[发明专利]一种高均匀性工模具钢的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工模具钢的制备方法，具体涉及一种提高工模具钢组织质量的方法。

背景技术

工模具钢是指高速钢和模具钢，具有高硬度、高耐磨性等优点，广泛应用于制造切削工具、精密模具等。为保证工模具钢的性能要求，工模具钢采用高碳高合金的成分设计思路，添加大量的碳和合金元素，形成大量的硬质、稳定的合金碳化物。然而，这同时使工模具钢易产生以碳化物粗大、分布不均匀为主要特征的组织质量问题，导致其硬度、红硬性和耐磨性下降。因此，细化碳化物尺寸、改善其分布，提高材料组织均匀性，是提高工模具钢性能的关键因素。

目前，工模具钢生产工艺流程为：冶炼→浇铸成电极棒→电渣重熔→高温开坯、锻造、轧制→拉拔。在该流程中，改善组织质量主要依赖高温开坯、锻造、轧制等热加工手段，开坯温度高，通常在1150℃左右。这种方法的工作原理在于利用高温形变过程中产生的强烈流变应力，对碳化物进行机械破碎和分离，从而使碳化物尺寸细化、分布改善。这种方法只有在锻压比很大的情况下(锻压比大于16)对碳化物分布的改善效果才明显，但对碳化物尺寸的细化效果不够理想，碳化物尺寸仍很粗大(可达15μm以上)，达不到高品质工模具钢对组织质量的严格要求。如何细化碳化物尺寸、提高组织均匀性，一直以来是高性能工模具钢生产中亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高均匀性工模具钢的制备方法，以解决传统工艺方法生产的工模具钢碳化物粗大、组织质量差的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种高均匀性工模具钢的制备方法，包括以下步骤：

(1)熔炼：对工模具钢进行熔炼、浇铸后，得到自耗电极棒；

(2)电渣重熔：对步骤(1)得到的自耗电极棒进行电渣重熔，得到工模具钢铸锭；

(3)去应力退火：对步骤(2)得到的工模具钢铸锭进行去应力退火处理，消除工模具钢铸锭的内部应力；

(4)低温开坯：对步骤(3)退火后的工模具钢铸锭在不高于1000℃的温度下开坯，改变铸锭内部组织状态；

(5)高温球化处理：对步骤(4)低温开坯后的工模具钢铸锭在不低于1000℃的温度下加热，使铸锭内部碳化物分解球化、尺寸细化；

(6)锻造、轧制：对步骤(5)高温球化处理后的工模具钢铸锭进行常规加工，得到最终产品。

步骤(3)中，去应力退火处理的步骤是：将工模具钢铸锭在720-800℃保温8-16h。

步骤(4)中，工模具钢铸锭的开坯温度控制在800～1000℃。

步骤(5)中，高温球化处理温度为1000～1100℃，时间为2～10h。

步骤(4)先于步骤(5)进行，二者顺序不能颠倒。

有益效果：本发明提供的方法与传统方法采用高温开坯、锻造、轧制的工艺路线不同，本发明在常规锻造、轧制之前引入“低温开坯+高温球化”工序，即对铸锭预先进行低温开坯，利用变形应力改变铸锭内部组织状态，而后采用高温球化处理，使碳化物发生明显分解球化、细化，最终达到显著降低碳化物尺寸、提高工模具钢组织质量的目的。

本发明通过采用“低温开坯+高温球化”工艺方案，使工模具钢碳化物尺寸显著细化、分布改善，获得碳化物细小、均匀分布的组织，显著提升工模具钢组织均匀性，解决了传统工艺方法生产的工模具钢组织质量不佳的难题。

具体实施方式

本发明在常规锻造、轧制之前引入“低温开坯+高温球化”工序，即对铸锭预先进行低温开坯，利用变形应力改变铸锭内部组织状态，而后采用高温球化处理，使碳化物发生明显分解球化、细化，最终达到显著降低碳化物尺寸、提高工模具钢组织质量的目的。本发明的改进点主要体现在两个方面：

1、与传统方法采用对铸锭高温开坯、锻造、轧制的工艺路线不同，本发明在常规锻造轧制之前预先对工模具钢铸锭在800～1000℃低温开坯，严格控制加工温度不能过高。利用低温开坯，改变铸锭内部组织状态，为后续高温球化处理做好组织准备。

2、对低温开坯的工模具钢铸锭在1000～1100℃加热2～10h，进行高温球化处理，促进碳化物分解和球化、细化碳化物尺寸。

通过上述两方面的共同改进，显著细化工模具钢碳化物尺寸、提高组织质量。

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

实施例1：

(1)熔炼：对M2高速钢进行熔炼、浇铸后，得到电渣重熔用的自耗电极棒；

(2)电渣重熔：对自耗电极棒进行电渣重熔，得到M2高速钢铸锭；