配料准备，在电炉中进行废钢的冶炼，钢水温度≥1630℃，进行氧化扒渣，扒渣后加入合金料并使其完全熔化，而后加入石灰和萤石，形成碱性炉渣，对电炉中熔化的钢水进行脱磷脱硫处理；当钢水温度≥1620℃，加铝丝进行脱氧，而后出钢；
其中，所述冶炼钢种的化学组分含量质量百分比，C 0.23～0.28％、Mn 0.40～0.70％、Si0.25～0.40％、S≤0.001％、P≤0.010％、Cr 13.0～14.0％、Mo+V+Ni 1.00～1.50％、Cu≤0.08％，其余为Fe，且残余气体含量为，H≤1.5ppm、O≤13ppm、N≤140ppm；
S2、钢包精炼炉精炼：
电炉冶炼后钢水转入钢包，吊运到精炼炉座上，并加渣料CaO、CaF2和C-Si粉还原造好一次白渣，根据所述精炼炉座内钢水的实际成分与目标成分的偏差添加相应的合金料，完成成分微调、脱硫、脱氧作业；操作结束后去除白渣，然后重新加热至钢水温度≥1620℃，添加CaO、CaF2、C-Si粉和红砖头进行二次造白渣；
S3、真空精炼炉精炼：
真空精炼炉逐级进泵，最终真空度≥67Pa，两次维持真空时间15分钟以上，残余气体氮目标值≤140ppm；脱气结束后，取样分析，成分合格后吹入氩气至吊包；
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，而后脱模
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840～880℃，保温时间8～18h，炉冷至300～380℃出炉，退火后锯切冒口和锭尾；
S6、电渣重熔：
采用步骤S5得到的电极坯，采用车床进行表面机加工处理，去除表面氧化铁皮；200～350℃预热后，在电极坯的尾部焊接假电极，随后放入电渣炉中；
采用CaF2、Al2O3、CaO配置成三元渣，然后对三元渣进行预熔并进行二次精炼提纯，使得三元渣中SiO2≤0.6％、FeO≤0.15％；而后在保护气氛下冷却至室温；
对三元渣进行预热至650～850℃，而后将三元渣加入到电渣炉内进行电渣重熔冶炼，得到电渣锭；
S7、锻造：
将步骤S6中得到的电渣锭进行加热至加热温度1250～1280℃，保温22～35h，进行高温扩散均质化，然后经镦粗拔长锻造开坯，进行X、Y和Z三个方向多向镦粗拔长至成品尺寸，最后一火前保温温度为950～1100℃，最后一火锻造比≥2；
S8、锻后预处理：
将步骤S7中得到的锻坯一次水冷到坯料芯部温度≤450℃；然后装入热处理炉，进行完全退火+等温退火处理；
S9、超细化处理：
将步骤S8得到的工件置入加热炉中随炉升温至1000～1100℃，保温后，采用直接淬水的方式进行极限冷却控制，保证坯料整体均匀冷却和高的冷却速率：冷后芯部温度≤350℃；冷却结束后将工件置入退火炉中，加热至860～890℃，保温15～30h，炉冷到730-750℃，保温25～50h进行球化退火。
2.据权利要求1所述的一种高韧性、高抛光性、耐腐蚀的塑胶模具钢的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述合金料为铬铁合金料、钒铁合金料、硅铁合金料、钼铁合金料、镍铁合金料和锰铁合金料；在电炉中加入废钢并加热使其完全熔化后，先加入硅铁合金料，而后再加入其它5种合金料。
3.据权利要求2所述的一种高韧性、高抛光性、耐腐蚀的塑胶模具钢的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述碱性炉渣的碱度范围为2～2.5。
4.据权利要求1所述的一种高韧性、高抛光性、耐腐蚀的塑胶模具钢的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，一次造白渣中，吨钢添加量为，CaO 20～23kg，CaF2 3～3.5kg，C-Si粉3～4kg；二次造白渣中，吨钢添加量为：CaO 20～23kg，CaF2 3～3.5kg，C-Si粉3～4kg，红砖头1.8～2.2kg。
5.据权利要求1所述的一种高韧性、高抛光性、耐腐蚀的塑胶模具钢的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，吹氩气的时间为≥10min，吊包温度为1545～1555℃。
6.据权利要求1所述的一种高韧性、高抛光性、耐腐蚀的塑胶模具钢的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，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500～750mm，3～5h后脱模。
7.据权利要求1所述的一种高韧性、高抛光性、耐腐蚀的塑胶模具钢的制备方法，其特征在于，在步骤S6中，电渣重熔冶炼的具体步骤为：电渣冶炼稳态阶段的起点熔速值为8～10kg/min，终点熔速值为7～9kg/min，得到电渣锭，然后停电炉冷90～120min后送锻造工序。
8.据权利要求1所述的一种高韧性、高抛光性、耐腐蚀的塑胶模具钢的制备方法，其特征在于，在步骤S8中，完全退火+等温退火处理的具体步骤为，将锻坯加热至880～900℃，保温15～20h，炉冷到650-700℃，保温30～40h。
9.根据权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到的一种高韧性、高抛光性、耐腐蚀的塑胶模具钢。
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