技术摘要：
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  全部
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。
技术实现要素：
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 4 CN 111593257 A 说　明　书 2/11 页 ～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 5 CN 111593257 A 说　明　书 3/11 页 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。 6 CN 111593257 A 说　明　书 4/11 页