高合金热作模具钢的制备工艺制造技术

高合金热作模具钢的制备工艺，它属于冶金技术领域。现有的国内高合金热作模具钢与国外厂家生产的材料相比，在钢水纯净、成分均匀性、组织细小、尺寸精确方面还存在一定的差距。本发明专利技术在电渣重熔冶炼过程中，以结晶器直径作为关键参数，通过其设定冶炼过程平均熔化速度，通过提高钢锭加热温度与高温段保持时间，来大幅度改善钢锭成分的不均匀性，锻造采用3次镦粗与3次拔长方式操作，镦粗比值的计算方法采用钢锭镦粗前后高度的比值，可使操作简便并且镦粗目的与效果易于实现；将锻造完毕后淬火的热处理温度给予提高，可在保留一定碳化物的基础上，合金元素溶入奥氏体内增多，通过2个温度段退火，可使球化组织均匀细化。

Process for preparing high alloy hot work die steel

The invention relates to a preparation process of a high alloy hot work die steel, which belongs to the technical field of metallurgy. Compared with the materials produced by foreign manufacturers, the existing domestic high alloy hot work die steel still has a gap in the purity, uniformity, microstructure and size of molten steel. The present invention in electroslag remelting process, the mould diameter as the key parameter, the average melting speed setting smelting process by improving ingot heating temperature and high temperature holding time, to greatly improve the uniformity of forging ingot composition, using 3 time upsetting and stretching operation 3 times, calculation method of upsetting ratio by the ratio of the height of the ingot upsetting before and after, can make operation simple and easy to realize the purpose and effect of upsetting forging; after the heat treatment quenching temperature is given to improve, to retain some carbides, increase of alloying elements into austenite, through 2 annealing temperature, can be the ball of uniform microstructure refinement.

【技术实现步骤摘要】
高合金热作模具钢的制备工艺
本专利技术属于冶金
，具体涉及一种高合金热作模具钢的制备工艺。
技术介绍
近年来，我国每年进口高端工模具钢约10万吨，产值约合人民币60亿元，高昂的价格不仅增加了制造和生产成本，而且严重制约了我国高端模具钢的制造能力。模具行业重点是向大型、精密、复杂、组合等模具发展，对于在航空航天、高速铁路、电子、新能源等领域要求的高强、高韧性、耐高温、高耐磨性材料要有重大突破。发展趋势是在模具钢生产工艺上，总体向高纯净度、高等向性、高韧性、高均匀性方向发展。我国虽然已经是全球第三大模具钢生产国，但高档次模具钢材料几乎全部依赖进口。特别是模具型腔部分模具用钢在短时间内进口的格局很难改变。通过“十三五”规划的实施，国内市场模具自配率达到85％以上，中高档模具的比例达到40％以上，模具的使用寿命在现有的基础上提高20％～30％。瑞典、日本等模具钢质量水平先进的国家,对模具钢的组织微细化进行了研究,通过改善冶炼、高温扩散退火、大锻造比的等向锻造加工方法及后续的超细化热处理等一系列的综合工艺技术,消除钢中的一次碳化物、改善偏析，使二次碳化物呈球状均匀分布在铁素体基体上，减小了大截面模块表面和心部横向和纵向性能的差异，材料的等向性T/L＝0.8～0.9,(一般的为T/L＝0.4～0.6)，大大提高了模具的使用寿命。德国蒂森公司把2344EFS钢中磷降低到≤0.003％且细晶化,则钢的疲劳性能明显提高，日本山阳特殊钢公司规定高纯度模具钢中O的含量≤10ppm、S的含量≤0.001％。生产实践证明,一般国产H13钢制作的压铸模具寿命为3～5万模次,而进口的优质H13制作的压铸模具寿命可达20万次。为此，国内企业及院所热作模具钢品种设计和工艺调整等方面做了很多工作，并取得了阶段性成果。但与国外厂家生产的材料相比，在钢水纯净、成分均匀性、组织细小、尺寸精确方面还存在一定的差距，表现在产品制备工艺不佳导致质量稳定性差、产品实际质量指标较低、退火组织中碳化物有明显沿晶界分布现象。
技术实现思路
本专利技术目的是提供了一种成分均匀，高使用寿命的高合金热作模具钢的制备工艺。本专利技术通过以下技术方案实现：一种高合金热作模具钢的制备工艺，包括如下步骤：步骤1、电弧炉EBT初炼，LF精炼，VD真空除气，浇注成高合金热作模具钢电极坯料；步骤2、将步骤1制成的高合金热作模具钢电极坯料进行电渣重熔得到高合金热作模具钢电渣钢锭，从高合金热作模具钢电极坯料进入结晶器中熔化的渣池开始，至高合金热作模具钢电极坯料从结晶器中提升，切断电源冶炼过程完毕，根据结晶器直径的的不同，整个重熔冶炼过程设定不同范围的熔化速度，每小时平均熔化速度(kg/h)＝结晶器平均直径D(mm)×A，A＝0.80～0.82(kg/h×mm)；步骤3、将步骤2制成的高合金热作模具钢电渣钢锭进行高温均质化处理，得到高合金热作模具钢均质化钢锭；步骤4、将步骤3得到的高合金热作模具钢均质化钢锭进行锻造处理，得到高合金热作模具钢锻造钢锭；步骤5、将步骤4得到的高合金热作模具钢锻造钢锭进行淬火处理，淬火处理后进行2个温度段的退火处理，得到高合金热作模具钢预备成品；步骤6、将步骤5得到的高合金热作模具钢预备成品进行表面车削，探伤检验后得到高合金热作模具钢成品。本专利技术所述的高合金热作模具钢的制备工艺，步骤1中真空精炼保持真空度为67帕以下，保持时间15min，破真空后通氩气15min。本专利技术所述的高合金热作模具钢的制备工艺，步骤3中高温均质化处理包括如下步骤：步骤a：高温处理阶段，加热温度1230℃～1250℃，保温时间根据高合金热作模具钢电渣钢锭的直径分别设定，直径≤720mm，保温时间45～50h，720mm＜直径≤865mm，保温时间53～57h，865mm＜直径≤935mm，保温时间63～67h；步骤b：次高温处理阶段，降低温度至1180℃～1200℃次高温段，保持温度时间1.5～2.0h。相比于现有工艺只在高温段加热温度为1200℃保持一定时间后，将钢锭从加热炉中取出进行锻造。现有工艺加热温度较低，不能很好地改善钢锭铸态下成分的不均匀现象，同时，现有工艺在高温段钢锭保温时间较短，且用钢锭重量确定保温时间，钢锭高温均匀化效果不理想，达不到预期效果。相比于现有的根据电渣钢锭重量的不同设定不同范围的熔化时间，本专利技术是通过高合金热作模具钢电渣钢锭的直径设定高温处理时间，保温时间根据高合金热作模具钢电渣钢锭的直径分别设定，直径≤720mm，保温时间48h，720mm＜直径≤865mm，保温时间55h，865mm＜直径≤935mm，保温时间65h。原工艺以钢锭重量为设计依据来规定熔化时间，没有考虑到结晶器直径这个重要参数。因为生产同一重量的钢锭，可以用不同直径的结晶器。电渣重熔的目的是进一步提纯钢液，并使钢锭的凝固结构得到有效控制。所以结晶器直径是关键参数。本专利技术所述的高合金热作模具钢的制备工艺，步骤4中的锻造处理阶段，锻造采用3次镦粗与3次拔长方式操作，镦粗比控制在40％～50％，镦粗比＝镦粗后钢锭高度/镦粗前钢锭高度。相比与现有工艺锻造时采用2次镦粗与2次拔长方式操作，钢锭内部的碳化物被破碎程度还欠缺。而且现有工艺镦粗比值的计算方法是用钢锭横截面积计算，实际操作过程中计算很不方便，本专利技术通过镦粗高度比控制在40％～50％，精准控制镦粗过程。本专利技术所述的高合金热作模具钢的制备工艺，步骤5中的淬火处理阶段，淬火温度为1040℃～1050℃，时间为12～16h。本专利技术提高了淬火温度，使得合金化合物固溶效果增强。本专利技术所述的高合金热作模具钢的制备工艺，步骤5中的退火处理阶段是，将淬火加热的高合金热作模具钢锻造钢锭从加热炉中取出，迅速冷却到300～350℃，进行2个温度段退火处理，第一个退火处理温度段为870～890℃，处理时间为20～25h，第二个退火处理温度段为730～750℃，处理时间为90～95h。能够使球化组织均匀细化。本专利技术所述的高合金热作模具钢的制备工艺，高合金热作模具钢中的Cr含量为10％～15％。通过本专利技术制备工艺后的高合金热作模具钢，球化组织达到AS1～AS4级，非金属夹杂物总和≤2.0级，无缺口冲击功大于200J，材料的等向性T/L≥0.80。碳化物分布细小、弥散，模具使用寿命长。本专利技术在电渣重熔冶炼过程中，以结晶器直径作为关键参数，通过其设定冶炼过程平均熔化速度，由平均熔化速度控制结晶器内钢水熔池形状，以此达到预想的钢水凝固结构；通过提高钢锭加热温度与高温段保持时间，来大幅度改善钢锭成分的不均匀性，为得到超细化组织与高的冲击韧性做准备；锻造采用3次镦粗与3次拔长方式操作，可使钢锭内部的碳化物被破碎程度加大，使球化组织及性能得到提高；镦粗比值的计算方法采用钢锭镦粗前后高度的比值，可使操作简便并且镦粗目的与效果易于实现；将锻造完毕后球化的热处理温度给予提高，可在保留一定碳化物的基础上，合金元素溶入奥氏体内增多，球化效果得到提高，为后续的加工及再次热处理做好基础；锻造完毕后的淬火加热、冷却及退火可使球化组织均匀细化。附图说明图1为本专利技术具体实施方式一中制备的高合金热作模具钢的球化组织的500倍的金相照片。具体实施方式具体实施方式一：一种高合金热作模具钢的制备工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高合金热作模具钢的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、电弧炉EBT初炼，LF精炼，VD真空除气，浇注成高合金热作模具钢电极坯料；步骤2、将步骤1制成的高合金热作模具钢电极坯料进行电渣重熔得到高合金热作模具钢电渣钢锭，从高合金热作模具钢电极坯料进入结晶器中熔化的渣池开始，至高合金热作模具钢电极坯料从结晶器中提升，切断电源冶炼过程完毕，根据结晶器直径的的不同，整个重熔冶炼过程设定不同范围的熔化速度，每小时平均熔化速度＝结晶器平均直径D×A，A＝0.80～0.82kg/h×mm；步骤3、将步骤2制成的高合金热作模具钢电渣钢锭进行高温均质化处理，得到高合金热作模具钢均质化钢锭；步骤4、将步骤3得到的高合金热作模具钢均质化钢锭进行锻造处理，得到高合金热作模具钢锻造钢锭；步骤5、将步骤4得到的高合金热作模具钢锻造钢锭进行淬火处理，淬火处理后进行2个温度段的退火处理，得到高合金热作模具钢预备成品；步骤6、将步骤5得到的高合金热作模具钢预备成品进行表面车削，探伤检验后得到高合金热作模具钢成品。

【技术特征摘要】
1.一种高合金热作模具钢的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、电弧炉EBT初炼，LF精炼，VD真空除气，浇注成高合金热作模具钢电极坯料；步骤2、将步骤1制成的高合金热作模具钢电极坯料进行电渣重熔得到高合金热作模具钢电渣钢锭，从高合金热作模具钢电极坯料进入结晶器中熔化的渣池开始，至高合金热作模具钢电极坯料从结晶器中提升，切断电源冶炼过程完毕，根据结晶器直径的的不同，整个重熔冶炼过程设定不同范围的熔化速度，每小时平均熔化速度＝结晶器平均直径D×A，A＝0.80～0.82kg/h×mm；步骤3、将步骤2制成的高合金热作模具钢电渣钢锭进行高温均质化处理，得到高合金热作模具钢均质化钢锭；步骤4、将步骤3得到的高合金热作模具钢均质化钢锭进行锻造处理，得到高合金热作模具钢锻造钢锭；步骤5、将步骤4得到的高合金热作模具钢锻造钢锭进行淬火处理，淬火处理后进行2个温度段的退火处理，得到高合金热作模具钢预备成品；步骤6、将步骤5得到的高合金热作模具钢预备成品进行表面车削，探伤检验后得到高合金热作模具钢成品。2.根据权利要求1所述的高合金热作模具钢的制备工艺，其特征在于：步骤1中真空精炼保持真空度为67帕以下，保持时间15min，破真空后通氩气15min。3.根据权利要求1或2所述的高合金热作模具钢的制备工艺，其特征在于：步骤3中高温均质化处理包括如下步骤：步骤a：高温处理阶段，加热温度1230℃～1250℃，保温时间根据高合金热作模具钢电渣钢锭的直径分别设定，直径≤720mm，保温时间45～50h，720mm＜直径≤865mm，保温时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚凤祥，刘洪波，翟书研，杨云志，李庆斌，李瑛，李颇，于瑞芝，徐咏梅，刘向军，毛威昂，唐刚，张程，范宇静，贾俊林，赵贺，李明，翟利志，
申请(专利权)人：东北特钢集团北满特殊钢有限责任公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23