CN116377186B - 一种塑料模具钢的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钢铁冶金技术领域，提供了一种塑料模具钢的制备方法。本发明通过模铸锭加热、第一墩粗、第一拔长、第一中心重压下、第二拔长、第一均温处理、第二墩粗、第三拔长、第二中心重压下和第四拔长得到成品尺寸锻件；再将成品尺寸锻件进行第二均温、预冷、水空交替淬火和回火，得到所述塑料模具钢；其中模铸锭和成品尺寸锻件的截面比≤2.1。本发明提供的制备方法总截面比小，墩拔次数少，热处理次数少，锻后热处理简单，节能环保，成本低，同时所得塑料模具钢的内部致密度高、晶粒细小，可满足SEP1921D/d级别超声波探伤要求，晶粒度≥6级，全截面硬度值差异控制在3HRC之间。

Description

一种塑料模具钢的制备方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种塑料模具钢的制备方法。
背景技术
塑料模具钢广泛应用于汽车、家电等高精密制品以及大型、特大型塑料制品用模具中。随着新能源车等零部件的大型化、一体化制造发展趋势，对模具钢的极限截面尺寸提出了越来越高的要求。目前制造大截面的塑料模具钢，一般需要采用大截面模铸锭或电渣重熔锭、配合严格的模铸参数，铸锭经多次墩拔、大压缩比锻造等复杂工艺，才能获得具有良好内部致密度的成品模具钢，确保探伤要求。但是，受模铸锭极限尺寸的限制，塑料模具钢成品尺寸锻件的内部致密度往往难以保证，并且因合金含量高，单件尺寸大，锻造过程中以及锻造完成后需要多次入加热炉长时间加热，存在制造工艺复杂、流程长、能耗高等问题。
公开号为CN110157984A的中国发明专利中公开了一种高均匀性高抛光型塑料模具钢ZW636及其制备方法。其中经转炉冶炼、LF+VD精炼、连铸得到电极坯，再将电极坯软化退火、保护气氛电渣重熔形成电渣锭，将电渣锭进行锻造变形，之后进行锻后热处理。该专利需进行电渣重熔，模铸锭截面尺寸大，锻造比≥6，并且锻后需经退火及细化晶粒热处理、淬火+二次回火共4次入炉热处理，工序多，流程长，并且能耗高。
公开号为CN107699801A的中国发明专利中公开了一种模芯用含V塑料模具钢ZW616及其制备方法，其中该专利中总锻造比≥6，同时锻后同样需经退火及细化晶粒热处理、淬火+二次回火共4次入炉热处理，流程复杂，能耗较高。
公开号为CN107699800A的中国发明专利中公开了一种模芯用含Nb的ZW633大型塑料模具钢及其制备方法，其中锻造比为4～8，且锻后同样需经退火及细化晶粒热处理、淬火+二次回火共4次入炉热处理，流程复杂，能耗较高。
综上所述，目前本领域在制备高致密度的塑料模具钢时，需要采用大压缩比锻造，并且热处理次数多，能耗较高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种塑料模具钢的制备方法。本发明提供的制备方法总截面比小，热处理次数少，且所得塑料模具钢的内部致密度高。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种塑料模具钢的制备方法，包括以下步骤：
提供塑料模具钢化学组成的模铸锭；所述模铸锭和成品尺寸锻件的截面比≤2.1；
将所述模铸锭加热后依次进行第一墩粗、第一拔长、第一中心重压下和第二拔长，得到中间铸锭；所述第一墩粗的墩粗比≥2；所述第一拔长的压缩比≤1.1；所述第一拔长和第二拔长的总压缩比≥2.5；
将所述中间铸锭进行第一均温处理后依次进行第二墩粗、第三拔长、第二中心重压下和第四拔长，得到成品尺寸锻件；所述第二墩粗的墩粗比≥2.5；所述第三拔长的压缩比≤1.1；所述第三拔长和第四拔长的总压缩比≥3.5；
将所述成品尺寸锻件依次进行第二均温、预冷、水空交替淬火和回火，得到所述塑料模具钢。
优选的，所述第一中心重压下和第二中心重压下独立地包括：将圆钢沿待重压铸锭的轴向置于所述待重压铸锭的中心位置进行压下，然后将铸锭沿轴向翻转180°，再次进行压下；
所述第一中心重压下的单面压下量为50～300mm；所述第二中心重压下的单面压下量为50～100mm；所述圆钢的直径小于等于1/4压下面宽度。
优选的，所述加热的温度为1200～1250℃，保温时间为8～12h，升温至所述加热的温度的升温速率为80～120℃/h；
所述第一均温的温度为1170～1220℃，所述第一均温的时间为1～3h；所述第二均温的温度为900～950℃，所述第二均温的时间为30～120min。
优选的，所述第二拔长的终锻温度≥1000℃；所述第四拔长的终锻温度≥820℃。
优选的，所述预冷为自然冷却，预冷至表面温度为780～820℃，边角温度为500～600℃。
优选的，所述水空交替淬火包括依次进行的第一阶段、第二阶段、第三阶段和第四阶段；所述第一阶段为入水冷却至锻件表面温度为350～450℃，然后取出回温3～8min；所述第二阶段为入水冷却至锻件表面温度为250～350℃，然后取出回温3～8min；所述第三阶段为入水冷却至锻件表面温度为150～250℃，然后取出回温3～8min；所述第四阶段为入水冷却至锻件表面温度为100～150℃，然后取出；所述第二阶段、第三阶段和第四阶段入水冷却时在水底吹入空气。
优选的，所述回火的温度为500～650℃，保温时间为16～32h，保温结束后炉冷至300～400℃出炉空冷。
优选的，所述模铸锭的直径为φ1000mm～φ1500mm；所述成品尺寸锻件的截面面积为0.5m2～1m2。
优选的，以质量百分比计，所述塑料模具钢的化学成分为：C：0.32～0.4％，Si：0.2～0.4％，Mn：1.1～1.5％，P≤0.025％，S≤0.015％，Cr：1.7～2％，Mo：0.25～0.4％，Ni：0.85～1.15％；Alt：0.01～0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
优选的，所述塑料模具钢的全截面内硬度差异≤3HRC，晶粒度≥6级，芯部致密度满足SEP1921D/d级探伤要求。
本发明提供了一种塑料模具钢的制备方法，本发明通过模铸锭加热、第一墩粗、第一拔长、第一中心重压下、第二拔长、第一均温处理、第二墩粗、第三拔长、第二中心重压下和第四拔长得到成品尺寸锻件；再将成品尺寸锻件进行第二均温、预冷、水空交替淬火和回火，得到所述塑料模具钢；其中模铸锭和成品尺寸锻件的截面比≤2.1。本发明提供的制备方法具有如下有益效果：
(1)本发明不需要复杂的电极锭+电渣重熔的冶炼工艺，并且总截面比小，对模铸锭/锻件截面比要求低，便于采用小直径铸锭生产大截面锻件，并确保良好的内部致密度。本发明实现该有益效果的原理如下：本发明采用较大的墩粗比，模铸锭在大变形量的墩粗过程中，内部产生大量的变形热，温度升高，变形抗力减小；铸锭表面与空气、压机直接接触散热，温度降低，变形抗力变大，在后续的拔长和中心重压下时，变形能更好的穿透锻件表面，抵达芯部，使中心裂纹、疏松、缩孔等缺陷更容易焊合；本发明在拔长过程采用二次中心重压下工艺，压力及变形更集中，可以更好的将变形传递至芯部；同时本发明在墩粗后先进行小压缩比拔长，保证较大的内外温差，更有利于中心重压下变形向芯部传递，进一步改善锻材芯部质量。
(2)本发明锻造过程的加热次数少，仅对模铸锭进行一次热处理，在锻造过程中进行一次均温处理，进一步的，热处理和均温处理的时间均较短，能耗及碳排放低，节能环保。本发明实现该有益效果的原理如下：因上述工艺对芯部致密度的明显改善作用，本发明可以选较小直径的模铸锭，铸锭加热时间短；并且，本发明的铸锭墩拔变形次数少，变形量大，锻造时锻坯温降小，因而中间铸锭二火保温时间缩短，减少了二火再加热时间(即第一均温处理的时间)。
(3)本发明在锻后仅需1次均温、1次回火，锻后热处理简单。实现该有益效果的原理如下：本发明采用以上墩拔工艺以及锻后均温处理，能够获得内部致密且奥氏体晶粒细小的原始组织(示例如图1所示)，减少淬火开裂敏感性；本发明将成品尺寸锻件进行预冷，使角部冷却至贝氏体相变区，生成贝氏体组织(示例如图2所示)，避免淬火时因角部尖端效应、冷速过快、马氏体相变剧烈而产生淬火微裂纹，同时回火后仍然能获得与基体(示例如图3所示)相近的硬度；进一步的，锻件淬火阶段在第二次入水后进入马氏体相变区，本发明在此时吹入空气，水中产生的细密气泡减小了水和模具表面的直接接触面积，降低了模具钢在马氏体转变温度区间的冷速，减缓了马氏体相变速度，减小淬火应力，降低淬火开裂风险，同时也起搅拌均温作用，有助于获得均匀一致的表面硬度。
综上所述，本发明提供的制备方法总截面比小，墩拔次数少，热处理次数少、锻后热处理简单，整体流程短，节能环保，生产成本低，同时所得塑料模具钢的内部致密度高、晶粒细小，可满足SEP1921D/d级别超声波探伤要求，晶粒度≥6级，全截面硬度值差异控制在3HRC之间。
附图说明
图1为实施例1中均温后的成品尺寸锻件的奥氏体晶粒图；
图2为实施例1中预冷后成品尺寸锻件角部的金相组织图；
图3为实施例1中回火后成品尺寸锻件芯部的金相组织图。
具体实施方式
本发明提供了一种塑料模具钢的制备方法，包括以下步骤：
提供塑料模具钢化学组成的模铸锭；所述模铸锭和成品尺寸锻件的截面比≤2.1；
将所述模铸锭加热后依次进行第一墩粗、第一拔长、第一中心重压下和第二拔长，得到中间铸锭；所述第一墩粗的墩粗比≥2；所述第一拔长的压缩比≤1.1；所述第一拔长和第二拔长的总压缩比≥2.5；
将所述中间铸锭进行第一均温处理后依次进行第二墩粗、第三拔长、第二中心重压下和第四拔长，得到成品尺寸锻件；所述第二墩粗的墩粗比≥2.5,；所述第三拔长的压缩比≤1.1；所述第三拔长和第四拔长的总压缩比≥3.5；
将所述成品尺寸锻件依次进行第二均温、预冷、水空交替淬火和回火，得到所述塑料模具钢。
本发明首先提供塑料模具钢化学组成的模铸锭。在本发明中，所述模铸锭的制备方法优选包括：将冶炼原料依次进行冶炼、LF精炼和VD脱气，得到钢水，将所述钢水进行模铸成型，得到模铸锭；所述冶炼优选采用全废钢电炉工艺进行；本发明对所述冶炼、LF精炼和VD脱气的具体操作条件没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的条件即可；本发明对所述冶炼原料没有特殊要求，根据塑料模具钢的化学成分，选择本领域技术人员熟知的冶炼原料即可。
在本发明中，所述模铸锭和成品尺寸锻件的截面比≤2.1，优选为1.8～2.1；在本发明的具体实施例中，所述模铸锭为圆柱形，所述模铸锭和成品尺寸锻件的截面比为模铸锭和成品尺寸锻件的截面面积之比。在本发明中，所述模铸锭的直径优选为φ1000mm～φ1500mm；所述成品尺寸锻件的截面面积优选为0.5m2～1m2；本发明中模铸锭和成品尺寸锻件的截面比小，便于采用小直径模铸锭生产大截面锻件，解决了现有技术中采用大压缩比工艺时受到模铸锭极限尺寸限制的问题。
得到模铸锭后，本发明将所述模铸锭加热后依次进行第一墩粗、第一拔长、第一中心重压下和第二拔长，得到中间铸锭。在本发明中，所述加热的温度优选为1200～1250℃，更优选为1210～1220℃，所述加热的保温时间优选为8～12h，更优选为9～11h，升温至所述加热的温度的升温速率优选为80～120℃/h，更优选为90～110℃/h；在本发明的具体实施例中，优选将模铸锭脱模冷却至表面温度400～600℃后直接热送至加热炉，升温至加热的温度后进行保温，保温结束后出炉即可。
在本发明中，所述第一墩粗前，优选将所述模铸锭进行切水口。
在本发明中，所述第一墩粗的墩粗比≥2，优选为2～2.1；所述第一拔长的压缩比≤1.1，优选为1.05～1.1；所述第一拔长后，优选进行切冒口，然后再进行第一中心重压下。
在本发明中，所述第一中心重压下优选包括：将圆钢沿待重压铸锭的轴向置于待重压铸锭的中心位置进行压下，然后将铸锭沿轴向翻转180°，再次进行压下；所述第一中心重压下的单面压下量优选为50～300mm，更优选为100～250mm；所述圆钢的直径优选小于等于1/4压下面宽度，更优选为1/5～1/4压下面宽度。
在本发明中，所述第一拔长和第二拔长的总压缩比≥2.5，优选为2.5～2.7；第二拔长的终锻温度优选为≥1000℃，更优选为1000～1050℃；所述中间铸锭的截面优选为正方形或长方形。
得到中间铸锭后，本发明将所述中间铸锭进行第一均温处理后依次进行第二墩粗、第三拔长、第二中心重压下和第四拔长，得到成品尺寸锻件。在本发明中，所述第一均温的温度优选为1170～1220℃，更优选为1190～1200℃，所述第一均温的时间优选为1～3h，更优选为1.5～2.5h；所述第二墩粗的墩粗比≥2.5，优选为2.5～3.0；所述第三拔长的压缩比≤1.1，优选为1.05～1.1。
在本发明中，所述第二中心重压下的操作方法优选和第一中心重压下相同，在此不再赘述；所述第二中心重压下的单面压下量优选为50～100mm，更优选为60～80mm。
在本发明中，所述第三拔长和第四拔长的总压缩比≥3.5，优选为3.5～4.2；所述第四拔长的终锻温度优选≥820℃，更优选为820～880℃。
得到成品尺寸锻件后，本发明将所述成品尺寸锻件依次进行第二均温、预冷、水空交替淬火和回火，得到所述塑料模具钢。在本发明中，所述第二均温的温度优选为900～950℃，更优选为920～930℃，所述第二均温的时间优选为30～120min，更优选为40～100min。本发明通过第二均温使锻件奥氏体充分再结晶，获得细小的奥氏体晶粒。
在本发明中，所述预冷优选为自然冷却，优选预冷至表面温度为780～820℃，更优选为790～810℃，边角温度为500～600℃，优选为530～550℃。在本发明的具体实施例中，优选将所述成品尺寸锻件转移至空地进行预冷。
在本发明中，所述水空交替淬火优选包括依次进行的第一阶段、第二阶段、第三阶段和第四阶段；所述第一阶段优选为入水冷却至锻件表面温度为350～450℃，更优选为380～420℃，然后取出回温3～8min，更优选为4～6min；所述第二阶段优选为入水冷却至锻件表面温度为250～350℃，更优选为280～320℃，然后取出回温3～8min，更优选为4～6min；所述第三阶段优选为入水冷却至锻件表面温度为150～250℃，更优选为180～220℃，然后取出回温3～8min，更优选为4～6min；所述第四阶段优选为入水冷却至锻件表面温度为100～150℃，优选为110～130℃，然后取出；所述取出回温具体是将入水冷却后的锻件取出置于空气中进行静置回温；在本发明的具体实施例中，所述第一阶段、第二阶段、第三阶段和第四阶段入水冷却的时间独立地优选为10～18min，更优选为12～15min；所述第二阶段、第三阶段和第四阶段入水冷却时优选在水底吹入空气，在本发明的具体实施例中，从第二阶段开始，开启水池底部的吹气管即可；本发明通过吹入空气在模具钢表面生成气泡膜，在降低冷却速度的同时，增加搅拌作用，改善水温均匀性。
在本发明中，所述回火的温度优选为500～650℃，更优选为500～630℃；所述回火的保温时间优选为16～32h，更优选为20～30h，保温结束后优选炉冷至300～400℃出炉空冷。
在本发明中，以质量百分比计，所述塑料模具钢的化学成分优选为C：0.32～0.4％，Si：0.2～0.4％，Mn：1.1～1.5％，P≤0.025％，S≤0.015％，Cr：1.7～2％，Mo：0.25～0.4％，Ni：0.85～1.15％；Alt：0.01～0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
在本发明中，所述塑料模具钢的全截面内硬度差异≤3HRC，晶粒度≥6级，芯部致密度满足SEP1921D/d级探伤要求。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例涉及的塑料模具钢尺寸为1395×645mm，按质量百分比计，其化学成分为：C：0.35％，Si：0.3％，Mn：1.33％，P：≤0.025％，S：0.008％，Cr：1.75％，Mo：0.28％，Ni：0.9％；Alt：0.015％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
上述塑料模具钢的制造工艺为：
1、冶炼原料依次经全废钢电炉冶炼、LF精炼、VD脱气生产出钢水，钢水模铸成φ1450×2400mm的模铸锭，模铸锭/成品尺寸锻件截面比1.83；
2、模铸锭脱模冷却至表面温度600℃后直接热送至加热炉，以80℃/h的加热速度加热至1250℃并保温12h后出炉；
3、将模铸锭切水口后进行第一墩粗(墩粗比2)、第一拔长(压缩比1.04)，然后切冒口；
4、将切冒口后的模铸锭进行中心重压下，中心重压下的方法为：把φ600mm的圆钢沿模铸锭轴向放置于模铸锭上方中心位置，用压机压下300mm，使铸锭芯部压实；将模铸锭沿轴线旋转180°，重复以上步骤；
5、将中心重压下后的铸锭进行第二拔长，拔长为1150×1150mm正方形中间铸锭，第一拔长和第二拔长的总压缩比2.5，第二拔长后锻坯温度1050℃；
6、将中间铸锭转移至1220℃的加热炉进行3h均温；
7、将均温后的中间铸锭取出进行第二墩粗(墩粗比2.5)，第三拔长(压缩比1.05)；
8、将第三拔长后的铸锭进行中心重压下，操作方法和步骤4相同，单面压下量100mm；
9、将铸锭第四拔长至1395×645mm成品尺寸，第三拔长和第四拔长总压缩比为3.7，终锻温度880℃。
10、将成品尺寸锻件入950℃加热炉均温120min，使锻件奥氏体充分再结晶，获得细小的奥氏体晶粒；均温后的成品尺寸锻件的奥氏体晶粒如图1所示；
11、将均温后的成品尺寸锻件转移至空地，预冷至表面温度820℃，角部温度600℃；通过预冷使锻件角部冷却至贝氏体相变区，生成贝氏体组织，预冷后成品尺寸锻件角部的金相组织如图2所示；
12、将成品尺寸锻件吊入装有工业用水的淬火池中进行水空交替淬火，第一阶段入水冷却18min，表面温度达到450℃，取出回温8min；第二阶段水冷却18min，表面温度达到350℃时取出回温8min；第三阶段入水冷却18min，表面温度达到250℃时取出回温8min；第四阶段入水冷却18min，表面温度达到150℃时取出；从第二阶段开始开启水池底部吹气管，在模具钢表面生成气泡膜，降低冷却速度的同时，增加搅拌作用，改善淬火后硬度均匀性；
13、将淬火后的成品尺寸锻件转移至回火炉，以500℃进行30h回火，回火结束后炉冷至300℃出炉空冷；回火后成品尺寸锻件芯部的金相组织图如图3所示。
对比例1
其他操作步骤和实施例1相同，仅省略步骤4和步骤8中的中心重压下过程。
对实施例1和对比例1制备的塑料模具钢的晶粒度、硬度、硬度差、冲击功和致密度进行检测，结果如表1所示。
表1实施例1与对比例1塑料模具钢的性能测试结果
根据表1中的测试数据可知，实施例1和对比例1采用相同直径的模铸锭，相同的加热和锻造工艺，仅未采用中心重压下，所得塑料模具钢的探伤级别不满足SEP1921D/d探伤要求，致密度较差，而实施例1中采用中心重压下工艺，能够得到致密度高、满足SEP1921D/d探伤级别的塑料模具钢，说明本发明采用中心重压下工艺，有利于改善锻材芯部质量，提高塑料模具钢的致密度。
实施例2
本实施例涉及的塑料模具钢尺寸为1180×455mm，其化学成分按质量百分比计为：C：0.38％，Si：0.25％，Mn：1.33％，P：0.015％，S：≤0.005％，Cr：1.9％，Mo：0.3％，Ni：1.1％；Alt：0.025％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
上述塑料模具钢的制造工艺为：
1、冶炼原料依次经全废钢电炉冶炼、LF精炼、VD脱气生产出钢水，钢水模铸成φ1175×2400mm的模铸锭，模铸锭/成品尺寸锻件压缩比为2.1；
2、模铸锭脱模冷却至表面温度400℃后直接热送至加热炉，以120℃/h的加热速度加热至1200℃并保温8h后出炉；
3、将模铸锭切水口后进行第一墩粗(墩粗比2)、第一拔长(压缩比1.08)，然后切冒口；
4、将切冒口后的模铸锭进行中心重压下，中心重压下的方法为：把φ400mm的圆钢沿模铸锭轴向放置于模铸锭上方中心位置，用压机压下100mm，使铸锭芯部压实；将模铸锭沿轴线旋转180°，重复以上步骤；
5、将中心重压下后的铸锭进行第二拔长，拔长为610×1200mm正方形中间铸锭，第一拔长、第二拔长的总压缩比为3.0，第二拔长后锻坯的温度1000℃；
6、将中间铸锭转移至1170℃的加热炉进行2h均温；
7、将均温后的中间铸锭取出进行第二墩粗(墩粗比3.0)、第三拔长(压缩比1.09)；
8、将第三拔长后的铸锭进行中心重压下，操作方法和步骤4相同，单面压下量50mm；
9、将铸锭第四拔长至1180×455mm成品尺寸，第三拔长和第四拔长的总压缩比为4.2，终锻温度850℃；
10、将成品尺寸锻件入900℃加热炉均温60min，使锻件奥氏体充分再结晶，获得细小的奥氏体晶粒；
11、将均温后的成品尺寸锻件转移至空地，预冷至表面温度780℃，角部温度500℃；
12、将成品尺寸锻件吊入装有工业用水的淬火池中进行水空交替淬火，第一阶段入水冷却15min，表面温度达到350℃，取出回温5min；第二阶段水冷却15min，表面温度达到250℃时取出回温5min；第三阶段入水冷却15min，表面温度达到150℃时取出回温5min；第四阶段入水冷却15min，表面温度达到100℃时取出；从第二阶段开始开启水池底部吹气管，在模具钢表面生成气泡膜，降低冷却速度的同时，起到搅拌作用，改善淬火后硬度均匀性。
13、将淬火后的成品尺寸锻件转移至回火炉，以520℃回火24h，回火结束后炉冷至300℃出炉空冷。
对比例2
对比例2采用常规锻造及热处理工艺，其他操作条件和实施例2相同，区别仅在于：(1)模铸锭的尺寸为φ1450×2400mm；(2)步骤2中保温时间为15h；(3)经第一墩粗(墩粗比2.0)、第一拔长(拔长比2.5)和第二墩粗(墩粗比2.0)、第二拔长(拔长比4.9)得到尺寸相同的中间铸锭，温度降至950℃以下，再在1170℃加热3h后出炉继续锻造；(4)得到成品尺寸锻件后，将冷却到600℃以下的锻件进行900℃/3h再加热正火、冷却至600℃以下后再加热至880℃保温15h淬火，最后进行530℃/24h、510℃/24h共二次再加热回火。
对实施例2和对比例2制备的塑料模具钢的晶粒度、硬度、硬度差、冲击功和致密度进行检测，结果如表2所示。
表2实施例2与对比例2塑料模具钢的性能
表2中的结果显示，对比例2中采用常规锻造及热处理工艺生产的锻件探伤级别同样满足SEP1921-84D/d级别探伤要求，但是，实施例2中模铸锭/成品尺寸锻件的压缩比为2.1，将模铸锭制备成品尺寸锻件的总加热时间为10h，锻后热处理仅需均温1h，回火1次；而对比例2采用直径更大的φ1450mm模铸锭，模铸锭/成品尺寸锻件的压缩比较大，并且由于模铸锭尺寸较大，均温需15h，得到相同尺寸的中间铸锭后需再加热3h，模铸锭至成品尺寸锻件的总加热时间达18h，并且锻后需进行再加热正火、再加热淬火、二次再加热回火共4次长时间再加热；流程复杂，能耗较高。
实施例3
本实施例涉及的塑料模具钢尺寸为1610×440mm，其化学成分按质量百分比计为：C：0.35％，Si：0.38％，Mn：1.4％，P≤0.012％，S：0.012％，Cr：1.9％，Mo：0.38％，Ni：1.13％；Alt：0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
上述塑料模具钢的制造工艺为：
1、冶炼原料依次经全废钢电炉冶炼、LF精炼、VD脱气生产出钢水，钢水模铸成φ1350×2400mm的模铸锭，模铸锭/成品尺寸锻件的压缩比为2.0；
2、模铸锭脱模冷却至表面温度500℃后直接热送至加热炉，以100℃/h的加热速度加热至1230℃并保温9h后出炉；
3、将模铸锭切水口后进行第一墩粗(墩粗比2)、第一拔长(压缩比1.06)，然后切冒口；
4、将切冒口后的铸锭进行中心重压下，中心重压下的方法为：把φ500mm的圆钢沿模铸锭轴向放置于模铸锭上方中心位置，用压机压下150mm，使铸锭芯部压实；将模铸锭沿轴线旋转180°，重复以上步骤；
5、将铸锭进行第二拔长，拔长为1050×1050mm正方形中间铸锭，第一拔长和第二拔长的总压缩比为2.6，拔长后锻坯温度1020℃；
6、将中间铸锭转移至1200℃的加热炉进行2.5h均温；
7、将均温后的中间铸锭取出进行第二墩粗(墩粗比2.6)、第三拔长(压缩比1.08)；
8、将第三拔长后的铸锭进行中心重压下，中心重压下的操作方法和步骤4相同，单面压下量80mm；
9、将铸锭第四拔长至1650×440mm成品尺寸，第三拔长和第四拔长的总压缩比为4.0，终锻温度860℃；
10、将成品尺寸锻件入920℃加热炉均温60min，使锻件奥氏体充分再结晶，获得细小的奥氏体晶粒；
11、将均温后的成品尺寸锻件转移至空地，预冷至表面温度800℃，角部温度560℃；
12、将成品尺寸锻件吊入装有工业用水的淬火池中进行水空交替淬火，第一阶段入水冷却10min，表面温度达到400℃，取出回温3min；第二阶段水冷却10min，表面温度达到300℃时取出回温3min；第三阶段入水冷却10min，表面温度达到200℃时取出回温3min；第四阶段入水冷却10min，表面温度达到125℃时取出；从第二阶段开始开启水池底部吹气管，在模具钢表面生成气泡膜，降低冷却速度的同时，增加搅拌作用，改善淬火后硬度均匀性。
13、将淬火后的成品尺寸锻件转移至回火炉，以540℃回火24h，回火结束后炉冷至300℃出炉空冷。
对比例3
其他条件和实施例3相同，区别仅在于：(1)未采用大压缩比墩锻和中心重压下的锻造工艺(第一次墩粗比1.6，第一次拔长比2.1，第二次墩粗比2.2，第二次拔长比3.3，两次拔长均未采用中心重压下工艺)；(2)得到成品尺寸锻件后，冷却至600℃以下后进行900℃/3h再加热正火、冷却至600℃以下后再加热至880℃/15h淬火，最后进行550℃/24h、530℃/24h二次再加热回火，共4次长时间再加热。
对实施例3和对比例3制备的塑料模具钢的晶粒度、硬度、硬度差、冲击功和致密度进行检测，结果如表3所示。
表3实施例3与对比例3塑料模具钢的性能
实施例3锻后至热处理得到成品仅需均温1h，回火1次；而对比例3采用相同规格的φ1350×2400mm模铸锭，未采用大压缩比墩锻和中心重压下的锻造工艺，锻后需进行再加热正火、再加热淬火、二次再加热回火共4次长时间再加热，并且探伤无法满足SEP1921D/d级别要求。
以上实施例结果表明，本发明提供的制备方法总截面比小，墩拔次数少，加热次数少、锻后热处理简单，整体流程短，节能环保，生产成本低，同时所得塑料模具钢的内部致密度高、晶粒细小，解决了模具钢受坯料极限尺寸限制，内部致密度及探伤合格率不佳、以及能耗高、工序复杂、周期长的问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种塑料模具钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供塑料模具钢化学组成的模铸锭；所述模铸锭和成品尺寸锻件的截面比≤2.1；
将所述模铸锭加热后依次进行第一墩粗、第一拔长、第一中心重压下和第二拔长，得到中间铸锭；所述第一墩粗的墩粗比≥2；所述第一拔长的压缩比≤1.1；所述第一拔长和第二拔长的总压缩比≥2.5；
将所述中间铸锭进行第一均温处理后依次进行第二墩粗、第三拔长、第二中心重压下和第四拔长，得到成品尺寸锻件；所述第二墩粗的墩粗比≥2.5；所述第三拔长的压缩比≤1.1；所述第三拔长和第四拔长的总压缩比≥3.5；
将所述成品尺寸锻件依次进行第二均温、预冷、水空交替淬火和回火，得到所述塑料模具钢；
所述第一中心重压下和第二中心重压下独立地包括：将圆钢沿待重压铸锭的轴向置于所述待重压铸锭的中心位置进行压下，然后将铸锭沿轴向翻转180°，再次进行压下；所述第一中心重压下的单面压下量为50～300mm；所述第二中心重压下的单面压下量为50～100mm；所述圆钢的直径小于等于1/4压下面宽度；
所述预冷为自然冷却，预冷至表面温度为780～820℃，边角温度为500～600℃；
所述水空交替淬火包括依次进行的第一阶段、第二阶段、第三阶段和第四阶段；所述第二阶段、第三阶段和第四阶段入水冷却时在水底吹入空气；
所述塑料模具钢的芯部致密度满足SEP1921D/d级探伤要求。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为1200～1250℃，保温时间为8～12h，升温至所述加热的温度的升温速率为80～120℃/h；
所述第一均温的温度为1170～1220℃，所述第一均温的时间为1～3h；所述第二均温的温度为900～950℃，所述第二均温的时间为30～120min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二拔长的终锻温度≥1000℃；所述第四拔长的终锻温度≥820℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一阶段为入水冷却至锻件表面温度为350～450℃，然后取出回温3～8min；所述第二阶段为入水冷却至锻件表面温度为250～350℃，然后取出回温3～8min；所述第三阶段为入水冷却至锻件表面温度为150～250℃，然后取出回温3～8min；所述第四阶段为入水冷却至锻件表面温度为100～150℃，然后取出。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述回火的温度为500～650℃，保温时间为16～32h，保温结束后炉冷至300～400℃出炉空冷。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述模铸锭的直径为φ1000mm～φ1500mm；所述成品尺寸锻件的截面面积为0.5m2～1m2。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以质量百分比计，所述塑料模具钢的化学成分为：C：0.32～0.4％，Si：0.2～0.4％，Mn：1.1～1.5％，P≤0.025％，S≤0.015％，Cr：1.7～2％，Mo：0.25～0.4％，Ni：0.85～1.15％；Alt：0.01～0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
8.根据权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，所述塑料模具钢的全截面内硬度差异≤3HRC，晶粒度≥6级。
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