本发明涉及一种热作模具钢及其生产方法。

背景技术：

1.2344是一种耐压热作模具钢。这种钢是用电渣重熔的。材质均匀，淬透性好，机械加工性能和抛光性能良好，韧性和塑性较高，具有良好的高低温耐磨性能。以及耐高温疲劳和耐热性。

1.2344材料一般用于压铸模具、挤压模具或热压模具。常规化学成分（%）c：0.38-0.42，si：0.8-1.2，mn：0.30-0.50，p≤0.030，s≤0.010，cr：4.80-5.50，mo：1.20-1.50，v：0.90-1.10。

目前国内常规生产工艺为中频炉（熔炼电极棒）+电渣重熔（普通电渣）+锻造（电液锤）+球化退火。这种生产工艺对基材的h、o、n气体和p的控制非常差。钢中h含量一般为3-4ppm，o含量一般为20-30ppm，n含量一般在150ppm以上，p含量一般仅控制在0.020-0.030%之间；成品材料检测表明，按照nadca（北美压铸协会）1.2344对应等级，其球化组织只能达到as7-as9（约占60%），其余40%不合格。球化组织要求基本在as10-as16之间，晶粒度仅在6-7、7*10mm左右。热处理后的样品硬度达到46hrc，后期无缺口冲击只能达到120-150j。

1.2344现有生产技术生产的材料主要存在以下缺点：

1、气体含量高，导致高倍显微镜下夹杂物含量高。根据GB/T10561，评级一般为粗1级、细1级； b粗1.5，b细1.5； c粗0.5，c细0.5； d粗0.5，d细1； ds0.5。

2、球化组织不均匀，碳化物颗粒较大且分布不均匀。根据nadac评级图，一般在AS9左右。

3、粒度较大，一般在6级左右。

4、p含量高对冲击能影响较大。

5、冲击力低。 7*10mm的样品硬度达到46hrc后，其冲击功率只能为120-150j。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有技术的问题，提供一种热作模具钢及其生产方法。

为了实现上述技术效果，本发明采用以下技术方案：

一种热作模具钢的生产方法，包括以下步骤：

步骤a：将钢水通过电炉氧化熔炼成电极棒，然后在Ar气氛下将电渣重熔成电渣锭；每吨钢水添加脱磷剂12kg，脱磷剂由以下质量份组成：cao 60～65份，caf2 14～17份； feo，8至11份；发泡剂12～16份；

步骤b：将电渣锭加热至1230~1280℃，将电渣锭加厚至1/2高度，然后将锭体拉长回炉在1250~1290℃温度下加热40~ 50小时，然后将铸锭粗化并拉长，在1250~1290℃的温度下回炉。 1180~1200℃加热，加热完成后转入电液锤锻造成型炉；

步骤c：用电液锤按照变形30-35％、加热温度1160-1170℃的条件进行锻造；锻造后，两端切平，喷冷至300-350℃，入炉正火、球化退火。得到热作模具钢。

进一步的技术方案是，所述脱磷剂由以下质量份组成：cao 61.5份，caf2 15.3份。 feo，9.2份；发泡剂，14份。

进一步的技术方案是，所述发泡剂由以下质量百分比的组分组成： Na2CO3：13-18％； Al2O3：30-38%；咖啡馆2：22-26%；其余曹。

进一步的技术方案是，所述发泡剂由以下质量百分比的组分组成： Na2CO3：15％； Al2O3：35.8%；咖啡馆2：24%；其余曹。

进一步的技术方案是，钢液中元素的质量百分比为：c：0.38～0.42；硅：0.8~1.2；锰：0.30~0.50； p≤0.015； s≤0.010；铬：4.90~5.50；钼：1.30～1.50； v：0.90～1.10。

进一步的技术方案是，步骤b所述的加热时间为每毫米锭体直径0.3～0.4分钟。

进一步的技术方案是，步骤c所述的锻造加热时间小于1小时。

进一步的技术方案是，所述退火正火工艺为将锻件放入300-350℃的炉中，然后以小于60℃/h的升温速率加热至400-410℃，在此温度下保持2-410°C。 4小时；然后以小于80℃/h的升温速率升温至600～620℃，并保温2～4h；然后以小于120℃/h的升温速度升温至1025～1035℃，并在此温度下保温，时间为锻材厚度的1.5～2.0倍，保温时间单位为min ;然后冷却至室温。

进一步的技术方案是，球化退火工艺是将正火锻材以小于80℃/h的加热速率加热至850-870℃，在此温度下的保温时间为正火锻材。厚度的2.5～3.5倍，保温时间单位为min；然后以小于20℃/h的冷却速率炉冷至400～420℃；然后空气冷却至室温。

本发明还提供了采用上述热作模具钢的生产方法生产的热作模具钢。其成分分析如下：c：0.38-0.42，si：0.8-1.2，mn：0.30-0.50，p≤0.015，s≤0.010，cr：4.90-5.50，mo：1.30-1.50，v：0.90-1.10 ;球化组织等级达到as1-as5；粒度达到9级以上；当7*10mm样品硬度达到46hrc时，冲击功率≥220j。

下面对本发明作进一步的说明和描述。

钢水冶炼采用电炉氧化法熔炼电极棒和AR气体保护气氛下的电渣重熔工艺，降低了钢中的h、o、p含量，降低了钢水中的夹杂物含量。

在钢水中添加脱磷剂。该脱磷剂由以下质量份组成：cao 60～65份，caf2 14～17份； feo，8至11份；发泡剂12至16份。该发泡剂由以下质量百分比的组分组成：Na2CO3：13-18％； Al2O3：30-38%；咖啡馆2：22-26%；其余曹。该脱磷剂可脱除40-60%的p，尽可能降低p含量，可提高材料的冲击功，在实际应用中大大增加其使用寿命。

将电渣锭加热至1230~1280℃，将电渣锭墩加厚至1/2高度，然后拉长。锭体在1250~1290℃下加热40~50小时，然后将墩粗拉长，在1180~1200℃下回炉。 ℃加热，此过程为均匀化加热，主要目的是使组织均匀，使碳化物细化，使其弥散分布在基体中。

步骤b加热完成后，转移至电液锤锻造成型炉，温度降至700℃左右。电液锤锻造成型需要快速加热到1160-1170℃的温度。变形量为30-35%。锻件是一步形成的。电液锤中的加热时间小于1小时。这一步是为了让颗粒更细、更均匀。

正火、球化退火可进一步减少碳化物的析出，改善显微组织。

热作模具钢成分分析方法参照GB/T222、GB/T223、GB/720066。

热作模具钢晶粒尺寸检测方法参照GB/T6394-2002。

热作模具钢球化组织检测方法按北美模具和压铸协会nadac207-90《压铸模具用高级H13钢验收标准》AS1-AS9合格。

热作模具钢拉伸试验方法参照GB/T228.1-2010。

热作模具钢冲击试验检测方法参照GB/T229-2007。

热作模具钢洛氏硬度测试方法参照GB/T230.1-2009。

热作模具钢布氏硬度测试方法参照GB/T231.2009。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、提高钢水纯净度。高倍夹杂物应达到粗0.5、细0.5； b粗0.5，b细0.5； c 粗 0，c 细 0； d粗0，d细0.5； ds0。

2、根据北美压铸协会（nadac）的数据，球化组织等级达到as1-as5范围，且组织均匀。

3、粒度非常致密，达到9级以上。

4、p含量≤0.010%，s≤0.002%

5、当7*10mm试样硬度达到46hrc时，冲击功≥220j。

具体实施

下面结合本发明实施例对本发明进行进一步详细阐述和说明。

示例1：

采用电炉氧化法将钢水熔炼成4根∮540mm电极棒，每根重5.4吨，然后在AR气氛中电渣重熔成4根∮700mm电渣锭，每根重5.3吨；每吨钢水添加12公斤。该脱磷剂由以下质量份组成：cao 61.5份，caf2 15.3份； feo，9.2份；发泡剂，14份。该发泡剂由以下质量百分比的组分组成：Na2CO3：15％； Al2O3：358%；咖啡馆2：24%；其余曹。

电渣锭的取样成分为c：0.41、si：0.11、mn：0.49、p：0.009、s：0.002、cr：5.13、mo：1.41、v：0.99。

将电渣锭加热至1250℃，将电渣锭墩加厚至1/2高度，然后将锭体拉长至∮580mm，将锭体在1260℃加热40～50小时，然后将墩粗化、加长，然后进行1190℃加热。完成后转移至电液锤锻造成型炉；

按照变形30-35%、加热温度1160-1170℃的条件进行电液锤锻造；锻造后，将两端切平，喷冷至300～350℃，入炉正火、球化退火，即得上述热作模具钢。

退火正火的工艺过程是将锻件放入300-350℃的炉中后，以小于60℃/h的加热速率加热到400℃，并在此温度下保温2-4小时；然后以小于80℃/h的加热速率加热至600℃。 ℃，并在此温度下保持2～4小时；然后以小于120℃/h的升温速率加热至1030℃。该温度下的保温时间为锻材厚度的1.5～2.0倍，保温时间单位为min；再次冷却至室温。

球化退火工艺是将正火锻件以小于80℃/h的加热速率加热至860℃。该温度下的保温时间为正火锻材厚度的2.5～3.5倍。保持时间的单位是min；然后将炉以小于20℃/h的冷却速率冷却至400℃；然后空气冷却至室温。

热作模具钢的检测结果如下：

1、气体含量：h：1.5ppm，o：13ppm，n：45ppm。

2、高倍夹杂物：a为厚0，a为薄0.5； b为厚0.5，b为薄0.5； c为粗0，c为细0； d为厚0，d为薄0.5； ds0。

3. 球形组织，被nadac评为AS5

4、粒度：9.5

5、性能：45hrc，两组7mm*10mm样品无缺口冲击功，第一组为235j、240j、238j；第二组是227j、234j、250j。

6、用户制作的压铸模具平均寿命约为50000-60000次。

尽管这里结合本发明的示意性实施例对本发明进行了描述，但是，上述实施例仅仅是本发明的优选实施例，本发明的实施例并不局限于上述实施例。应当理解，本领域技术人员可以设计出落入本文公开的原理的范围和精神内的许多其他修改和实施例。