CN116334491B - 一种模具钢及其用于提高模具钢强韧性的热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及模具钢及其热后处理技术领域，尤其是一种模具钢及其用于提高模具钢强韧性的热处理工艺。一种模具钢主要是由球形合金粉通过3D打印技术制备而成；所述球形合金粉主要是由H13钢粉搭配合金添加剂通过雾化法制备而成；所述H13钢粉与合金添加剂的质量比为100：(0.5‑1.2)；所述合金添加剂为平均粒径在20‑200nm的氮化钒搭配氮化钛、氮化铝、二硼化钛、二硅化钼、碳化铌、碳化钛中的至少一种。本申请中提供的3D打印技术制备的模具钢与常规固溶失效处理的模具钢力学性能相近，克服了3D打印H13模具钢力学性能相对较差的缺陷，为3D打印技术生产高质量异形H13模具奠定基础，提升整体H13钢制模具质量。

Description

一种模具钢及其用于提高模具钢强韧性的热处理工艺
技术领域
本申请涉及模具钢及其热后处理技术领域，尤其是涉及一种模具钢及其用于提高模具钢强韧性的热处理工艺。
背景技术
H13钢原是美国定义的一钢种，在我国称作4Cr5MoSiV1钢，通常作为铝挤压模具用钢而被最广应用。H13钢之所以被广泛应用，是因为它具有以下特性:1.高的淬透性和高的韧性；2.优良的抗热裂能力；3.在较高温度下具有抗软化能力；4.热处理变形小；5.良好的切削加工性。
增材制造作为一种近净成型技术，能够将复杂的三维立体结构转化成二维平面结构，然后通过材料逐层堆积方式进行实体累加制造，这种方式在实现形状控制的同时也能够对组织和成分进行精细调控。
目前，在1040℃下固溶、480℃下时效后所得H13钢母材的抗拉强度平均值为1900±50MPa，屈服强度平均值为1500±50MPa。但是，通过增材制造技术所生产的H13钢模的抗拉强度平均值为在1100-1700MPa，屈服强度平均值为800-1200MPa。如Mertrens等通过SLM增材制造所得H13钢的屈服强度为1236MPa，抗拉强度为1712MPa，同时发现对粉床进行预热能够降低屈服强度并提高抗拉强度，但强度值均低于固溶+下时效后所得H13钢母材。
综上所述，发明人发现现有增材制造技术所制造的H13钢模存在以下通病：增材制造技术所得H13钢模的力学性能低于固溶+下时效后所得H13钢母材，导致增材制造技术所得H13钢模的推广应用受到了限制，达到了相应技术瓶颈。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种模具钢及其用于提高模具钢强韧性的热处理工艺，所制备的模具钢与常规固溶失效处理的模具钢力学性能相近，克服了3D打印H13模具钢力学性能相对较差的缺陷，为3D打印技术生产高质量异形H13模具奠定基础，提升整体H13钢制模具质量。
第一方面，本申请提供的一种模具钢，是通过以下技术方案得以实现的：
一种模具钢，主要是由球形合金粉通过3D打印技术制备而成；所述球形合金粉主要是由H13钢粉搭配合金添加剂通过雾化法制备而成；所述H13钢粉与合金添加剂的质量比为100：(0.5-1.2)；所述H13钢粉由以下质量百分比的元素组成：0.38-0.40％的C、0.8-1.0％的Si、0.30-0.35％的Mn、4.85-5.20％的Cr、1.3-1.4％的Mo、0.8-0.85％的V、0-0.010％的P、0-0.010％的S、0-0.60％的残留元素，余量为Fe，以上各个元素的质量百分比总和为100％；所述合金添加剂为平均粒径在20-200nm的氮化钒搭配氮化钛、氮化铝、二硼化钛、二硅化钼、碳化铌、碳化钛中的至少一种。
本申请通过添加特定的合金添加剂改善最终成品H13钢模的力学强度再结合特定的热处理工艺，使得3D打印技术制备的模具钢与常规固溶失效处理的模具钢力学性能相近，克服了3D打印H13模具钢力学性能相对较差的缺陷，为3D打印技术生产高质量异形H13模具奠定基础，提升整体H13钢制模具质量。此外，本申请中H13钢粉与合金添加剂的质量需要精细化控制，过多添加会改变金属元素组成导致力学性能畸变影响产品质量，过少添加量对整体的力学强度改善幅度小不易于获得高质量的H13模具钢材。
优选的，所述球形合金粉的粒度为5-60微米；纯度≥99.99％；所述球形合金粉的制备方法，S1，按照H13钢粉的配比称量原料混合均匀后加入合金添加剂，混合均匀然后加热至1400±50℃熔化成钢水；S2，利用雾化法将S1中得到的钢水进行雾化成粉末；S3，自然冷却，筛分，得粒度为5-60微米的球形合金粉。
本申请中球形合金粉的粒度和纯度对于最终产品的质量有着不小的影响，因而控制球形合金粉的粒度为5-60微米；纯度≥99.99％可保证所制备的H13模具钢材质量。球形合金粉是通过雾化法制备的球形或近球形合金粉便于实现3D打印加工得异形模具，保证最终产品的质量稳定性。
优选的，所述H13钢粉与合金添加剂的质量比为100：(0.8-1.0)。
本申请中H13钢粉与合金添加剂的质量需要精细化控制，优化H13钢粉与合金添加剂的质量配比可保证所制备的成品质量及其质量稳定性。
优选的，所述合金添加剂为平均粒径在20-200nm的氮化钒、二硅化钼、碳化钛组成；所述氮化钒、二硅化钼、碳化钛的质量比为1：(0.8-1.2)：(0.6-0.8)。
通过采用上述技术方案，可促进基体中的V、N微合金化和C、V、氮化物析出，弥散相强化，起到强化、细化晶粒的作用，进而提升整体的力学强度、韧性、延展性和耐热冲击强度。
优选的，所述合金添加剂为平均粒径在20-200nm的氮化钒、二硅化钼、氮化钛组成；所述氮化钒、二硅化钼、氮化钛质量比为1：(0.8-1.2)：(0.8-1.5)。
通过采用上述技术方案，可促进基体中的V、N微合金化和C、V、氮化物析出，弥散相强化，起到强化、细化晶粒的作用，进而提升整体的力学强度、韧性、延展性和耐热冲击强度。与氮化钒、二硅化钼、碳化钛组成的合金添加剂体系相比，氮化钒、二硅化钼、氮化钛组成的合金添加剂体系降低了碳含量，整体的硬度稍有降低，但是整体的韧性、延展性和耐热冲击性有了进一步的改善，此外，本合金添加剂配方所制备的成品在后期的时效等温+离子渗氮处理后的硬度提升更为明显，耐磨性能更好些。
优选的，所述模具钢的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，上机前准备，装夹基材，确保装夹平整；
步骤二，向供粉平台内加烘干的球形合金粉，插实并将供粉平台周边的球形合金粉末铺平压实，然后安装与调平刮刀；
步骤三，铺粉，使首层球形合金粉均匀铺在基板上且厚度不超过0.03mm，然后安装吸粉方管，清洁成型室；
步骤四，调整3D打印工艺参数，激光功率250-600瓦，激光扫描速度800-1200毫米每秒，光斑直径为0.06-0.12mm，熔池间距在0.08-0.15mm之间，吹风功率在30-40％之间，平台温度在120-200℃之间；
步骤五，通入高纯惰性气体使得成形仓内的氧气含量低于0.1％，加载数据，逐层打印得，得模具件。
通过采用上述技术方案，通过3D打印技术可制备得到复杂结构的模具。
第二方面，本申请提供的一种用于提高模具钢强韧性的热处理工艺，是通过以下技术方案得以实现的：
一种用于提高模具钢强韧性的热处理工艺，包括以下步骤：
S1，前预热处理；
S2，淬火处理：调整温度至1040-1100℃，保温80-120min，气体淬火以5-50℃/min快速降温至380-400℃；
S3，回火处理两次：以3.0-8.0℃/min调整温度至600-660℃，维持90-100min，以5-10℃/min降温至200-240℃，开炉自然冷却，再次回火处理后冷却至室温，得强韧模具钢件。
本申请所提供的热处理方法相对简单，所采用的热处理设备相对常规，易于实现工业化生产，且可保证同批次制件的质量稳定性，所生产的H13钢制模具质量和质量稳定性更优，更易于市场接受，易于推向市场。
优选的，所述S1，前预热处理具体如下：S1.1，加热至480-520℃保持20-40min，以5-12℃/min升温至1000-1020℃，保温8-10h，风冷快速降温至380-400℃；S1.2，球化退火，调整温度至760-780℃，保温100-150min，再调整温度至840-860℃，保温90-100min，出炉，自然冷却至室温。
本申请的S1.1通过正火高温处理可使得组织的均匀化和碳化物溶解，且该温度段下不易发生晶粒粗化现象，同时使得原组织中碳化物部分溶解，仅保留一部分未溶碳化物质点，利于后续S1.2的球化处理，基体上均匀分布更多球状小颗粒Fe3C或碳化物，即球状碳化物的颗粒越小，分布越均匀，易得良好的球化组织，进而保证所制备H13钢制模具的质量。
优选的，所述S2，淬火处理：以2.0-6.0℃/min升温至480-520℃，保温5-10min，以6.0-12.0℃/min调整温度至1040-1100℃，保温90-100min，气体淬火以40-80℃/min快速降温至400℃，再进行回火出炉。
本申请提供优化淬火工艺参数，使得基体为粒状珠光体组织的同时减少带状偏析及大块未溶碳化物，改善整体的拉伸、屈服强度，使得制备H13钢制模具的力学性能接近于常规固溶失效处理的模具钢的力学性能。
优选的，所述S3中的强韧模具钢件进行离子渗氮处理，调整温度480-520℃，保温时间8-10h，同时通入氮氢混合气体，氮氢混合气体中氢气和氮气的体积比为(5-10):(40-45)。
本申请中通过等温时效处理同时进行等离子渗氮处理，可进一步改善H13钢制模具的表面硬度，降低表面的摩擦系数，提升整体的耐磨性能。
综上所述，本申请具有以下优点：
1、本申请中提供的3D打印技术制备的模具钢与常规固溶失效处理的模具钢力学性能相近，克服了3D打印H13模具钢力学性能相对较差的缺陷，为3D打印技术生产高质量异形H13模具奠定基础，提升整体H13钢制模具质量。
2、本申请所提供的热处理方法相对简单，所采用的热处理设备相对常规，易于实现工业化生产，且可保证同批次制件的质量稳定性，所生产的H13钢制模具质量和质量稳定性更优，更易于市场接受，易于推向市场。
具体实施方式
以下结合对比例和实施例对本申请作进一步详细说明。
实施例
实施例1
一种模具钢，主要是由球形合金粉通过3D打印技术制备而成。
球形合金粉主要是由H13钢粉搭配合金添加剂通过雾化法制备而成。
球形合金粉的粒度为5-60微米；纯度≥99.99％。
H13钢粉与合金添加剂的质量比需控制在100：(0.5-1.2)，优选地H13钢粉与合金添加剂的质量比需控制在100：(0.8-1.0)。
本实施例中H13钢粉与合金添加剂的质量比需控制在100：0.8。
H13钢粉由以下质量百分比的元素组成：0.38-0.40％的C、0.8-1.0％的Si、0.30-0.35％的Mn、4.85-5.20％的Cr、1.3-1.4％的Mo、0.8-0.85％的V、0-0.010％的P、0-0.010％的S、0-0.60％的残留元素，余量为Fe，以上各个元素的质量百分比总和为100％。
具体地，H13钢粉的具体配方为：
63.36kg纯铁、19kg的铁碳合金(铁碳合金，碳含量2％，宝武特钢)、11kg的铁硅合金(铁硅合金，硅含量8％)、0.32kg纯锰金属、4.98kg的纯铬金属、1.36kg纯钼金属、0.88kg纯钒金属。按上述标准定制H13钢钢锭，备用。
合金添加剂为平均粒径在20-200nm的氮化钒搭配氮化钛、氮化铝、二硼化钛、二硅化钼、碳化铌、碳化钛中的至少一种。
本实施例中合金添加剂为平均粒径在40nm的氮化钒(立方晶型)、平均粒径在100nm的二硅化钼(立方晶型)、平均粒径在50nm的碳化钛(立方晶型)组成，其中，氮化钒、二硅化钼、碳化钛的质量比为1：0.8：0.6。
球形合金粉的制备方法，包括以下步骤：
S1，按照H13钢粉配方定制的钢锭加热至1400℃熔化成钢水，利用雾化法将S1中得到的钢水进行雾化成粉末，自然冷却，筛分，得到粒度为D50＝8.2微米，D90为21.3微米，氧含量在1350ppm，振实密度4.52g/cm3的H13钢粉；
S2，称量5kg的H13钢粉和40g合金添加剂混合均匀混合均匀，后加热至1420℃熔化成钢水；利用雾化法将S1中得到的钢水进行雾化成粉末，自然冷却，筛分，得粒度为D50＝6.5微米，D90为18.2微米，氧含量在1250ppm，振实密度4.49g/cm3的成品球形合金粉。
模具钢的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，上机前准备：操机人员上机前准备好工具和个人防护；装夹基材，用深度尺测量工作平台的基材上表面与四周平台的高度差，确认无误后用内六角扳手将基材完全紧固，紧固扭矩为12N·M，确保装夹平整；
同时对球形合金粉进行烘干处理，烘干温度120℃，烘干时间为4h，降温至25℃，风冷烘干1h，得烘干金属粉末；
步骤二，向供粉平台内加烘干的球形合金粉，用平铲将装入供粉平台内的金属粉末用力插实并将供粉平台周边粉末铺平压实，然后安装与调平刮刀；
步骤三，铺粉，使首层球形合金粉均匀铺在基板上且厚度不超过0.03mm，然后安装吸粉方管，清洁成型室，用擦拭纸蘸无水乙醇清洁成形室门的密封圈和安全玻璃；
步骤四，调整3D打印工艺参数，激光功率320瓦，激光扫描速度800毫米每秒，光斑直径为0.08mm，光斑直径为0.08mm，熔池间距在0.1mm之间，吹风功率在40％之间，平台温度在180℃；
步骤五，通入高纯惰性气体(纯度≥99.99％的氩气)使得成形仓内的氧气含量低于0.1％，加载数据，逐层打印得，得模具件。
一种用于提高模具钢强韧性的热处理工艺，包括以下步骤：
S1，对所得模具件进行前预热处理；
S1.1，炉温控制在200℃加入模具件，控制升温速率以6℃/min加热至480℃保持20min，以10℃/min升温至1020℃，保温8h，风冷快速降温至400℃；
S1.2，球化退火，以6℃/min加热升温调整温度至760℃，保温100min，再以8℃/min加热升温调整温度至848℃，保温90min，停火炉冷却至400℃，出炉，自然冷却至室温；
S2，淬火处理：以4℃/min升温至480℃，保温10min，以12℃/min调整温度至1050℃，保温90min，气体淬火：输入温度为80℃的氮氧混合气，氮氧混合气中的氧气体积含量为16％，快速降温至400℃；
S3，回火处理两次：以6℃/min调整温度至660℃，维持90min，以10℃/min降温至200℃，开炉自然冷却，再次回火处理：以6℃/min调整温度至660℃，维持90min，以10℃/min降温至200℃，开炉自然冷却至室温，得强韧模具钢件。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在：
一种用于提高模具钢强韧性的热处理工艺，包括以下步骤：
S1，对所得模具件进行前预热处理；
S1.1，炉温控制在200℃加入模具件，控制升温速率以6℃/min加热至480℃保持20min，以10℃/min升温至1020℃，保温8h，风冷快速降温至400℃；
S1.2，球化退火，以6℃/min加热升温调整温度至760℃，保温100min，再以8℃/min加热升温调整温度至848℃，保温90min，停火炉冷却至400℃，出炉，自然冷却至室温；
S2，淬火处理：以4℃/min升温至480℃，保温10min，以12℃/min调整温度至1050℃，保温90min，气体淬火：输入温度为80℃的氮氧混合气，氮氧混合气中的氧气体积含量为16％，快速降温至400℃；
S3，回火处理两次：以6℃/min调整温度至660℃，维持90min，以10℃/min降温至200℃，开炉自然冷却，再次回火处理：以6℃/min调整温度至660℃，维持90min，以10℃/min降温至200℃，开炉自然冷却至室温，得强韧模具钢件；
S4，时效+离子渗氮处理：调整温度500℃，保温时间8h，同时通入氮氢混合气体，氮氢混合气体中氢气和氮气的体积比为8:42，自然冷却得成品。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于：
本实施例中H13钢粉与合金添加剂的质量比需控制在100：0.9。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于：
本实施例中H13钢粉与合金添加剂的质量比需控制在100：1.0。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于：
氮化钒、二硅化钼、碳化钛的质量比为1：1.2：0.6。
实施例6
实施例6与实施例1的区别在于：
氮化钒、二硅化钼、碳化钛的质量比为1：0.8：0.8。
实施例7
实施例7与实施例1的区别在于：
本实施例中合金添加剂为平均粒径在40nm的氮化钒(立方晶型)、平均粒径在100nm的二硅化钼(立方晶型)、平均粒径在20nm的氮化钛(立方晶型)组成，其中，氮化钒、二硅化钼、氮化钛质量比为1：1.2：0.8。
实施例8
实施例8与实施例1的区别在于：
本实施例中合金添加剂为平均粒径在40nm的氮化钒(立方晶型)、平均粒径在100nm的二硅化钼(立方晶型)、平均粒径在20nm的氮化钛(立方晶型)组成。其中氮化钒、二硅化钼、氮化钛质量比为1：1：1.2。
实施例9
实施例9与实施例1的区别在于：
本实施例中合金添加剂为平均粒径在40nm的氮化钒(立方晶型)、平均粒径在100nm的二硅化钼(立方晶型)、平均粒径在20nm的氮化钛(立方晶型)组成，其中，氮化钒、二硅化钼、氮化钛质量比为1：0.8：1.5。
实施例10
实施例10与实施例1的区别在于：
本实施例中合金添加剂为平均粒径在40nm的氮化钒(立方晶型)、平均粒径在100nm的二硅化钼(立方晶型)、平均粒径在20nm的氮化钛(立方晶型)组成，其中。其中氮化钒、二硅化钼、氮化钛质量比为1：0.8：1.2。
一种用于提高模具钢强韧性的热处理工艺，包括以下步骤：
S1，对所得模具件进行前预热处理；
S1.1，炉温控制在200℃加入模具件，控制升温速率以8℃/min加热至520℃保持20min，以10℃/min升温至1020℃，保温8h，风冷快速降温至400℃；
S1.2，球化退火，以8℃/min加热升温调整温度至760℃，保温100min，再以8℃/min加热升温调整温度至850℃，保温100min，停火炉冷却至400℃，出炉，自然冷却至室温；
S2，淬火处理：以6℃/min升温至500℃，保温10min，以12℃/min调整温度至1060℃，保温100min，气体淬火：输入温度为80℃的氮氧混合气，氮氧混合气中的氧气体积含量为16％，快速降温至400℃；
S3，回火处理两次：以6℃/min调整温度至655℃，维持90min，以10℃/min降温至200℃，开炉自然冷却，再次回火处理：以6℃/min调整温度至655℃，维持90min，以10℃/min降温至200℃，开炉自然冷却至室温，得强韧模具钢件；
S4，时效+离子渗氮处理：调整温度505℃，保温时间9.0h，同时通入氮氢混合气体，氮氢混合气体中氢气和氮气的体积比为7:43，自然冷却得成品。
对比例
对比例1与实施例1的区别在于：H13钢粉与合金添加剂的质量比需控制在100：0.3。
对比例2与实施例1的区别在于：H13钢粉与合金添加剂的质量比需控制在100：1.5。
对比例3与实施例1的区别在于：合金添加剂为平均粒径在20-200nm的氮化钒、二硅化钼组成，其中，氮化钒、二硅化钼的质量比为1:1.2。
对比例4与实施例1的区别在于：合金添加剂仅为氮化钒。
对比例5与实施例1的区别在于：不添加合金添加剂。
对比例6：在1040℃下固溶、480℃下时效后所得H13钢母材的抗拉强度平均值为1900±50MPa，屈服强度平均值为1500±50MPa，延展率为6.5-7.0％。
性能检测试验
检测方法/试验方法
1、力学性能测试：
一、拉伸强度测试：按照国标GB/T228.1-2010测试方法进行拉伸强度测试。
一、屈服强度测试：按照国标GB/T232-2010测试方法进行屈服强度测试。
2、韧性测试为V-冲击测试：按照国标GB/T 229-2007测试方法。
3、孔隙率测试通过金相图像分析法测试。
4、延伸率测试按照《GB/T 228-2010金属拉伸试验方法》测试。
5、基体硬度的测试方法：按照GB/T230.1—2004《金属洛氏硬度试验第1部分：试验方法》进行测试。
6、摩擦系数测试：采用MXD-02摩擦系数测量仪(济南新准仪器设备有限公司)进行测试。
7、晶粒度测试：按照GB/T 6394-86中规定测量晶粒度的方法-比较法。
数据分析
表1是实施例1-10和对比例1-6中H13钢材的检测参数表
结合实施例1-10和对比例1-6并结合表1可以看出，实施例1和实施例2对比可知，时效+等离子渗氮处理后的H13钢模材的力学性能、硬度和韧性均有所提升，可改善整体的质量，但是整体的生产成本有所上升，可根据客户需求进行特殊化定制加工，若是客户对表面硬度和摩擦系数有较高要求，可沟通PVD物理气相沉积技术形成氮化铬和/或氮化钛层。
结合实施例1-10和对比例1-6并结合表1可以看出，实施例1、3-4和对比例1-2对比可知，H13钢粉与合金添加剂的质量需要精细化控制，合金添加剂超过1.0份的添加量，所呈现的力学性能有下降趋势，即过多添加会改变金属元素组成导致力学性能畸变影响产品质量；而对比例1中合金添加剂过少添加量对整体的力学强度改善幅度小不易于获得高质量的H13模具钢材，因此，本申请中H13钢粉与合金添加剂的质量比控制在100：(0.8-1.0)较为适合。
结合实施例1-10和对比例1-6并结合表1可以看出，实施例1、实施例5-9与对比例3-6对比可知，合金添加剂为质量比为1：(0.8-1.2)：(0.6-0.8)平均粒径在20-200nm的氮化钒、二硅化钼、碳化钛组成，可促进基体中的V、N微合金化和C、V、氮化物析出，弥散相强化，起到强化、细化晶粒的作用，进而提升整体的力学强度、韧性、延展性和耐热冲击强度。
结合实施例1-10和对比例1-6并结合表1可以看出，实施例1、实施例5-9与对比例3-6对比可知，合金添加剂为质量比为1：(0.8-1.2)：(0.8-1.5)平均粒径在20-200nm的氮化钒、二硅化钼、氮化钛组成，可促进基体中的V、N微合金化和C、V、氮化物析出，弥散相强化，起到强化、细化晶粒的作用，进而提升整体的力学强度、韧性、延展性和耐热冲击强度。与氮化钒、二硅化钼、碳化钛组成的合金添加剂体系相比，氮化钒、二硅化钼、氮化钛组成的合金添加剂体系降低了碳含量，整体的硬度稍有降低，但是整体的韧性、延展性和耐热冲击性有了进一步的改善，此外，从最优筛选方案实施例10可知，质量比为1：0.8：1.5的氮化钒、二硅化钼、氮化钛组成合金添加剂配方所制备的成品H13钢模材，在后期的时效等温+离子渗氮处理后的硬度提升更为明显，耐磨性能更好些。
综上所述，本申请中提供的3D打印技术制备的模具钢与常规固溶失效处理的模具钢力学性能相近，克服了3D打印H13模具钢力学性能相对较差的缺陷，为3D打印技术生产高质量异形H13模具奠定基础，提升整体H13钢制模具质量。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种模具钢，其特征在于：主要是由球形合金粉通过3D打印技术制备而成；所述球形合金粉主要是由H13钢粉搭配合金添加剂通过雾化法制备而成；所述H13钢粉与合金添加剂的质量比为100：(0.8-1.0)；
所述球形合金粉的粒度为5-60微米；纯度≥99.99％；
所述球形合金粉的制备方法，S1，按照H13钢粉的配比称量原料混合均匀后加入合金添加剂，混合均匀然后加热至1400±50℃熔化成钢水；S2，利用雾化法将S1中得到的钢水进行雾化成粉末；S3，自然冷却，筛分，得粒度为5-60微米的球形合金粉；
所述H13钢粉由以下质量百分比的元素组成：0.38-0.40％的C、0.8-1.0％的Si、0.30-0.35％的Mn、4.85-5.20％的Cr、1.3-1.4％的Mo、0.8-0.85％的V、0-0.010％的P、0-0.010％的S、0-0.60％的残留元素，余量为Fe，以上各个元素的质量百分比总和为100％；
所述合金添加剂为平均粒径在20-200nm的氮化钒、二硅化钼、碳化钛组成；所述氮化钒、二硅化钼、碳化钛的质量比为1：(0.8-1.2)：(0.6-0.8)或者所述合金添加剂为平均粒径在20-200nm的氮化钒、二硅化钼、氮化钛组成；所述氮化钒、二硅化钼、氮化钛质量比为1：(0.8-1.2)：(0.8-1.5)；
所述模具钢的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，上机前准备，装夹基材，确保装夹平整；
步骤二，向供粉平台内加烘干的球形合金粉，插实并将供粉平台周边的球形合金粉末铺平压实，然后安装与调平刮刀；
步骤三，铺粉，使首层球形合金粉均匀铺在基板上且厚度不超过0.03mm，然后安装吸粉方管，清洁成型室；
步骤四，调整3D打印工艺参数，激光功率250-600瓦，激光扫描速度800-1200毫米每秒，光斑直径为0.06-0.12mm，熔池间距在0.08-0.15mm之间，吹风功率在30-40％之间，平台温度在120-200℃之间；
步骤五，通入高纯惰性气体使得成形仓内的氧气含量低于0.1％，加载数据，逐层打印得，得模具件；
对步骤五中的模具件进行模具钢强韧性的热处理工艺，包括以下步骤：
S1，前预热处理；
S1.1，加热至480-520℃保持20-40min，以5-12℃/min升温至1000-1020℃，保温8-10h，风冷快速降温至380-400℃；S1.2，球化退火，调整温度至760-780℃，保温100-150min，再调整温度至840-860℃，保温90-100min，出炉，自然冷却至室温；
S2，淬火处理：调整温度至1040-1100℃，保温80-120min，气体淬火以5-50℃/min快速降温至380-400℃；
S3，回火处理两次：以3-8℃/min调整温度至600-660℃，维持90-100min，以5-10℃/min降温至200-240℃，开炉自然冷却，再次回火处理后冷却至室温，得强韧模具钢件。
2.根据权利要求1所述的一种模具钢，其特征在于：所述S2，淬火处理：以1.0-2.0℃/min升温至480-520℃，保温5-10min，以2.0-3.0℃/min调整温度至1040-1100℃，保温90-100min，气体淬火以40-80℃/min快速降温至400℃，再进行回火出炉。
3.根据权利要求1所述的一种模具钢，其特征在于：所述S3中的强韧模具钢件进行离子渗氮处理，调整温度480-520℃，保温时间8-10h，同时通入氮氢混合气体，氮氢混合气体中氢气和氮气的体积比为(5-10):(40-45)。
4.根据权利要求1所述的一种模具钢，其特征在于：是由球形合金粉通过3D打印技术制备而成；所述球形合金粉主要是由H13钢粉搭配合金添加剂通过雾化法制备而成；所述H13钢粉与合金添加剂的质量比需控制在100:0.8；
所述H13钢粉的具体配方为：63.36kg纯铁、19kg的铁碳合金、11kg的铁硅合金、0.32kg纯锰金属、4.98kg的纯铬金属、1.36kg纯钼金属、0.88kg纯钒金属，按上述配方定制H13钢钢锭，备用；
所述合金添加剂为平均粒径在40nm立方晶型的氮化钒、平均粒径在100nm立方晶型的二硅化钼、平均粒径在50nm立方晶型的碳化钛组成；或者所述合金添加剂为平均粒径在40nm立方晶型的氮化钒、平均粒径在100nm立方晶型的二硅化钼、平均粒径在20nm立方晶型的氮化钛组成；
所述球形合金粉的制备方法，包括以下步骤：
S1，按照H13钢粉配方定制的钢锭加热至1400℃熔化成钢水，利用雾化法将S1中得到的钢水进行雾化成粉末，自然冷却，筛分，得到粒度为D50＝8.2微米，D90为21.3微米，氧含量在1350ppm，振实密度4.52g/cm3的H13钢粉；
S2，称量5kg的H13钢粉和40g合金添加剂混合均匀，后加热至1420℃熔化成钢水；利用雾化法将S1中得到的钢水进行雾化成粉末，自然冷却，筛分，得粒度为D50＝6.5微米，D90为18.2微米，氧含量在1250ppm，振实密度4.49g/cm3的成品球形合金粉；
所述模具钢的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，上机前准备：操机人员上机前准备好工具和个人防护；装夹基材，用深度尺测量工作平台的基材上表面与四周平台的高度差，确认无误后用内六角扳手将基材完全紧固，紧固扭矩为12N·M，确保装夹平整；
同时对球形合金粉进行烘干处理，烘干温度120℃，烘干时间为4h，降温至25℃，风冷烘干1h，得烘干金属粉末；
步骤二，向供粉平台内加烘干的球形合金粉，用平铲将装入供粉平台内的金属粉末用力插实并将供粉平台周边粉末铺平压实，然后安装与调平刮刀；
步骤三，铺粉，使首层球形合金粉均匀铺在基板上且厚度不超过0.03mm，然后安装吸粉方管，清洁成型室，用擦拭纸蘸无水乙醇清洁成形室门的密封圈和安全玻璃；
步骤四，调整3D打印工艺参数，激光功率320瓦，激光扫描速度800毫米每秒，光斑直径为0.08mm，熔池间距在0.1mm之间，吹风功率在40％之间，平台温度在180℃；
步骤五，通入纯度≥99.99％的氩气使得成形仓内的氧气含量低于0.1％，加载数据，逐层打印得，得模具件；
对步骤五中的模具件进行模具钢强韧性的热处理工艺，包括以下步骤：
S1，对所得模具件进行前预热处理；
S1.1，炉温控制在200℃加入模具件，控制升温速率以6℃/min加热至480℃保持20min，以10℃/min升温至1020℃，保温8h，风冷快速降温至400℃；
S1.2，球化退火，以6℃/min加热升温调整温度至760℃，保温100min，再以8℃/min加热升温调整温度至848℃，保温90min，停火炉冷却至400℃，出炉，自然冷却至室温；
S2，淬火处理：以4℃/min升温至480℃，保温10min，以12℃/min调整温度至1050℃，保温90min，气体淬火：输入温度为80℃的氮氧混合气，氮氧混合气中的氧气体积含量为16％，快速降温至400℃；
S3，回火处理两次：以6℃/min调整温度至660℃，维持90min，以10℃/min降温至200℃，开炉自然冷却，再次回火处理：以6℃/min调整温度至660℃，维持90min，以10℃/min降温至200℃，开炉自然冷却至室温，得强韧模具钢。
5.根据权利要求1所述的一种模具钢，其特征在于：对步骤五中的模具件进行模具钢强韧性的热处理工艺，包括以下步骤：
S1，对所得模具件进行前预热处理；
S1.1，炉温控制在200℃加入模具件，控制升温速率以6℃/min加热至480℃保持20min，以10℃/min升温至1020℃，保温8h，风冷快速降温至400℃；
S1.2，球化退火，以6℃/min加热升温调整温度至760℃，保温100min，再以8℃/min加热升温调整温度至848℃，保温90min，停火炉冷却至400℃，出炉，自然冷却至室温；
S2，淬火处理：以4℃/min升温至480℃，保温10min，以12℃/min调整温度至1050℃，保温90min，气体淬火：输入温度为80℃的氮氧混合气，氮氧混合气中的氧气体积含量为16％，快速降温至400℃；
S3，回火处理两次：以6℃/min调整温度至660℃，维持90min，以10℃/min降温至200℃，开炉自然冷却，再次回火处理：以6℃/min调整温度至660℃，维持90min，以10℃/min降温至200℃，开炉自然冷却至室温，得强韧模具钢件；
S4，时效+离子渗氮处理：调整温度500℃，保温时间8h，同时通入氮氢混合气体，氮氢混合气体中氢气和氮气的体积比为8:42，自然冷却得成品。
6.根据权利要求1所述的一种模具钢，其特征在于：所述氮化钒、二硅化钼、碳化钛的质量比为1:1.2:0.6或者氮化钒、二硅化钼、碳化钛的质量比为1:0.8:0.8或者氮化钒、二硅化钼、碳化钛的质量比为1:0.8:0.6。
7.根据权利要求1所述的一种模具钢，其特征在于：所述氮化钒、二硅化钼、氮化钛质量比为1:1.2:0.8或者氮化钒、二硅化钼、氮化钛质量比为1:1:1.2或者氮化钒、二硅化钼、氮化钛质量比为1:0.8:1.5。
8.根据权利要求1所述的一种模具钢，其特征在于：所述合金添加剂为平均粒径在40nm立方晶型的氮化钒、平均粒径在100nm立方晶型的二硅化钼、平均粒径在20nm立方晶型的氮化钛组成，所述氮化钒、二硅化钼、氮化钛质量比为1:0.8:1.2；对步骤五中的模具件进行模具钢强韧性的热处理工艺，包括以下步骤：
S1，对所得模具件进行前预热处理；S1.1，炉温控制在200℃加入模具件，控制升温速率以8℃/min加热至520℃保持20min，以10℃/min升温至1020℃，保温8h，风冷快速降温至400℃；
S1.2，球化退火，以8℃/min加热升温调整温度至760℃，保温100min，再以8℃/min加热升温调整温度至850℃，保温100min，停火炉冷却至400℃，出炉，自然冷却至室温；
S2，淬火处理：以6℃/min升温至500℃，保温10min，以12℃/min调整温度至1060℃，保温100min，气体淬火：输入温度为80℃的氮氧混合气，氮氧混合气中的氧气体积含量为16％，快速降温至400℃；
S3，回火处理两次：以6℃/min调整温度至655℃，维持90min，以10℃/min降温至200℃，开炉自然冷却，再次回火处理：以6℃/min调整温度至655℃，维持90min，以10℃/min降温至200℃，开炉自然冷却至室温，得强韧模具钢件；
S4，时效+离子渗氮处理：调整温度505℃，保温时间9.0h，同时通入氮氢混合气体，氮氢混合气体中氢气和氮气的体积比为7:43，自然冷却得成品。
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