[发明专利]一种具有三维等向性能的热作模具钢及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有三维等向性能的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：0.28％～0.31％，Si：0.55％～0.75％，Mn：1.00％～1.20％，P≤0.015％，S≤0.015％，V：1.20％‑2.00％，Cr：4.00％‑4.50％，Ni：0.20％‑1.00％，Als：0.01％‑0.03％，W：0.20％‑0.30％，Cu：0.05％‑0.10％，Ca：≤0.05％，[O]≤20ppm、[H]≤3ppm、[N]≤70ppm，其余为Fe和不可避免的杂质。制备方法，其特征在于：包括冶炼－大板坯连铸－加热－轧制－高温预处理－调质处理,新成分体系下的成分设计，采用连铸+热轧工艺生产宽幅大板生产，产品兼具经济性和高性能。

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种具有三维等向性能的热作模具钢制备方法。

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。

热作模具钢主要用于制造Al、Mg等高温固态或高温液态金属压制成型的模具，也用于高精密的塑胶模具等用途。因此热作模具钢的工作环境一般比较恶劣，而对于材料成分、组织以及应用性能等要求极高。受成分、使用方式和要求影响，热作模具钢的成本往往较高，终端用户对模具钢的要求也十分苛刻，而我国材料同国外先进企业相比，在稳定性上差距较大。

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控制技术，三是针对特定用途的装备技术改造和综合利用。如发明《高合金热作模具钢的制备工艺》(申请号：201611205030.1)、发明《一种热作模具钢锻件的制造工艺》(申请号：201710203441.5)等。

目前国内外热作模具钢产品主要采用大型模铸锭、电渣锭进行锻造方式生产，发明《一种高韧性、高等向性大截面热作模具钢的生产方法》(申请号：201510689315.6)公开的技术方案中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。

从成分设计角度，综合国内外热作模具钢研究现状，主要有2个方向：一是通过提高Mo、Ni元素以提高压铸模具钢的淬透性，从而将压铸模具钢截面做得更大，进口材料如8407等，又如发明《高热强性热作模具钢材料》(申请号：200610116358.6)采用电渣和多次均匀化、退火、锻造工艺生产，而由于加入了接近传统材料2倍左右的高温热强性贵金属元素Mo，在得到良好性能的背后，材料成本大幅提高；二是通过降低C、Mn含量来限制钢的偏析，获得高韧性和优良的焊接性和高热导率；通过加入碳化物形成元素Cr、V、W等获得不同的二次硬化效果，降低Mo含量，使得高温下强度不降或增加。如发明《一种低铬低成本热作模具钢》(申请号：200810101339.5) 引入了另一种贵金属W，且Mo的含量并未显著减少，反而增加了原材料成本。

发明《一种热作模具钢板及其制备方法》(申请号： 201610459770.1)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。

综上，面对大型化的模具钢发展，现有工艺成本极高，采用连铸工艺可以解决上述问题，但是由于热作模具钢产品高碳高合金的特点，限制了大板坯的发展。此外国内外模具钢普遍存在高成本，长流程、工艺复杂等问题，且受模铸材等原始凝固组织影响，性能可靠性、稳定性不佳。此外对于目前要求等向性能的热作模具产品，往往仅要求二维双向等向性能，尚无三维性能的控制手段，且现有技术均是针对锻件产品而开发，对于连铸+轧制钢板尚无解决方案。

发明内容