一种热作模具钢SD400及其制备方法与流程

一种热作模具钢sd400及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及冶金技术领域，具体公开了一种热作模具钢sd400及其制备方法。


背景技术：

2.国内压铸模具钢的发展相比国外起步较晚，近些年来，随着科学技术水平的不断进步，并且随着引进国外先进生产工艺设备，以及对模具钢合金体系和热处理进一步的探索，产品的质量有巨大提升，稳定性也逐渐提高。
3.目前国内主流的压铸热作模具钢有以下三类：4cr5mosiv1(h13)类、4cr5mo2v(dievar)类、4cr5mo3v(1.2367)类。4cr5mosiv1(h13)类和4cr5mo2v(dievar)类的理想工作温度都不高于600℃，当工作温度高于600℃时，材料的热稳定性都会显著下降，导致材料发生软化，局部硬度降低，严重缩短模具使用寿命。
4.汽车行业对于大截面、高淬透性、高强韧性压铸模具钢的需求越来越迫切，但是目前市面上的大部分压铸模具钢淬透性有限。当模块截面尺寸超过400mm时，心部很难保证淬透；此外，带状偏析和显微组织是大模块模具钢的另外一个重要指标，单纯靠高温扩散和超细化处理很难达到理想的状态。因此，研发一种具有优良的淬透性、带状组织和显微组织的模具钢对于钢种发展和应用具有重要意义。


技术实现要素：

5.针对现有技术中，大模块模具钢淬透性差，带状组织和显微组织较差、横向无缺口冲击性能差等问题，本发明提供了一种热作模具钢sd400及其制备方法，该模具钢兼具较高的横向无缺口冲击性能和硬度，并具有优良的带状偏析组织和极佳的晶粒度，具有极高的应用价值。
6.为达到上述发明目的，本发明提供了如下的技术方案：
7.本发明第一方面提供了一种热作模具钢sd400，按照重量百分比计，包括如下成分：c：0.35％-0.40％，si：0.20％-0.50％，mn：0.30％-0.80％，p≤0.015％，s≤0.005％，cr：4.80％-5.40％，mo：1.80％-2.40％，v：0.60％-1.00％，ni：0.30％-0.60％，co：0.30％-0.60％，其余为铁和不可避免的杂质。
8.相对于现有技术，本发明提供了一种热作模具钢sd400，本发明提供的模具钢通过添加一定含量的ni元素，提高了模具钢的淬透性，以此来保证淬回火后的材料硬度的均匀性，而且，本发明提供的模具钢还添加了一定含量的co元素，可抑制二次碳化物的粗大能细化晶粒，且可以降低钢的过热倾向，提高模具钢的高温态使用寿命。
9.本发明第二方面提供了所述的热作模具钢sd400的制备方法，至少包括如下步骤：
10.步骤一、将自耗锭经高温煅烧、镦拔锻造和余热淬火后得余热淬火态锻件；
11.步骤二、将所述余热淬火态锻件升温至1000℃-1050℃，保温4h-6h，再经水冷和空冷交替冷却至150℃-300℃，得超细化态锻件；
12.步骤三、将所述超细化态锻件升温至840℃-880℃，保温15h-20h，然后随炉冷却至
720℃-760℃，保温25h-30h后，冷却至300℃以下，得热作模具钢sd400。
13.相对于现有技术，本发明提供的热作模具钢sd400的制备通过自耗重熔降低非金属夹杂物水平，改善一次碳化物偏析，再通过高温扩散工艺可以显著减轻成分偏析程度，使自耗锭组织趋于均匀，利于得到优良的带状偏析组织模具钢。其中，经过上述高温扩散处理后的自耗锭再进行2-3次镦拔锻造，可以有效修复上述高温扩散过程结束后锻件中可能出现的内部缺陷，进一步提高锻件的组织均匀性，而通过镦拔锻造后得到的锻造成品再依次进行特定的余热淬火、高温回火、超细化处理和等温球化退火处理的热处理工序，可以得到兼具较高的横向无缺口冲击性能和硬度以及优良的带状偏析组织和极佳的晶粒度的优质模具钢sd400。并且通过控制所述余热淬火终点坯料的温度范围，可以避免淬火过程中产生淬火裂纹，同时避免缓慢降温过程中碳化物的粗大现象。通过上述特定的超细化处理升温速率和处理温度，可以使模具钢内部出现的马氏体+贝氏体+珠光体的混合组织重新回溶，冷却后可以获得单一组织，并避免混晶的出现，得到均匀细小的马氏体组织，改善sd400模具钢的淬透性和淬硬性，也利于弥散和细小的碳化物在后续的热处理过程中再析出，有效改善模具钢的抗热疲劳性和回火稳定性。经过所述超细化处理后的模具钢再经过后续特定的升温速率升温至860℃-880℃和720℃-760℃进行等温球化退火处理，可以有效避免碳化物颗粒的聚集长大，获得兼具较高的横向无缺口冲击性能和硬度，并具有优良的带状偏析组织和极佳的晶粒度的优质模具钢sd400。
14.优选的，步骤一中，所述自耗锭的制备方法，包括如下步骤：
15.步骤a、将原料组分经电炉冶炼、lf精炼和vd真空脱气冶炼后，得φ430mm的电极坯；
16.步骤b、将所述电极坯电渣重熔，得φ590mm的电渣锭；
17.步骤c、将所述电渣锭自耗重熔，得φ660mm的自耗锭。
18.优选的，步骤a中，所述电炉冶炼的温度为1690℃-1710℃，冶炼时间为1h-1.5h。
19.优选的，步骤a中，所述lf精炼的温度为1580℃-1620℃，精炼时间为1.5h-2h。
20.优选的，步骤a中，所述vd真空脱气冶炼的真空度为30pa-40pa，冶炼时间为15min-20min，冶炼出炉温度为1560℃-1580℃。
21.优选的，步骤b中，所述电渣重熔为惰性氛围下，恒熔速电渣重熔，熔速为6.5kg/min-7.5kg/min。
22.优选的，步骤c中，所述自耗重熔为真空条件下，恒熔速自耗重熔，真空度为0.5pa-0.7pa，熔速为5.5kg/min-6.5kg/min。
23.优选的，步骤一中，所述高温煅烧的具体操作为：将所述自耗锭装入高温扩散炉，以80℃/h-100℃/h的升温速率升温至1230℃-1270℃保温40h-45h，然后冷却至1180℃-1200℃，保温2h-4h后出炉锻造，到高温扩散态自耗锭。
24.优选的，步骤一中，所述镦拔锻造的镦粗比为2-2.2。
25.优选的，步骤一中，所述镦拔锻造的次数为2-3次。
26.本发明限定镦粗比可以进一步避免在高温扩散处理过程中，钢锭内部偶尔出现的组织缺陷和不均匀的现象，还可以显著修复锻件中可能出现的孔隙性缺陷，并可以有效的改变锻件中夹杂物的形态，防止锻件在后续处理过程中出现夹裂纹、疏松等缺陷。
27.优选的，步骤一中，所述余热淬火的具体步骤为：控制所述锻件终锻温度不低于
850℃，加入水中进行余热淬火，得温度为350℃-450℃的余热淬火态锻件。
28.优选的，步骤二中，以80℃/h-100℃/h的速率升温至1000℃-1050℃。
29.优选的，步骤二中，所述水空交替冷却包括至少两次水冷和两次空冷，第一次水冷的时间为14min-18min，第一次水冷完成后空冷，待锻件内外温度一致时进行第二次水冷，第二次水冷的时间为10min-12min，第二次水冷完成后空冷，控制空冷后模具钢的温度150℃-300℃。
30.本发明通过水空交替冷却，可以有效细化金相组织，使碳化物细小、弥散分布在基体上，同时避免超细化处理后的材料出现应力裂纹。
31.优选的，步骤三中，以80℃/h-100℃/h的速率升温至840℃-880℃。
32.优选的，步骤三中，所述冷却为以≤30℃/h的速率冷却至300℃以下。
33.本发明提供了一种热作模具钢sd400及其制备方法，有效解决了针对现有技术中，大模块模具钢淬透性有限、带状组织和显微组织较差，横向无缺口冲击性能差等技术问题，本发明提供的模具钢sd400兼具较高的横向无缺口冲击性能和硬度，并具有优良的带状偏析组织和极佳的晶粒度，具有极高的应用价值。
附图说明
34.图1是实施例3提供的热作模具钢sd400的带状偏析组织图；
35.图2是实施例3提供的热作模具钢sd400的的显微化组织图。
具体实施方式
36.下面将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。
37.实施例1
38.本实施例提供了一种热作模具钢sd400，具体内容如下：
39.所述热作模具钢sd400按照重量百分比计，包括如下成分：c：0.36％，si：0.30％，mn：0.50％，p：0.01％，s：0.003％，cr：4.90％，mo：2.10％，v：0.70％，ni：0.50％，co：0.40％，其余为铁和不可避免的杂质。
40.上述热作模具钢sd400的制备方法：
41.步骤一、按照设计配比将原料于1700℃下电炉冶炼1h后，然后于1590℃下lf精炼1.5h，再于-30pa的条件下，冶炼15min，得出炉温度为1560℃的φ430mm电极坯；
42.步骤二、将所述电极坯于惰性氛围下，以6.5kg/min的熔速电渣重熔，得φ590mm电渣锭；再将所述φ590mm电渣锭于-0.6pa的条件下，以5.5kg/min的熔速自耗重熔，得φ660mm自耗锭；
43.步骤三、将所述φ660mm自耗锭装入高温扩散炉，以90℃/h的升温速率升温至1250℃，保温40h，再随炉冷却至1180℃，保温2.5h后出炉锻造，得到高温扩散态自耗锭；
44.步骤四、将所述高温扩散态自耗锭按镦粗比为2:1进行3次镦拔锻造，得到锻件，控制所述锻件的终锻温度为860℃，锻后吊入水中进行余热淬火，并控制淬火后锻件温度在
380℃，得到余热淬火态锻件；
45.步骤五、将所述余热淬火态的锻件以100℃/h的升温速率升温至1020℃，保温5h，再经过两次水冷和两次空冷，第一次水冷的时间为15min，第一次水冷完成后空冷，待锻件内外温度一致时进行第二次水冷，第二次水冷的时间为10min，第二次水冷完成后空冷，控制空冷后模具钢的温度180℃，得到超细化态锻件；
46.步骤六、将所述超细化态锻件以90℃/h的升温速率升温至850℃，保温16h，然后随炉冷却至720℃，保温27h，然后以25℃/h速度冷却至270℃，得到球化退火态的热作模具钢sd400。
47.实施例2
48.本实施例提供了一种热作模具钢sd400，具体内容如下：
49.所述热作模具钢sd400按照重量百分比计，包括如下成分：c：0.36％，si：0.40％，mn：0.70％，p：0.012％，s：0.003％，cr：5.10％，mo：1.90％，v：0.70％，ni：0.50％，co：0.50％，其余为铁和不可避免的杂质。
50.上述热作模具钢sd400的制备方法：
51.步骤一、按照设计配比将原料于1690℃下电炉冶炼1.5h后，然后于1600℃下lf精炼1.5h，再于-30pa的条件下，冶炼20min，得出炉温度为1570℃的φ430mm电极坯；
52.步骤二、将所述电极坯于惰性氛围下，以7.5kg/min的熔速电渣重熔，得φ590mm电渣锭；再将所述φ590mm电渣锭于-0.6pa的条件下，以6.5kg/min的熔速自耗重熔，得φ660mm自耗锭；
53.步骤三、将所述φ660mm自耗锭装入高温扩散炉，以90℃/h的升温速率升温至1270℃，保温44h，再随炉冷却至1190℃，保温3h后出炉锻造，得到高温扩散态自耗锭；
54.步骤四、将所述高温扩散态自耗锭按镦粗比为2.2:1进行3次镦拔锻造，得到锻件，控制所述锻件的终锻温度为850℃，锻后吊入水中进行余热淬火，并控制淬火后锻件温度在420℃，得到余热淬火态锻件；
55.步骤五、将所述余热淬火态的锻件以100℃/h的升温速率升温至1040℃，保温5h，再经过两次水冷和两次空冷，第一次水冷的时间为17min，第一次水冷完成后空冷，待锻件内外温度一致时进行第二次水冷，第二次水冷的时间为10min，第二次水冷完成后空冷，控制空冷后模具钢的温度200℃，得到超细化态锻件；
56.步骤六、将所述超细化态锻件以90℃/h的升温速率升温至850℃，保温16h，然后炉冷至740℃，保温28h，然后以25℃/h速度冷却至250℃，得到球化退火态的热作模具钢sd400。
57.实施例3
58.本实施例提供了一种热作模具钢sd400，具体内容如下：
59.所述热作模具钢sd400按照重量百分比计，包括如下成分：c：0.37％，si：0.40％，mn：0.60％，p：0.013％，s：0.004％，cr：5.10％，mo：2.10％，v：0.70％，ni：0.50％，co：0.50％，其余为铁和不可避免的杂质。
60.上述热作模具钢sd400的制备方法：
61.步骤一、按照设计配比将原料于1700℃下电炉冶炼1.5h后，然后于1600℃下lf精炼1.5h，再于-30pa的条件下，冶炼18min，得出炉温度为1570℃的φ430mm电极坯；
62.步骤二、将所述电极坯于惰性氛围下，以7.0kg/min的熔速电渣重熔，得φ590mm电渣锭；再将所述φ590mm电渣锭于-0.5pa的条件下，以6.0kg/min的熔速自耗重熔，得φ660mm自耗锭；
63.步骤三、将所述φ660mm自耗锭装入高温扩散炉，以90℃/h的升温速率升温至1250℃，保温42h，再随炉冷却至1190℃，保温3h后出炉锻造，得到高温扩散态自耗锭；
64.步骤四、将所述高温扩散态自耗锭按镦粗比为2:1进行3次镦拔锻造，得到锻件，控制所述锻件的终锻温度为850℃，锻后吊入水中进行余热淬火，并控制淬火后锻件温度在400℃，得到余热淬火态锻件；
65.步骤五、将所述余热淬火态的锻件以90℃/h的升温速率升温至1030℃，保温5h，再经过两次水冷和两次空冷，第一次水冷的时间为15min，第一次水冷完成后空冷，待锻件内外温度一致时进行第二次水冷，第二次水冷的时间为10min，第二次水冷完成后空冷，控制空冷后模具钢的温度260℃，得到超细化态锻件；
66.步骤六、将所述超细化态锻件以90℃/h的升温速率升温至860℃，保温16h，然后炉冷至740℃，保温27h，然后以25℃/h速度冷却至280℃，得到球化退火态的热作模具钢sd400。
67.实施例4
68.本实施例提供了一种热作模具钢sd400，具体内容如下：
69.所述热作模具钢sd400按照重量百分比计，包括如下成分：c：0.36％，si：0.30％，mn：0.50％，p：0.01％，s：0.003％，cr：4.90％，mo：2.10％，v：0.70％，ni：0.50％，co：0.40％，其余为铁和不可避免的杂质。
70.上述热作模具钢sd400的制备方法：
71.步骤一、按照设计配比将原料于1700℃下电炉冶炼1h后，然后于1590℃下lf精炼1.5h，再于-35pa的条件下，冶炼20min，得出炉温度为1565℃的φ430mm电极坯；
72.步骤二、将所述电极坯于惰性氛围下，以6.5kg/min的熔速电渣重熔，得φ590mm电渣锭；再将所述φ590mm电渣锭于-0.5pa的条件下，以5.5kg/min的熔速自耗重熔，得φ660mm自耗锭；
73.步骤三、将所述φ660mm自耗锭装入高温扩散炉，以100℃/h的升温速率升温至1250℃，保温40h，再随炉冷却至1180℃，保温2.5h后出炉锻造，得到高温扩散态自耗锭；
74.步骤四、将所述高温扩散态自耗锭按镦粗比为2:1进行3次镦拔锻造，得到锻件，控制所述锻件的终锻温度为860℃，锻后吊入水中进行余热淬火，并控制淬火后锻件温度在380℃，得到余热淬火态锻件；
75.步骤五、将所述余热淬火态的锻件以90℃/h的升温速率升温至1025℃，保温5h，再经过两次水冷和两次空冷，第一次水冷的时间为15min，第一次水冷完成后空冷，待锻件内外温度一致时进行第二次水冷，第二次水冷的时间为10min，第二次水冷完成后空冷，控制空冷后模具钢的温度190℃，得到超细化态锻件；
76.步骤六、将所述超细化态锻件以100℃/h的升温速率升温至850℃，保温16h，然后炉冷至730℃，保温27h，然后以25℃/h速度冷却至260℃，得到球化退火态的热作模具钢sd400。
77.实施例5
78.本实施例提供了一种热作模具钢sd400，具体内容如下：
79.所述热作模具钢sd400按照重量百分比计，包括如下成分：c：0.36％，si：0.30％，mn：0.50％，p：0.01％，s：0.003％，cr：4.90％，mo：2.10％，v：0.70％，ni：0.50％，co：0.40％，其余为铁和不可避免的杂质。
80.上述热作模具钢sd400的制备方法：
81.步骤一、按照设计配比将原料于1710℃下电炉冶炼1h后，然后于1620℃下lf精炼1.5h，再于-30pa的条件下，冶炼15min，得出炉温度为1575℃的φ430mm电极坯；
82.步骤二、将所述电极坯于惰性氛围下，以6.5kg/min的熔速电渣重熔，得φ590mm电渣锭；再将所述φ590mm电渣锭于-0.6pa的条件下，以6.0kg/min的熔速自耗重熔，得φ660mm自耗锭；
83.步骤三、将所述φ660mm自耗锭装入高温扩散炉，以80℃/h的升温速率升温至1250℃，保温40h，再随炉冷却至1180℃，保温3h后出炉锻造，得到高温扩散态自耗锭；
84.步骤四、将所述高温扩散态自耗锭按镦粗比为2.2:1进行2次镦拔锻造，得到锻件，控制所述锻件的终锻温度为870℃，锻后吊入水中进行余热淬火，并控制淬火后锻件温度在380℃，得到余热淬火态锻件；
85.步骤五、将所述余热淬火态的锻件以100℃/h的升温速率升温至1020℃，保温5h，再经过两次水冷和两次空冷，第一次水冷的时间为15min，第一次水冷完成后空冷，待锻件内外温度一致时进行第二次水冷，第二次水冷的时间为10min，第二次水冷完成后空冷，控制空冷后模具钢的温度200℃，得到超细化态锻件；
86.步骤六、将所述超细化态锻件以90℃/h的升温速率升温至850℃，保温16h，然后炉冷至720℃，保温25h，然后以20℃/h速度冷却至280℃，得到球化退火态的热作模具钢sd400。
87.对比例1
88.本对比例提供了一种热作模具钢sd400，与实施例3的区别在于将co元素替换为cu，其他组分、含量和制备工艺不变，具体内容如下：
89.所述热作模具钢sd400按照重量百分比计，包括如下成分：c：0.37％，si：0.40％，mn：0.60％，p：0.013％，s：0.004％，cr：5.10％，mo：2.10％，v：0.70％，ni：0.50％，cu：0.50％，其余为铁和不可避免的杂质。
90.上述热作模具钢sd400的制备方法：
91.步骤一、按照设计配比将原料于1700℃下电炉冶炼1.5h后，然后于1600℃下lf精炼1.5h，再于-30pa的条件下，冶炼18min，得出炉温度为1570℃的φ430mm电极坯；
92.步骤二、将所述电极坯于惰性氛围下，以7.0kg/min的熔速电渣重熔，得φ590mm电渣锭；再将所述φ590mm电渣锭于-0.5pa的条件下，以6.0kg/min的熔速自耗重熔，得φ660mm自耗锭；
93.步骤三、将所述φ660mm自耗锭装入高温扩散炉，以90℃/h的升温速率升温至1250℃，保温42h，再随炉冷却至1190℃，保温3h后出炉锻造，得到高温扩散态自耗锭；
94.步骤四、将所述高温扩散态自耗锭按镦粗比为2:1进行3次镦拔锻造，得到锻件，控制所述锻件的终锻温度为850℃，锻后吊入水中进行余热淬火，并控制淬火后锻件温度在400℃，得到余热淬火态锻件；
95.步骤五、将所述余热淬火态的锻件以90℃/h的升温速率升温至1030℃，保温5h，再经过两次水冷和两次空冷，第一次水冷的时间为15min，第一次水冷完成后空冷，待锻件内外温度一致时进行第二次水冷，第二次水冷的时间为10min，第二次水冷完成后空冷，控制空冷后模具钢的温度260℃，得到超细化态锻件；
96.步骤六、将所述超细化态锻件以90℃/h的升温速率升温至860℃，保温16h，然后炉冷至740℃，保温27h，然后以25℃/h速度冷却至280℃，得到球化退火态的热作模具钢sd400。
97.对比例2
98.本对比例提供了一种热作模具钢sd400，与实施例3的区别在于将ni元素含量提高至1.40％，其他组分、含量和制备工艺不变，具体内容如下：
99.所述热作模具钢sd400按照重量百分比计，包括如下成分：c：0.37％，si：0.40％，mn：0.60％，p：0.013％，s：0.004％，cr：5.10％，mo：2.10％，v：0.70％，ni：1.40％，co：0.50％，其余为铁和不可避免的杂质。
100.上述热作模具钢sd400的制备方法：
101.步骤一、按照设计配比将原料于1700℃下电炉冶炼1.5h后，然后于1600℃下lf精炼1.5h，再于-30pa的条件下，冶炼18min，得出炉温度为1570℃的φ430mm电极坯；
102.步骤二、将所述电极坯于惰性氛围下，以7.0kg/min的熔速电渣重熔，得φ590mm电渣锭；再将所述φ590mm电渣锭于-0.5pa的条件下，以6.0kg/min的熔速自耗重熔，得φ660mm自耗锭；
103.步骤三、将所述φ660mm自耗锭装入高温扩散炉，以90℃/h的升温速率升温至1250℃，保温42h，再随炉冷却至1190℃，保温3h后出炉锻造，得到高温扩散态自耗锭；
104.步骤四、将所述高温扩散态自耗锭按镦粗比为2:1进行3次镦拔锻造，得到锻件，控制所述锻件的终锻温度为850℃，锻后吊入水中进行余热淬火，并控制淬火后锻件温度在400℃，得到余热淬火态锻件；
105.步骤五、将所述余热淬火态的锻件以90℃/h的升温速率升温至1030℃，保温5h，再经过两次水冷和两次空冷，第一次水冷的时间为15min，第一次水冷完成后空冷，待锻件内外温度一致时进行第二次水冷，第二次水冷的时间为10min，第二次水冷完成后空冷，控制空冷后模具钢的温度260℃，得到超细化态锻件；
106.步骤六、将所述超细化态锻件以90℃/h的升温速率升温至860℃，保温16h，然后炉冷至740℃，保温27h，然后以25℃/h速度冷却至280℃，得到球化退火态的热作模具钢sd400。
107.对比例3
108.本对比例提供了一种热作模具钢sd400，与实施例3的区别在于将ni元素含量降低至0.20％，其他组分、含量和制备工艺不变，具体内容如下：
109.所述热作模具钢sd400按照重量百分比计，包括如下成分：c：0.37％，si：0.40％，mn：0.60％，p：0.013％，s：0.004％，cr：5.10％，mo：2.10％，v：0.70％，ni：0.20％，co：0.50％，其余为铁和不可避免的杂质。
110.上述热作模具钢sd400的制备方法：
111.步骤一、按照设计配比将原料于1700℃下电炉冶炼1.5h后，然后于1600℃下lf精
炼1.5h，再于-30pa的条件下，冶炼18min，得出炉温度为1570℃的φ430mm电极坯；
112.步骤二、将所述电极坯于惰性氛围下，以7.0kg/min的熔速电渣重熔，得φ590mm电渣锭；再将所述φ590mm电渣锭于-0.5pa的条件下，以6.0kg/min的熔速自耗重熔，得φ660mm自耗锭；
113.步骤三、将所述φ660mm自耗锭装入高温扩散炉，以90℃/h的升温速率升温至1250℃，保温42h，再随炉冷却至1190℃，保温3h后出炉锻造，得到高温扩散态自耗锭；
114.步骤四、将所述高温扩散态自耗锭按镦粗比为2:1进行3次镦拔锻造，得到锻件，控制所述锻件的终锻温度为850℃，锻后吊入水中进行余热淬火，并控制淬火后锻件温度在400℃，得到余热淬火态锻件；
115.步骤五、将所述余热淬火态的锻件以90℃/h的升温速率升温至1030℃，保温5h，再经过两次水冷和两次空冷，第一次水冷的时间为15min，第一次水冷完成后空冷，待锻件内外温度一致时进行第二次水冷，第二次水冷的时间为10min，第二次水冷完成后空冷，控制空冷后模具钢的温度260℃，得到超细化态锻件；
116.步骤六、将所述超细化态锻件以90℃/h的升温速率升温至860℃，保温16h，然后炉冷至740℃，保温27h，然后以25℃/h速度冷却至280℃，得到球化退火态的热作模具钢sd400。
117.对比例4
118.本对比例与实施例3的区别在于将制备过程中两次水冷和两次空冷替换为两次水冷，其他组分、含量和制备工艺不变，具体内容如下：
119.所述热作模具钢sd400按照重量百分比计，包括如下成分：c：0.37％，si：0.40％，mn：0.60％，p：0.013％，s：0.004％，cr：5.10％，mo：2.10％，v：0.70％，ni：0.50％，co：0.50％，其余为铁和不可避免的杂质。
120.上述热作模具钢sd400的制备方法：
121.步骤一、按照设计配比将原料于1700℃下电炉冶炼1.5h后，然后于1600℃下lf精炼1.5h，再于-30pa的条件下，冶炼18min，得出炉温度为1570℃的φ430mm电极坯；
122.步骤二、将所述电极坯于惰性氛围下，以7.0kg/min的熔速电渣重熔，得φ590mm电渣锭；再将所述φ590mm电渣锭于-0.5pa的条件下，以6.0kg/min的熔速自耗重熔，得φ660mm自耗锭；
123.步骤三、将所述φ660mm自耗锭装入高温扩散炉，以90℃/h的升温速率升温至1250℃，保温42h，再随炉冷却至1190℃，保温3h后出炉锻造，得到高温扩散态自耗锭；
124.步骤四、将所述高温扩散态自耗锭按镦粗比为2:1进行3次镦拔锻造，得到锻件，控制所述锻件的终锻温度为850℃，锻后吊入水中进行余热淬火，并控制淬火后锻件温度在400℃，得到余热淬火态锻件；
125.步骤五、将所述余热淬火态的锻件以90℃/h的升温速率升温至1030℃，保温5h，再经过两次水冷，第一次水冷的时间为15min，第一次水冷完成后，待锻件内外温度一致时进行第二次水冷，第二次水冷的时间为10min，第二次水冷完成后，控制模具钢的温度260℃，得到超细化态锻件；
126.步骤六、将所述超细化态锻件以90℃/h的升温速率升温至860℃，保温16h，然后炉冷至740℃，保温27h，然后以25℃/h速度冷却至280℃，得到球化退火态的热作模具钢
sd400。
127.性能测试
128.为进一步说明本发明的技术效果，本发明对实施例1-5和对比例1-3所得模具钢sd400的带状偏析组织和显微组织进行观察以及力学测试，观察到的50倍下带状偏析组织图结果(按照sep1614标准)和500倍下显微化组织图结果(按照nadca#207标准)以及晶粒度测试、模具钢sd400的横向无缺口冲击性能和硬度测试结果如表1所示：
129.表1
[0130][0131][0132]
根据表1可以看出，本发明实施例1-5提供的模具钢sd400具有更高的试样硬度，能
承受更高的横向无缺口冲击力，且试样晶粒度更大，并具有优良的带状偏析组织和显微化组织。
[0133]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，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sd400，其特征在于：按照重量百分比计，包括如下成分：c：0.35％-0.40％，si：0.20％-0.50％，mn：0.30％-0.80％，p≤0.015％，s≤0.005％，cr：4.80％-5.40％，mo：1.80％-2.40％，v：0.60％-1.00％，ni：0.30％-0.60％，co：0.30％-0.60％，其余为铁和不可避免的杂质。2.权利要求1所述的热作模具钢sd400的制备方法，其特征在于：至少包括如下步骤：步骤一、将自耗锭经高温煅烧、镦拔锻造和余热淬火后得余热淬火态锻件；步骤二、将所述余热淬火态锻件升温至1000℃-1050℃，保温4h-6h，再经水冷和空冷交替冷却至150℃-300℃，得超细化态锻件；步骤三、将所述超细化态锻件升温至840℃-880℃，保温15h-20h，然后随炉冷却至720℃-760℃，保温25h-30h后，冷却至300℃以下，得热作模具钢sd400。3.如权利要求2所述的热作模具钢sd400的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述自耗锭的制备方法包括如下步骤：步骤a、将原料组分经电炉冶炼、lf精炼和vd真空脱气冶炼后，得φ430mm的电极坯；步骤b、将所述电极坯电渣重熔，得φ590mm的电渣锭；步骤c、将所述电渣锭自耗重熔，得φ660mm的自耗锭。4.如权利要求3所述的热作模具钢sd400的制备方法，其特征在于：步骤a中，所述电炉冶炼的温度为1690℃-1710℃，冶炼时间为1h-1.5h；和/或步骤a中，所述lf精炼的温度为1580℃-1620℃，精炼时间为1.5h-2h；和/或步骤a中，所述vd真空脱气冶炼的真空度为30pa-40pa，冶炼时间为15min-20min，冶炼出炉温度为1560℃-1580℃；和/或步骤b中，所述电渣重熔为惰性氛围下，恒熔速电渣重熔，熔速为6.5kg/min-7.5kg/min；和/或步骤c中，所述自耗重熔为真空条件下，恒熔速自耗重熔，真空度为0.5pa-0.7pa，熔速为5.5kg/min-6.5kg/min。5.如权利要求2所述的热作模具钢sd400的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述高温煅烧的具体操作为：将所述自耗锭装入高温扩散炉，以80℃/h-100℃/h的升温速率升温至1230℃-1270℃保温40h-45h，然后冷却至1180℃-1200℃，保温2h-4h后出炉锻造，到高温扩散态自耗锭。6.如权利要求2所述的热作模具钢sd400的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述镦拔锻造的镦粗比为2-2.2；和/或步骤一中，所述镦拔锻造的次数为2-3次。7.如权利要求2所述的热作模具钢sd400的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述余热淬火的具体步骤为：控制所述锻件终锻温度不低于850℃，加入水中进行余热淬火，得温度为350℃-450℃的余热淬火态锻件。8.如权利要求2所述的热作模具钢sd400的制备方法，其特征在于：步骤二中，以80℃/h-100℃/h的速率升温至1000℃-1050℃。9.如权利要求2所述的热作模具钢sd400的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述水空交替冷却包括至少两次水冷和两次空冷，第一次水冷的时间为14min-18min，第一次水冷完成后空冷，待锻件内外温度一致时进行第二次水冷，第二次水冷的时间为10min-12min，第
二次水冷完成后空冷，控制空冷后模具钢的温度150℃-300℃。10.如权利要求2所述的热作模具钢sd400的制备方法，其特征在于：步骤三中，以80℃/h-100℃/h的速率升温至840℃-880℃；和/或步骤三中，所述冷却为以≤30℃/h的速率冷却至300℃以下。

技术总结
本发明属于冶金技术领域，具体公开了一种热作模具钢SD400及其制备方法。其中，按照重量百分比计，包括如下成分：C：0.35％-0.40％，Si：0.20％-0.50％，Mn：0.30％-0.80％，P≤0.015％，S≤0.005％，Cr：4.80％-5.40％，Mo：1.80％-2.40％，V：0.60％-1.00％，Ni：0.30％-0.60％，Co：0.30％-0.60％，其余为铁和不可避免的杂质。本发明提供的模具钢SD400兼具较高的横向无缺口冲击性能和硬度，并具有优良的带状偏析组织和极佳的晶粒度，解决了大模块模具钢淬透性差，带状组织和显微组织较差、横向无缺口冲击性能差等问题。缺口冲击性能差等问题。缺口冲击性能差等问题。


技术研发人员：钟庆元 栾吉哲 叶强 李青 史咏鑫 孙海涛 王凯 冯文静 韦鑫 曹路明
受保护的技术使用者：中航上大高温合金材料股份有限公司
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/8/4