[发明专利]一种特厚热轧高合金热作模具钢及其制备方法

说明书

本发明提供了一种特厚热轧高合金热作模具钢及其制备方法,该模具钢的成分按重量百分比计如下：C：0.24％～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：0.50％～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。制备方法包括冶炼‑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；应用本发明生产的热作模具钢具有高抛光度、高内部质量、高等向性能。

技术领域

本发明属于金属材料生产技术领域，尤其涉及种特厚热轧高合金热作模具钢的制备方法。

背景技术

模具制造业未来的趋势是将向大型、精密、长寿命、高效率方向发展，开发更多具有优异性能的，更高效、更绿色的短流程的新型生产模式和模具钢成为未来的重要攻关方向。

模具行业被称为制造业之母，可以说制造业水平的提升同模具钢的质量及技术革新息息相关。世界各国主要采用三种方式提高模具钢的质量，一是通过优化模具钢的成分和开发新钢种，二是改进模具钢的生产流程和优化工艺制技术，三是针对特定用途的装备技术改造和综合利用。如，申请号201611205030.1的申请专利《高合金热作模具钢的制备工艺》、申请号201710203441.5的申请专利《一种热作模具钢锻件的制造工艺》等。

目前国内外精密模具用钢产品主要采用大型模铸锭、电渣锭进行锻造方式生产，如申请号201510689315.6的专利《一种高韧性、高等向性大截面热作模具钢的生产方法》，采用电渣重熔后的钢锭两次均质，两次锻造，用于消除钢坯中的液析碳化物以及枝晶偏析所产生的带状组织，工艺复杂，能源消耗高。申请号201610459770.1的专利《一种热作模具钢板及其制备方法》提出了采用模铸钢锭-轧制的一种解决方案，但是从生产形式上和性能方面并未看出轧制工艺对模铸方式决定的材料固有的偏析组织、初生相控制的有效手段，仅仅是在流程进行了简化，而且同样采用了高Mo的高成本成分设计。此外，由于钢锭的凝固方式，在凝固末端往往会产生大量的缩孔、偏析等缺陷，凝固末端产生大量的共晶低熔点及杂质产物，而且越是大型锭模缺陷越是难以控制，此外对于对组织均质化有极高要求的模具产品来说，模铸钢锭的缺陷分布曾现V型分布，这同连铸坯规律性的中心偏析不同，很难进行规律型控制。冶金工作者采用不同的冒口形式以及锻造方式，往往只能减轻这种偏析的程度以及不规律性趋势，不能从根本上消除。另一方面采用冒口补缩的生产方式本身，决定了坯料的成材率只能在80％以下，带来巨大的材料损耗。因此从材料发展和有效利用两方面考虑，发展新型的坯料以及模具钢生产工艺成为必须。

申请号201510789402.9的专利一种特厚碳素模具钢板的生产方法，采用了更为纯净、组织规律性更强的连铸坯料，该方法用于生产碳含量0.4-0.5％左右的45#、50#钢，无法满足高合金产品的组坯。申请号201210264180.5的专利一种150-400mm塑料模具用钢板的生产方法，介绍了一种复合组坯，多种焊接方法组合焊接的技术，工序复杂，但是仍无法满足更高碳更高合金的模具钢组坯。

申请号201711079372.8的专利一种200-350mm厚高探伤要求中碳合金模具钢板及其制造方法，采用复合组坯但是并没有提供复合工艺，且制造方法同201210264180.5相似，仅适用于所述的中碳合金钢，而且采用的加温复合方法，极易造成钢坯氧化，这对于要求高均质性的模具产品来说是不利的。

此外上述几个专利都需要优选坯料加上增加压缩比的方式提高产品的探伤质量，但是一方面这种方法对于连续化生产来说不易实施的，因为用于复合的坯料往往单重较大，而对于不同连铸阶段连铸坯内部质量千差万别，此外采用三倍以上压缩比生产的钢板，探伤仅能达到φ3mm水平，这对于精密模来说是远远不够的，仅能用于一般模架的加工，且存在砂眼等缺陷的风险。此外，对于有高等向性要求的材料，采用复合技术尚无解决方案。