[发明专利]一种特厚热轧高合金热作模具钢及其制备方法

权利要求书

1.一种特厚热轧高合金热作模具钢，其特征在于，该模具钢的成分按重量百分比计如下：C：0.28%～0.30%，Si：0.36%～0.40%，P：≤0.010%，S：≤0.005%，Mn：0.45%～0.55%，Cr：0.90%～1.20%，Ni：0.55%～0.95%，Cu：0.53%～1.00%，W：0.30%～0.50%，Als：0.015%～0.030%，B：0.0005%～0.0035%，其余为Fe和不可避免的杂质；所述模具钢钢板内部含有20-60nm的富Cu纳米相及10-80nm的WC。

2.根据权利要求1所述的一种特厚热轧高合金热作模具钢，其特征在于，所述模具钢钢板成品厚度为200-610mm。

3.一种如权利要求1-2任一项所述的特厚热轧高合金热作模具钢的制备方法，其特征在于，包括冶炼-大板坯连铸-坯料预处理-真空组坯-焊缝局部改性-再加热-高等向模块轧制-模块后处理-热处理；

（1）大板坯连铸：连铸采用的低过热度浇铸，所述低过热度为10-15℃；

连铸坯采用弱冷的方式进行生产，弱冷冷却速率控制在5-15℃/s，持续时间不大于1min，弱冷终冷控制温度范围在700-900℃；

所述的铸坯压下分为前后两段，前段压下量控制在3-8mm，后段压下量控制在1-5mm；

大板坯厚度H控制在100 mm≤H≤400 mm，大板坯宽度W控制范围在1200 mm≤W≤2000mm；大板坯规格宽厚积X需要满足0.200 m²≤X≤0.38 m²；

（2）连铸坯预处理：预处理温度850-1000℃，升温速率50-120℃/h，坯料净保温时间为2.5-3.5min/mm，经坯料预处理后，钢板内部距表面50mm范围内出现100-220nm的W₂C碳化物及80-120nm富Cu纳米相，平均间距5-10μm；

（3）真空组坯：

采用400-1500mm复合坯生产，采用多层结构制备；

对于200mm≤成品厚度≤410mm模具钢钢板采用2层复合坯料不对称设计， H_厚/H_薄≥2，其中H_厚为厚坯料厚度，H_薄为薄坯料厚度；对于410mm＜成品厚度≤610mm模具钢钢板采用2层复合坯料；

所述大板坯2.2≥L/W≥1.2；L为拉坯方向长度，mm;

将连铸坯焊接面和接触面进行铣磨，保证复合界面表面粗糙度控制在Ra=10-20μm；进入真空室抽真空准备焊接；焊接工艺为，焊接电压20-100kV，焊接电流400-1000mA，焊接速度300-500mm/min，熔深60-100mm；

（4）焊缝局部改性：焊接后的复合坯采用快速电磁加热，对焊缝组织进行局部改性处理，改性深度30-120mm，温度200-400℃，改性时间方法1-1.5min/cm³；

（5）再加热：总加热分为三阶段，保温时间控制在10-25小时；第一阶段：第一加热段钢板表面温度控制在600-700℃，保温时间4-8h，第二加热段钢板表面温度控制在1100-1200℃，升温速率≥150℃/h,到温保温时间2-6h，第三加热段钢板表面温度控制在1230-1290℃，保温时间8-12h；

（6）高等向模块轧制：控制辊速8-15转/min；控制开轧温度为1200-1220℃，首道次压下量应大于100mm，首道次轧制后模块表面进行表层冷却硬化，冷速≥20℃/s；表层冷却硬化后模块表面温度≥950℃；终轧温度控制在870-930℃，轧制过程中平均道次压下量控制在30mm以上；

同时轧制过程中采用大比例宽展轧制的方法进行生产，在轧制到目标变形率及目标规格之前，采用横-纵交叉轧制方式进行变形；拉坯方向变形率K_l：65%-170%，宽度方向变形率K_w：40%-90%，综合变形率K：1.4-3.9；K= K_L / K_w，K_w:复合坯料宽度方向变形率，%；K_L:复合坯料长度方向变形率，%；

轧后冷却，冷却速率控制在5-10℃/s，终冷温度控制在400-500℃；

（7）模块后处理：当模块表面温度返红至500-600℃后随即保温，保温时间≥24h；

（8）热处理：回火+淬火+回火；

所述回火：模块后处理之后模块进行回火处理，入炉温度应控制在200-400℃，回火温度控制在850-910℃，入炉钢板需要快速升到目标温度，升温速度应控制在1-2min/mm范围之内，净保温时间6-10min/mm，冷却至650-700℃以下出炉堆垛空冷；

所述淬火：淬火温度控制在1000-1120℃，升温速率应控制在1.5-2.5min/mm范围之内，保温时间3-6min/mm，

所述回火：淬火之后立即进行回火，回火入炉温度应≥250℃，回火温度控制在610-750℃，保温2-4h，钢板内部析出20-60nm的富Cu纳米相及10-80nm的WC。