一种热作模具钢及其制备方法、装置与流程

1.本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种热作模具钢及其制备方法、装置。


背景技术：

2.cth13钢具有较高的强度、回火稳定性，良好的韧性及抗热疲劳性等优点，是取代h13的优选材料。由于热作模具工作环境处在600℃以上的高温下，不可避免会发生蠕变软化(经过长时间使用后，模具材料自身的基体金属回复转变、碳化物聚集长大，与最初装机使用的状态相比硬度、强度下降，使用性能逐渐恶化)，所以与冷作模具和塑料模具相比，热作模具的寿命总是不尽如人意。国内外对热作模具钢的合金优化与改良从未停止过，如国外对h13钢的改良与优化，形成了dievar、dh21、tq1等新型钢种，其改良方向多为降cr、si，增mo；也有降c，增si、mn的合金化思路；添加微合金元素如nb，稀土等来改善其性能。
3.大型化、高等向性、长寿命是压铸模的发展趋势，为了满足这样的发展要求，一个方面，需要改良传统工艺，采取高纯净度、高均匀性球化组织控制技术、高生产标准、精料供应等措施；另一方面，需要加强新钢种开发，获得600℃以上的高温下更加稳定的基体和碳化物。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种热作模具钢及其制备方法、装置，需研究钢水和钢锭的纯净度、成分的均匀性和波动性、球化组织的均匀性、析出相的尺寸及分布。从钢材球化组织控制和热处理关键技术角度解决压铸模具钢的球化组织均匀性、球化组织精细化。结合压铸模具钢服役性能评价及失效行为研究提出高端压铸模具钢稳定化生产的关键工艺。最终研制高端的热作模具钢工艺成熟、质量稳定、合格率高废品少、成材率稳定在较高水平。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种热作模具钢，所述热作模具钢的原料组分含量包括，按质量百分比，c 0.33％～0.41％、si 0.80％～1.10％、mn 0.20％～0.5％、s≤0.002％、p≤0.015％、cr 5.00％～5.50％、mo1.2％～1.50％、v 0.40％～0.60％、小于等于0.04％的杂质元素以及余量的fe。
6.进一步的，热作模具钢的硬度hrc 44-46，v型冲击的大于等于12j。
7.进一步的，热作模具钢的晶粒度大于等于7；
8.球化组织为as1-as9；带状为bs1-bs4。
9.一种热作模具钢的制备方法，所述方法包括，
10.将热作模具钢钢水依次经ebt、lf炉、vd炉精炼后，浇注得到钢坯，其中，lf炉精炼结束后，向钢水中加入铌铁合金和锆铁合金；所述热作模具钢的原料组分含量包括，按质量百分比，c 0.33％～0.41％、si 0.80％～1.10％、mn 0.20％～0.5％、s≤0.002％、p≤0.015％、cr 5.00％～5.50％、mo1.2％～1.50％、v 0.40％～0.60％、小于等于0.04％的杂质元素以及余量的fe；
11.所述钢坯在气体保护下进行电渣重熔，获取电渣锭并向所述电渣锭表面涂覆抗氧
化涂层；
12.表面涂覆抗氧化涂层的电渣锭进行均质化处理和多次镦拔锻造，获取锻件；
13.将所述锻件风冷至锻件大面中心区250-300℃后，进行退火、超细化热处理，获取热作模具钢。
14.进一步的，所述铌铁合金和锆铁合金的加入量分别为：
15.铌铁合金：钢水的质量比为0.1：1000-0.15：1000；
16.锆铁合金：钢水的质量比为0.2：1000-0.3：1000。
17.进一步的，铌铁合金中铌的含量是65-70％；
18.锆铁合金为海绵锆铁，锆的含量是95-99％。
19.进一步的，所述抗氧化涂层的成分包括含有锰的金属氧化物和微晶玻璃。
20.进一步的，所述镦拔锻造的工艺条件包括开锻温度≥1050℃，停锻温度≥850℃；镦拔次数≥3次；镦拔锻造拔长的高径比为2.2-2.5。
21.进一步的，所述均质化的工艺条件包括1240
±
5℃，大于或等于30小时。
22.进一步的，所述锻件冷却至锻件大面中心区200-250℃后，进行退火、超细化热处理，包括：
23.将锻件风冷至锻件大面中心区250-300℃后，在进行空冷直至模块大面中心区200-250℃；
24.将风冷和空冷处理后的锻件热装进入退火炉进行软化退火；
25.将退火后锻件，进行超细化处理。
26.进一步的，所述软化退火的工艺包括将风冷和空冷处理后的锻件热装升温至250-300℃，保温6-8小时；二次升温至830-850℃，保温7.5+0.25q小时，其中q为装炉量；然后降温至250℃以下，降温速率小于等于30℃/h。
27.进一步的，所述超细化处理包括固溶冷却和球化退火。
28.一种热作模具钢的制备装置，所述装置包括，
29.精炼模块，用于将钢水依次经ebt、lf炉、vd炉精炼后，浇注得到钢坯，其中，lf炉精炼结束后，向钢水中加入铌铁合金和锆铁合金；
30.第一获取模块，用于所述钢坯在气体保护下进行电渣重熔，获取电渣锭并向所述电渣锭表面涂覆抗氧化涂层；
31.第二获取模块，用于表面涂覆抗氧化涂层的电渣锭进行均质化处理和多次镦拔锻造，获取锻件；
32.第三获取模块，用于将所述锻件风冷至锻件大面中心区250-300℃后，进行退火、超细化热处理，获取热作模具钢。
33.本发明的技术效果和优点：
34.使用本发明生产的产品，球化组织、带状等合格率达到99％，探伤合格率≥98％，各项性能指标均优于现有技术。
35.按相关技术协议生产，冶炼采用“电炉+aod+lf+模铸+电渣重熔”工艺技术，在保证化学成分满足技术要求和工艺内控要求的前提下，并采用本项目的核心技术，采用高温均质化处理可使铸锭中的小颗粒共晶碳化物基本消失，大颗粒共晶碳化物部分溶解，成分偏析明显改善，进而使钢材中碳化物细小、均匀，横向冲击性能明显提高。
36.确保各项成分、性能和超声波探伤满足技术要求的基础上，模块探伤和各项性能合格率保证≥98％。
37.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
38.图1为本发明具体实施例中的加热均质化工艺图；
39.图2为本发明具体实施例中的退火工艺图；
40.图3为本发明具体实施例中的固溶冷却前的升温工艺图；
41.图4为本发明具体实施例中的固溶冷却后球化退火工艺图；
42.图5a为本发明具体实施例中的未进行均质化处理后锻件微观图；
43.图5b为本发明具体实施例中的均质化处理后锻件微观图；
44.图6a为本发明具体实施例中的未进行风冷处理后锻件微观图；
45.图6b为本发明具体实施例中的风冷处理后锻件微观图；
46.图7a为本发明具体实施例中的未进行超细化热处理后锻件微观图；
47.图7b为本发明具体实施例中的超细化热处理后锻件微观图；
48.图8a为本发明具体实施例中的未使用本发明方法处理后锻件微观图；
49.图8b为本发明具体实施例中的使用本发明方法后锻件微观图。
具体实施方式
50.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
51.为解决现有技术的不足，本发明公开了一种热作模具钢，所述热作模具钢的原料组分含量包括，按质量百分比，c 0.33％～0.41％、si 0.80％～1.10％、mn 0.20％～0.5％、s≤0.002％、p≤0.015％、cr 5.00％～5.50％、mo1.2％～1.50％、v 0.40％～0.60％、小于等于0.04％的杂质元素以及余量的fe。
52.热作模具钢的硬度hrc 44-46，v型冲击的大于等于12j。
53.热作模具钢的晶粒度大于等于7；
54.球化组织为as1-as9；带状为bs1-bs4。
55.该热作模具钢的制备方法包括以下步骤，
56.步骤一：将热作模具钢钢水依次经ebt、lf炉、vd炉精炼后，浇注得到钢坯，其中，lf炉精炼结束后，向钢水中加入铌铁合金和锆铁合金；所述热作模具钢的组分含量包括，按质量百分比，c 0.33％～0.41％、s i 0.80％～1.10％、mn 0.20％～0.5％、s≤0.002％、p≤0.015％、cr 5.00％～5.50％、mo1.2％～1.50％、v 0.40％～0.60％、小于等于0.04％的杂质元素以及余量的fe。
57.在本发明的一个具体实施例中，按照热作模具钢的组分含量进行生铁和合金料的
配料，在ebt炉中熔化冶炼，过程如下：配料时控制料中p、s含量，保证电炉冶炼时的脱碳量≥0.20％，吹氧温度以保证充分去气、去夹杂。满足p≤0.008％条件后高温出钢，出钢后高温除渣，入lf炉控制渣量在300kg左右(渣厚≤30mm)，为lf炉充分实现低s io2钙铝渣系创造条件。
58.要求si≤0.20％出钢，出钢温度≥1650℃。入lf炉条件：温度≥1550℃，化学成分c、cr达规格下限，si≤0.20％。
59.lf炉：lf炉入罐后薄渣下喂入铝线100m/炉进行强脱氧，并根据精炼终渣成分控制要求按入罐渣厚加入精炼渣、石灰及分批加入钢渣友。合金化好后，取样全分析，al控制在0.05-0.06％，调整化学成分使其满足内控要求，出钢后除渣至渣厚60-100mm，除渣过程注意氩气流量，防止钢液裸露吸气。
60.lf炉精炼结束，电极棒按0.10-0.15％喂al线调al。
61.lf炉结束且在lf炉吊包前加入铌铁合金和锆铁合金，加入量分别为：铌铁合金：钢水的质量比为0.1：1000-0.15：1000；锆铁合金：钢水的质量比为0.2：1000-0.3：1000。铌铁合金中铌的含量是70％；锆铁合金为海绵锆铁，锆的含量是99％。
62.vd炉：vd处理前，喂硅钙线250m/炉，极限真空≤67pa下保持时间≥20mi n。吊包浇注温度t＝1530-1540℃。保证真空度和极限真空保持时间，极限真空度下大流量吹氩强搅拌，钢和渣充分接触，改善钢中al2o3夹杂物的传质动力学条件，降低b类、d类氧化物夹杂物级别，提高钢的洁净度。
63.浇注：软吹氩时间≥15mi n，温度达到吊包温度时浇注。浇注时采用氩气保护浇注，控制钢中气体含量。控制钢的化学成分稳定性，高品质热作模具钢化学成分严格按照内控标准执行，将化学成分控制在较小的波动区间。
64.步骤二：所述钢坯在气体保护下进行电渣重熔，获取电渣锭，包括以下步骤：
65.所用渣料经过700～800℃，≥6小时烘烤后方可使用，所述渣料采用渣系caf2：al2o3＝70：30(％)。ald恒熔速保护气氛电渣炉由于不使用碳电极化渣，而直接用金属电极重熔，所以必须全部使用渣料，不得配入萤石(caf2)之外的自配渣料。
66.使用渣系caf2：al2o3＝70：30(％)，可加5-10千克mgo。严格执行不同结晶器，不同电极棒电渣时的工艺参数。
67.使用本钢或类似钢种作底垫。
68.正常冶炼结晶器出水温度控制在40-58℃。
69.根据电极棒成分确定al粉/粒、ca-si粉用量。
70.根据不同电渣锭锭型的需要，分别控制不同的熔速范围。ф550mm(2.5t)锭型控制熔速≤7.5kg/mi n，ф650mm锭型控制熔速≤8.5kg/mi n，ф730mm(7t)锭型控制熔速10.5-9.0kg/mi n，ф850mm(10t)锭型控制熔速≤13kg/mi n。
71.向所述电渣锭表面涂覆抗氧化涂层；所述抗氧化涂层的厚度为1-2mm；所述抗氧化涂层的成分包括含有锰的金属氧化物和微晶玻璃。
72.步骤三：表面涂覆抗氧化涂层的电渣锭进行均质化处理处理后多次镦拔锻造，获取锻件；
73.在本发明的一个具体实施例中，如图1所示，所述均质化处理包括以下步骤：
74.将表面涂覆抗氧化涂层的电渣锭，先升温至600-650℃，保温5-7h，再以小于50℃/
h的升温速率升温至830-870℃，保温5-7h，再以小于100℃/h的升温速率升温至900-1300℃，保温5-7h，进行保温，再以小于100℃/h的升温速率升温至1235-1245℃，保温30小时及以上。
75.表面涂覆抗氧化涂层的电渣锭加热时注意保证料温均匀、防止阴阳面。
76.在本发明的一个具体实施例中，对进行均质化处理后表面涂覆抗氧化涂层的电渣锭进行多次镦拔锻造，包括以下步骤：
77.a、均质化处理后表面涂覆抗氧化涂层的电渣锭的开锻温度≥1050℃，停锻温度≥850℃；在开锻温度以上，材料变形抗力低，保证充分的热变形；停锻温度，防止低温不均匀变形和锻造开裂，要求镦拔次数≥3次。
78.b、电渣锭出炉后镦粗到1/2高度(整支电渣锭的长度)即钢锭的一半高度(锭长不足时可先适当拔长使高径比合适≥2.0)，然后拔长到高径比约2.2-2.5的荒方回炉。所述荒方回炉的煅烧温度为1240
±
5℃，回炉保温不小于30小时。
79.c、回炉后的荒方出炉镦粗到1/2高度，然后锻造成品和锻坯，模块厚度超过500mm时采用fm法锻造。fm锻造法是指无曼内斯曼效应的锻造法。fm法的变形实质是利用上平砧，下平台的非对称变形，下平台对锻件的摩擦阻力较大，变形由上到下逐步进行，使拉应力移到了变形体与下平台接触面附近，增加了锻件心部压应力。
80.d、最后一火加热温度1180
±
10℃，最后一火变形量≥40％。
81.e、精确控制尺寸和外形，注意停锻温度。精整终锻温度≥800℃。
82.f、锻造过程及时清理表面氧化铁皮，保证表面质量。锻造结束时要求热切头尾，切净两端的烂料及毛刺，防止端面撕裂，以减少锻后水冷时开裂的风险。使用本方法均质化处理前锻件开裂比例约20-30％，使用本方法均质化处理后没有出现开裂现象，产品合格率达到100％。锻后水冷需要专人用测温装置现场监控温度，保证及时装炉退火，以防止炸裂。
83.如图5a和5b分别示出了未采用均质化处理和采用均质化处理后的锻件的微观形貌，根据对比可知，均质化处理后锻件的内部质量得到改善，球化组织结构更加均匀从而提升了冲击韧性性能。采用梯度升温且在1240℃以上的长时间均质化处理并进行反复镦拔法锻造，进而提高钢材等向性，成分和球化组织的均匀性，细化晶粒，有利于提高抵抗裂纹萌生的能力，从而能显著提高cth13使用寿命。采用采用梯度升温和锻造工艺(上述工艺)，降低s、p含量，保护气氛电渣重熔，高温均质化消除球化组织偏析，经高温均质化处理后的锻件其冲击性能，耐磨性显著优于作为研究基础的h13类常规材料，纯净度高，球化组织均匀，晶粒细小，具有高强度高韧性，适用于苛刻的压铸模工作环境。
84.表1、均质化处理和未进行均质化处理后的锻件的性能数据
[0085][0086]
根据表1示出的均质化处理和未进行均质化处理后的锻件的性能数据可知，二者的硬度、带状均符合要求，但是均质化处理后的锻件球化组织在as3-as4，未进行均质化处理后的锻件球化组织在as8-as9，虽然都在协议范围内但是均质化处理能够将球化组织提升到更优的as3-as4(协议范围as1-as9)；均质化处理后的锻件冲击在16.5-18.5j，均值17.4j，未进行均质化处理后的锻件冲击在12-15j，均值13.45j(协议：平均值≥16j，最小值≥12j)，说明均质化处理后的锻件冲击明显优于未进行均质化处理后的锻件。
[0087]
步骤四：将所述锻件将锻件风冷至锻件大面中心区250-300℃后，在进行空冷直至模块大面中心区200-250℃；将风冷和空冷处理后的锻件热装进入退火炉进行软化退火。
[0088]
在本发明的一个具体实施例中，所述锻件采取风冷，所述风冷包括以下步骤：
[0089]
将大面中心区200-250℃左右的锻件升温至250-300℃保温6-8小时；以大于10h的升温速率二次升温至830-850℃，保温7.5+0.25q小时，其中q为以吨为单位的装炉量；然后以小于等于30℃/h的降温速率降温至250℃以下，得锻造后的模块。为了快速冷却，防止晶界碳化物析出，为了球化退火打下基础，优化显微球化组织；锻后风冷需要专人用测温装置现场监控锻件温度，保证及时装炉退火，以防止炸裂。风冷至模块大面中心区250-300℃左右(预计心部温度约500℃)，产品室按照模块大面表面中心温度拟定锻后风冷时间。
[0090]
如图6a和6b分别示出了未采用风冷处理和采用风冷处理后的锻件的微观形貌，根据对比可知，风冷处理后锻件的内部质量提升，球化组织结构更加均匀。通过该工艺，解决材料的纯净度优化、退火态链状碳化物消除不到位、球状碳化物的粒度及分布不均匀、横向心部冲击韧性波动大等问题，生产出满足热作模具长寿命质量要求的优质模具钢。
[0091]
风冷后改为空冷直至锻件大面中心区200-250℃左右(按软件模拟结果确定现场风冷时间)，热装进入退火炉进行软化退火，如图2所示，退火工艺如下：
[0092]
将大面中心区200-250℃左右的锻件升温至250-300℃保温6-8小时；以大于10h的升温速率二次升温至830-850℃，保温7.5+0.25q小时，其中q以吨为单位的装炉量；然后以小于等于30℃/h的降温速率降温至250℃以下，得锻造后的模块。
[0093]
步骤五：将退火后锻件，进行超细化处理，获得热作模具钢锻制模块，要求装炉时，模块应侧立摆放，避免变形。每2个模块之间的间隙≥300mm。所述超细化处理包括固溶冷却和球化退火，在该过程中需要专人用测温装置现场监控锻件温度，保证固溶冷却效果，以及
及时装炉退火，以防止炸裂。
[0094]
在本发明的一个具体实施例中，所述固溶冷却采用介质冷却，防止在冷却过程中出现炸裂风险；加快冷却速度，防止晶界碳化物析出尽可能多形成单向马氏体球化组织，减少贝氏体含量，其中所述介质为水基淬火介质，包括聚烷撑乙二醇(pag)类聚合物淬火介质，其冷速介于水、油之间。
[0095]
在本发明的一个具体实施例中，所述固溶冷却的过程包括以下步骤：
[0096]
如图3所示，将锻造后的模块升温至790-810℃保温大于等于6小时；以大于2h的升温速率二次升温至920-940℃，保温但大于等于1d+1小时，其中d为以分米为单位的锻造后的模块的厚度或直径；
[0097]
930℃保温到点后出炉空冷至模块大表面中心区850℃左右；进行固溶冷却入介质快速冷至模块心部200-250℃出介质，心部温度的确定由入介质时间控制，现场人员按照模块大面表面中心温度拟定锻后质介冷却时间。出介质空冷返温到最高点230℃再降温至模块大表面中心区120-150℃后，立即装炉，继续执行如下球化退火工艺曲线。
[0098]
在本发明的一个具体实施例中，如图4所示，所述球化退火工艺的过程包括以下步骤：
[0099]
将固溶冷却处理后的模块升温至200-250℃并保温5h；以大于3h的升温速率二次升温至520-540℃，保温8-10小时后，空冷至室温；
[0100]
大于等于10h的升温速率三次升温至810-830℃，保温大于等于8.5+0.25q小时，其中q为以吨为单位装炉量；以15-30℃/h的降温速率二次降温至700-720℃并保温15h；以小于等于25℃/h的降温速率三次降温至≤300℃后出炉，得到热作模具钢锻制模块。
[0101]
进行超细化热处理，改进超细化热处理工艺，改善超大规格模块显微球化组织、提高冲击功合格率。在本发明的一个具体实施例中，如图7a和7b分别示出了未采用超细化热处理和采用超细化热处理后的锻件的微观形貌，根据对比可知，超细化热处理后锻件的内部质量得到了改善，球化组织结构更加均匀，从而提升了冲击韧性性能。
[0102]
表2、超细化热处理和未进行超细化热处理后的锻件的性能数据
[0103][0104]
根据表2示出的超细化热处理和未进行超细化热处理后的锻件的性能数据可知，球化组织从原来的as9-as10(未采用超细化热处理)提高到as3-as4(采用超细化热处理)，
有利于奥氏体化过程充分溶解，从而减少未溶碳化物数量及尺寸。超细化热处理后的锻件冲击在15-18j，均值≥16j，未进行超细化热处理后、未进行固溶冷却和未进行退火的锻件冲击在11-14j，均值＜16j,(协议：平均值≥16j，最小值≥12j)，说明超细化热处理后的锻件明显提升锻件的冲击。
[0105]
步骤六：经过超细化热处理后得到的热作模具钢锻制模块，按协议要求取样检测。
[0106]
本发明对所取样检测的参数和步骤没有特别限制，以本领域技术人员熟知的取样检测的参数和步骤即可，本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整。
[0107]
本发明还公开了一种热作模具钢的制备装置，其特征在于，所述装置包括，
[0108]
精炼模块，用于将钢水依次经ebt、lf炉、vd炉精炼后，浇注得到钢坯，其中，lf炉精炼结束后，向钢水中加入铌铁合金和锆铁合金；
[0109]
第一获取模块，用于所述钢坯在气体保护下进行电渣重熔，获取电渣锭并向所述电渣锭表面涂覆抗氧化涂层；
[0110]
第二获取模块，用于表面涂覆抗氧化涂层的电渣锭进行均质化处理和多次镦拔锻造，获取锻件表面涂覆抗氧化涂层的电渣锭进行多次镦拔锻造和均质化处理，获取锻件；
[0111]
第三获取模块，用于将所述锻件风冷至锻件大面中心区250-300℃后，进行退火、超细化热处理，获取热作模具钢。
[0112]
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
[0113]
在本发明的一个具体实施例中，按照上述的热作模具钢锻制模块的制备方法，2021年采用本发明所述方法生产了3炉cth13专用高端热作模具钢，检验结果均合格：球化组织在as3-as5(协议：as1-as9)(表5),冲击17-22j(协议：平均值≥16j，最小值≥12j)，硬度(hrc)45-46(表3)，cth13非金属夹杂物(表4)均符合协议要求，属高品质优质工具模具钢。
[0114]
表3硬度、冲击
[0115][0116]
表4cth13非金属夹杂物
[0117][0118]
表5 cth13球化组织、带状和晶粒度
[0119] 晶粒度球化组织带状实测9as3bs2
协议≥7as1-as9bs1-bs4
[0120]
根据图8a和8b示出的未采用本发明方法(现有技术)处理(未进行均质化处理、风冷和球化退火工艺和未进行均质化处理)和采用本发明处理方法制备的cth3模具刚的微观形貌，根据对比可知，采用本发明方法处理后cth3模具钢的内部质量得到了改善，球化组织结构更加均匀从而提升了冲击韧性性能。
[0121]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种热作模具钢，其特征在于，所述热作模具钢的原料组分含量包括，按质量百分比，c 0.33％～0.41％、si 0.80％～1.10％、mn 0.20％～0.5％、s≤0.002％、p≤0.015％、cr 5.00％～5.50％、mo1.2％～1.50％、v 0.40％～0.60％、小于等于0.04％的杂质元素以及余量的fe。2.根据权利要求1所述的一种热作模具钢，其特征在于，热作模具钢的硬度hrc 44-46，v型冲击的大于等于12j。3.根据权利要求1所述的一种热作模具钢，其特征在于，热作模具钢的晶粒度大于等于7；球化组织为as1-as9；带状为bs1-bs4。4.一种热作模具钢的制备方法，其特征在于，所述方法包括，将热作模具钢钢水依次经ebt、lf炉、vd炉精炼后，浇注得到钢坯，其中，lf炉精炼结束后，向钢水中加入铌铁合金和锆铁合金；所述热作模具钢的原料组分含量包括，按质量百分比，c 0.33％～0.41％、si 0.80％～1.10％、mn 0.20％～0.5％、s≤0.002％、p≤0.015％、cr 5.00％～5.50％、mo1.2％～1.50％、v 0.40％～0.60％、小于等于0.04％的杂质元素以及余量的fe；所述钢坯在气体保护下进行电渣重熔，获取电渣锭并向所述电渣锭表面涂覆抗氧化涂层；表面涂覆抗氧化涂层的电渣锭进行均质化处理和多次镦拔锻造，获取锻件；将所述锻件风冷至锻件大面中心区250-300℃后，进行退火、超细化热处理，获取热作模具钢。5.根据权利要求4所述的一种热作模具钢的制备方法，其特征在于，所述铌铁合金和锆铁合金的加入量分别为：铌铁合金：钢水的质量比为0.1：1000-0.15：1000；锆铁合金：钢水的质量比为0.2：1000-0.3：1000。6.根据权利要求4或5所述的一种热作模具钢的制备方法，其特征在于，铌铁合金中铌的含量是65-70％；锆铁合金为海绵锆铁，锆的含量是95-99％。7.根据权利要求4所述的一种热作模具钢的制备方法，其特征在于，所述抗氧化涂层的成分包括含有锰的金属氧化物和微晶玻璃。8.根据权利要求4所述的一种热作模具钢的制备方法，其特征在于，所述镦拔锻造的工艺条件包括开锻温度≥1050℃，停锻温度≥850℃；镦拔次数≥3次；镦拔锻造拔长的高径比为2.2-2.5。9.根据权利要求4所述的一种热作模具钢的制备方法，其特征在于，所述均质化的工艺条件包括1240
±
5℃，大于等于30小时。10.根据权利要求4所述的一种热作模具钢的制备方法，其特征在于，将所述锻件风冷至锻件大面中心区250-300℃后，进行退火、超细化热处理，获取热作模具钢包括：将锻件风冷至锻件大面中心区250-300℃后，在进行空冷直至模块大面中心区200-250℃；将风冷和空冷处理后的锻件热装进入退火炉进行软化退火；
将退火后锻件，进行超细化处理。11.根据权利要求10所述的一种热作模具钢的制备方法，其特征在于，所述软化退火的工艺包括将风冷和空冷处理后的锻件热装升温至250-300℃，保温6-8小时；二次升温至830-850℃，保温7.5+0.25q小时，其中q为装炉量；然后降温至250℃以下，降温速率小于等于30℃/h。12.根据权利要求11所述的一种热作模具钢的制备方法，其特征在于，所述超细化处理包括固溶冷却和球化退火。13.一种热作模具钢的制备装置，其特征在于，所述装置包括，精炼模块，用于将钢水依次经ebt、lf炉、vd炉精炼后，浇注得到钢坯，其中，lf炉精炼结束后，向钢水中加入铌铁合金和锆铁合金；第一获取模块，用于所述钢坯在气体保护下进行电渣重熔，获取电渣锭并向所述电渣锭表面涂覆抗氧化涂层；第二获取模块，用于表面涂覆抗氧化涂层的电渣锭进行均质化处理和多次镦拔锻造，获取锻件；第三获取模块，用于将所述锻件风冷至锻件大面中心区250-300℃后，进行退火、超细化热处理，获取热作模具钢。

技术总结
本发明公开了一种热作模具钢及其制备方法、装置，所述热作模具钢的原料组分含量包括，按质量百分比，C 0.33％～0.41％、Si 0.80％～1.10％、Mn 0.20％～0.5％、S≤0.002％、P≤0.015％、Cr 5.00％～5.50％、Mo1.2％～1.50％、V 0.40％～0.60％、小于等于0.04％的杂质元素以及余量的Fe。本发明所述制备热作模具钢，球化组织、带状等合格率达到99％，探伤合格率≥98％，各项性能指标均优于现有技术。各项性能指标均优于现有技术。各项性能指标均优于现有技术。


技术研发人员：谢珍勇 陈炜 陈文雄 黄博 张璨 肖玉川 刘迎骥 肖强 王建 曾泽瑶 蔡武 胡峰荣 任金桥 唐佳丽
受保护的技术使用者：攀钢集团江油长城特殊钢有限公司
技术研发日：2023.03.28
技术公布日：2023/8/1