本发明属于钢合金领域，具体涉及一种模芯用塑料模具钢zw616及其制备方法。
背景技术：
塑料模具钢产品以其使用范围广泛且用量大，在模具钢产业中具有举足轻重的地位，1.2311(德国葛利兹钢种)其主要应用在家电及其他生活用品上，随着塑料制品需求的提升，塑料模具钢产品质量也需相应换代，需要一种同比而言加工性能较好、硬度均匀性较高，晶粒度更加细化且成本控制相对较经济的塑料模具钢产品。
技术实现要素：
本发明通过提出一种塑料模具钢及其制备方法。本发明钢为适应市场需求，解决上述目前存在的现状问题而设计的，成分配比上提升mo含量，添加v元素，添加ni元素，优化生产工艺，实现产品规格拓宽，晶粒细化可达7～9级，硬度均匀性提升，使用性能优化，在提升产品使用性能的前提下，实现了成本的降低。
具体通过如下技术手段实现：
一种模芯用含v塑料模具钢，所述塑料模具钢按质量百分比含量计为：c：0.2～0.40％，si：0.2～0.8％，mn：1.0～1.6％，cr：1.4～2.1％，mo：0.2～0.5％，v：0.05～0.12％，p≤0.010％，s≤0.010％，ni：0.2～0.4％，cu≤0.25％，o≤20ppm，n：60～100ppm，h≤1.5ppm，余量为fe和不可避免的杂质；
所述模芯用含v塑料模具钢的微观结构中，淬火组织表层50～70mm为马氏体组织，厚度1/4处和芯部为贝氏体组织，经高温回火后为回火索氏体组织，晶粒度达7～9级。
上述模芯用含v塑料模具钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)锻造前准备：按前述塑料模具钢组分含量通过高炉～转炉～lf炉～vd炉流程冶炼后模铸成钢锭，并将其中杂质含量按：pb≤0.010％，sn≤0.010％，as≤0.010％，sb≤0.010％，bi≤0.010％，cu≤0.25％的要求进行控制；锻造前将钢锭以80-100℃/h速率升温至300-600℃进行保温，保温时间按0.1～0.3min/mm计算、然后以69～90℃/h速率升温至700-900℃进行保温，保温时间按0.3～0.5min/mm计算、然后以90～110℃/h速率升温至1200-1250℃进行保温，保温时间按0.7～0.9min/mm计算；保温结束后出炉压钳把，并一鐓一拔制成中间坯，中间坯入炉进行高温扩散均质化，保温温度为1250±5℃，保温时间按2-4min/mm计算；
(2)锻造：步骤(1)得到的中间坯保温结束后出炉进行鐓拔工艺，总锻造比≥6，拔长过程中采用道次重压工艺：即每道次压下量20～30％，锻造过程中开锻温度≥1100℃，终锻温度≥850℃；
(3)锻后空冷：将步骤(2)锻造所得的钢模块放置于空冷区，空冷至400～600℃，空冷过程中保持每个钢模块之间摆放间距＞1.5m；
(4)晶粒细化处理：将步骤(3)中空冷完毕的钢模块装入400～550℃的热处理炉中，保温3～6h，然后以58～62℃/h速率升温至650±5℃，保温时间按0.38～0.42/mm计算，然后以78～82℃/h的速率升温至890-900℃，保温时间为1.3～1.6min/mm，保温结束后出炉风冷至350～400℃，将模块装入400～550℃待料炉中，保温3～6h，以58～62℃/h速率升温至730～750℃，保温2.8～3.3min/mm，将模块出炉空冷至350～400℃；
(5)扩氢：将步骤(4)得到的钢模块转入350±2℃的热处理炉，以58～62℃/h的速率升温至620～660℃，保温为7～9min/mm；
(6)调质：调质加热：将步骤(5)中模块以50～60℃/h的升温速率升温至870～910℃进行保温，保温时间为1.3～1.6min/mm，保温结束后出炉采用水空交替方式进行冷却，具体为：空冷至700～760℃后入水，冷却至芯部648～652℃后出水，空冷118～122s后入水，冷至芯部448～452℃出水，空冷118～122s后入水，水冷至芯部348～352℃出水，空冷88～92s后入水，水冷至芯部198～202℃出水，出水后立即装炉进行一次回火；
(7)一次回火：步骤(6)得到钢模块装入回火炉，在200～300℃的温度下保温15～20h，然后以40℃/h的速率升温至550～600℃后进行保温，保温时间为2.8～3.2min/mm，保温结束后出炉空冷至室温；
(8)二次回火：步骤(7)得到的钢模块在室温的条件下入炉，然后以38～42℃/h的速率升温至540～590℃后进行保温，保温时间为2.8～3.2min/mm，保温结束后出炉空冷至室温，得到模芯用含v塑料模具钢。
其中步骤(1)的优选方式为：
(1)锻造前准备：按前述塑料模具钢组分含量通过高炉～转炉～lf炉～vd炉流程冶炼后模铸成钢锭，并将其中杂质含量按：pb≤0.010％，sn≤0.010％，as≤0.010％，sb≤0.010％，bi≤0.010％，cu≤0.25％的要求进行控制；锻造前将钢锭以80～100℃/h速率升温至300～600℃进行保温，保温时间按0.2min/mm计算、然后以80℃/h速率升温至700～900℃进行保温，保温时间按0.4min/mm计算、然后以100℃/h速率升温至1200～1250℃进行保温，保温时间按0.8min/mm计算；保温结束后出炉压钳把，并一鐓一拔制成中间坯，中间坯入炉进行高温扩散均质化，保温温度为1250±5℃，保温时间按2～4min/mm计算。
步骤(4)的优选方式为：
(4)晶粒细化处理：将步骤(3)中空冷完毕的钢模块装入400～550℃的热处理炉中，保温3～6h，然后以60℃/h速率升温至650℃，保温时间按0.4/mm计算，然后以80℃/h的速率升温至890～900℃，保温时间为1.5min/mm，保温结束后出炉风冷至350～400℃，将模块装入400～550℃待料炉中，保温3～6h，以60℃/h速率升温至730～750℃，保温3min/mm，将模块出炉空冷至350～400℃。
步骤(6)～(8)的优选方式为：
(6)调质：调质加热：将步骤(5)中模块以50～60℃/h的升温速率升温至870～910℃进行保温，保温时间为1.5min/mm，保温结束后出炉采用水空交替方式进行冷却，具体为：空冷至700～760℃后入水，冷却至芯部650℃后出水，空冷120s后入水，冷至芯部450℃出水，空冷120s后入水，水冷至芯部350℃出水，空冷90s后入水，水冷至芯部200℃出水，出水后立即装炉进行一次回火。
(7)一次回火：步骤(6)得到钢模块装入回火炉，在200～300℃的温度下保温15～20h，然后以40℃/h的速率升温至550～600℃后进行保温，保温时间为3min/mm，保温结束后出炉空冷至室温。
(8)二次回火：步骤(7)得到的钢模块在室温的条件下入炉，然后以40℃/h的速率升温至540～590℃后进行保温，保温时间为3min/mm，保温结束后出炉空冷至室温，得到模芯用含v塑料模具钢。
一种模芯用含v塑料模具钢的用途，所述模芯用含v塑料模具钢用于大型塑料模具的模芯用钢，且该模芯用钢采用所述的模芯用含v塑料模具钢和/或其制备方法制备得到。
本发明中的“表层处”为钢模块表层至表层以下1mm处，“厚度1/4处”为表层至芯部之间距离的中点处的上下各0.5mm处，“芯部”为钢模块中心部位最中点处的上下各0.5mm处。
本发明的zw616为本发明钢的牌号名称。
本发明的min/mm所代表的含义为每毫米厚度需要保温的分钟数，即根据厚度不同，保温时间的也不同，厚度的单位为毫米。
本发明的效果在于：
1，在制备工艺方面：锻造加热、晶粒细化处理及调质等过程均采用deform进行模拟热处理，同时现场生产时附偶，实现对热处理过程温度的精准控制，进而保证产品质量。锻造高温扩散均质化，均匀成分充分改善钢锭内部偏析。锻造拔长，特别是最后一火拔长采用道次重压工艺，充分破碎内部组织及焊合冶炼缺陷的同时细化晶粒。独特的调质水空交替的冷却工艺，根据过冷奥氏体的冷却曲线充分规避开裂风险的同时，实现更快的冷却速率，进而实现模块尽可能厚的淬硬深度。在回火工艺中，结合回火过程中马氏体和贝氏体的分解原理，设计其足够的回火时间，同时为确保产品回火充分组织更加均匀加工性能更好，采用两次回火工艺进行生产。
2，在合金组成和微观结构方面：细化晶粒方面，通过添加适量的v元素，结合晶粒细化工艺，晶粒度细化至7～9级。均匀度方面：成分均匀，组织均匀，组织类型好(回火温度偏高，获得较好的回火索氏体组织)且回火充分，硬度均匀，获得良好的加工性能。获得一定硬度，本发明钢的回火温度较传统1.2311提高40～60℃，这使得材料在后续模具加工处理上更加安全。本发明钢规格最厚至800mm(业内一般最大厚度为400～500mm)，芯部硬度≥30hrc。性价比高，本发明钢较传统1.2311而言，其成本会稍有偏高，但是质量的提升会增加产品寿命，提升后续塑料制品的质量。成本：相比1.2311高一档次的1.2738而言，本发明钢完全可以替代部分小规格1.2738，大大降低成本。
3，提升mo含量，添加v元素，添加ni元素。钒和碳、氮有极强的亲和力，与之形成相应的稳定化合物，弥散分布，降低钢的过热敏感性，细化晶粒均匀组织，此外还可提高钢的强度和屈服比，同时还可显著提升材料的抗回火性，使零件可以在较高温度下回火，从而更有效地消除(或降低)残余应力。mo元素能使较大断面的零件淬深、淬透，也可提高钢的抗回火性或回火稳定性，有效提高材料的韧性。ni元素提升淬透性，提升钢的强度，同时对韧性、塑性其他性能的损害较其他合金元素的影响小。上述几种元素的协同作用，提升淬透性，提升抗回火稳定性，细化晶粒均匀组织，获得规格较大且品质较好、同时原料成本控制在较低水平的本发明塑料模具钢制品。
附图说明
图1为本发明成品钢表层处500倍金相组织照片。
图2为本发明成品钢厚度1/4处500倍金相组织照片。
图3为本发明成品钢芯部500倍金相组织照片。
具体实施方式
实施例1
一种模芯用含v塑料模具钢，其特征在于，所述塑料模具钢按质量百分比含量计为：c：0.25％，si：0.3％，mn：1.2％，cr：1.6％，mo：0.28％，v：0.05％，p≤0.010％，s≤0.010％，ni：0.2％，cu≤0.25％，o≤20ppm，n：60～100ppm，h≤1.5ppm，余量为fe和不可避免的杂质；本实施例生产模块2支，规格分别为：厚度700mm*宽度1240mm，厚度600mm*宽度1500mm，其制备工艺包含如下步骤：
(1)锻造前准备：按上述塑料模具钢组分含量通过高炉～转炉～lf炉～vd炉流程冶炼后模铸成钢锭。所用钢锭重28t，平均直径为1350mm，锻造前将钢锭以100℃/h速率升温至600℃保温4.5h、以80℃/h速率升温至900℃保温时间按9h、以100℃/h速率升温至1220℃保温18h。保温结束后出炉压钳把，并一鐓一拔成中间坯，规格为900*1400mm，中间坯入炉进行高温扩散均质化，温度为1250℃保温45h。
(2)锻造：中间坯高温扩散均质化保温结束后出炉进行两鐓两拔或是三鐓三拔，总锻造比≥6，拔长过程中采用道次重压工艺：每道次压下量20～30％，锻造过程中开锻温度≥1100℃，终锻温度≥850℃。
(3)锻后空冷：将步骤(2)中锻造所得的模块放置空冷区空冷至600℃，空冷过程中模块摆放间距＞1.5m。
(4)晶粒细化处理：将步骤(3)中空冷完毕的钢模块装入400～550℃的热处理炉中，保温3～6h，然后以60℃/h速率升温至650℃，保温4.7h，然后以80℃/h的速率升温至890～900℃，保温时间为17.5h，保温结束后出炉风冷至350～400℃，将模块装入400～550℃待料炉中，保温3～6h，以60℃/h速率升温至730～750℃，保温35h，模块出炉空冷至350～400℃。
(5)扩氢：将步骤(4)得到的钢模块转入350℃的热处理炉，以60℃/h的速率升温至620～660℃，保温为94h。
(6)调质：调质加热：将步骤(5)中模块以50～60℃/h的升温速率升温至870～910℃进行保温，保温17.5h，保温结束后出炉采用水空交替方式进行冷却，具体为：空冷至700～760℃后入水，冷却至芯部650℃后出水，空冷120s后入水，冷至芯部450℃出水，空冷120s后入水，水冷至芯部350℃出水，空冷90s后入水，水冷至芯部200℃出水，出水后立即装炉进行一次回火。
(7)一次回火：步骤(6)得到钢模块装入回火炉，在200～300℃的温度下保温15～20h，然后以40℃/h的速率升温至590℃后进行保温，保温时间为35h，保温结束后出炉空冷至室温。
(8)二次回火：步骤(7)得到的钢模块在室温的条件下入炉，然后以40℃/h的速率升温至580℃后进行保温，保温时间为35h，保温结束后出炉空冷至室温，得到模芯用含v塑料模具钢。
检验：晶粒度9级，硬度均匀性±1.5hrc，芯部硬度≥30hrc。
实施例2
一种模芯用含v塑料模具钢，其特征在于，所述塑料模具钢按质量百分比含量计为：c：0.3％，si：0.4％，mn：1.3％，cr：1.8％，mo：0.35％，v：0.08％，p≤0.010％，s≤0.010％，ni：0.3％，cu≤0.25％，o≤20ppm，n：60～100ppm，h≤1.5ppm，余量为fe和不可避免的杂质；本实施例生产模块2支，规格分别为：厚度710mm*宽度1500mm，厚度720*宽度1500mm，其制备工艺包含如下步骤：
(1)锻造前准备：按上述塑料模具钢组分含量通过高炉～转炉～lf炉～vd炉流程冶炼后模铸成钢锭。钢锭锭重35t，平均直径为1400mm，锻造前将钢锭以80～100℃/h速率升温至500℃，保温4.5h，以80℃/h速率升温至800℃保温9.3h，以100℃/h速率升温至1235℃保温18.7h。保温结束后出炉压钳把，并一鐓一拔成中间坯，中间坯规格为1000*1400mm，中间坯入炉进行高温扩散均质化，温度为1250℃保温67h。
(2)锻造：中间坯高温扩散均质化保温结束后出炉进行两鐓两拔或是三鐓三拔，总锻造比≥6，拔长过程中采用道次重压工艺：每道次压下量25％，锻造过程中开锻温度≥1100℃，终锻温度≥850℃。
(3)锻后空冷：将步骤(2)中锻造所得的模块放置空冷区空冷至500℃，空冷过程中模块摆放间距＞1.5m。
(4)晶粒细化处理：将步骤(3)中空冷完毕的钢模块装入400～550℃的热处理炉中，保温3～6h，然后以60℃/h速率升温至650℃，保温时间4.8h，然后以80℃/h的速率升温至890～900℃，保温时间为18h，保温结束后出炉风冷至350～400℃，将模块装入400～550℃待料炉中，保温3～6h，以60℃/h速率升温至730～750℃，保温36h，将模块出炉空冷至350～400℃。
(5)扩氢：将步骤(4)得到的钢模块转入350℃的热处理炉，以60℃/h的速率升温至620～660℃，保温96h。
(6)调质：调质加热：将步骤(5)中模块以50～60℃/h的升温速率升温至870～910℃进行保温，保温时间为18h，保温结束后出炉采用水空交替方式进行冷却，具体为：空冷至700～760℃后入水，冷却至芯部650℃后出水，空冷120s后入水，冷至芯部450℃出水，空冷120s后入水，水冷至芯部350℃出水，空冷90s后入水，水冷至芯部200℃出水，出水后立即装炉进行一次回火。
(7)一次回火：步骤(6)得到钢模块装入回火炉，在200～300℃的温度下保温15～20h，然后以40℃/h的速率升温至580℃后进行保温，保温时间为36h，保温结束后出炉空冷至室温。
(8)二次回火：步骤(7)得到的钢模块在室温的条件下入炉，然后以40℃/h的速率升温至570℃后进行保温，保温时间为36h，保温结束后出炉空冷至室温，得到模芯用含v塑料模具钢。
检验：晶粒度8级，硬度均匀性±1.5hrc，芯部硬度≥30hrc。
实施例3
一种模芯用含v塑料模具钢，其特征在于，所述塑料模具钢按质量百分比含量计为：c：0.35％，si：0.5％，mn：1.4％，cr：2.0％，mo：0.45％，v：0.10％，p≤0.010％，s≤0.010％，ni：0.35％，cu≤0.25％，o≤20ppm，n：60～100ppm，h≤1.5ppm，余量为fe和不可避免的杂质；本实施例生产模块2支规格，具体为：厚度730mm*1500mm和750*1500mm，其制备工艺包含如下步骤：
(1)锻造前准备：按上述塑料模具钢组分含量通过高炉～转炉～lf炉～vd炉流程冶炼后模铸成钢锭，并将其中杂质和气体含量按表1要求进行控制。钢锭锭重37t，平均直径为1400mm。锻造前将钢锭以80℃/h速率升温至500℃，保温时间按4.7h计算、以80℃/h速率升温至700℃保温9.3h、以100℃/h速率升温至1200～1250℃保温18.7h。保温结束后出炉压钳把，并一鐓一拔成中间坯，中间坯规格为1000*1400mm，中间坯入炉进行高温扩散均质化，温度为1250℃保温66.7h。
(2)锻造：中间坯高温扩散均质化保温结束后出炉进行两鐓两拔或是三鐓三拔，总锻造比≥6，拔长过程中采用道次重压工艺：每道次压下量28％，锻造过程中开锻温度≥1100℃，终锻温度≥850℃。
(3)锻后空冷：将步骤(2)中锻造所得的模块放置空冷区空冷至400℃，空冷过程中模块摆放间距＞1.5m。
(4)晶粒细化处理：将步骤(3)中空冷完毕的钢模块装入400～550℃的热处理炉中，保温3～6h，然后以60℃/h速率升温至650℃，保温时间5h，然后以80℃/h的速率升温至890～900℃，保温时间为18.8h，保温结束后出炉风冷至350～400℃，将模块装入400～550℃待料炉中，保温3～6h，以60℃/h速率升温至730～750℃，保温37.5h，模块出炉空冷至350～400℃。
(5)扩氢：将步骤(4)得到的钢模块转入350℃的热处理炉，以60℃/h的速率升温至620～660℃，保温为100h。
(6)调质：调质加热：将步骤(5)中模块以50～60℃/h的升温速率升温至870～910℃进行保温，保温时间为18.8h，保温结束后出炉采用水空交替方式进行冷却，具体为：空冷至700～760℃后入水，冷却至芯部650℃后出水，空冷120s后入水，冷至芯部450℃出水，空冷120s后入水，水冷至芯部350℃出水，空冷90s后入水，水冷至芯部200℃出水，出水后立即装炉进行一次回火。
(7)一次回火：步骤(6)得到钢模块装入回火炉，在200～300℃的温度下保温15～20h，然后以40℃/h的速率升温至570℃后进行保温，保温时间为37.5h，保温结束后出炉空冷至室温。
(8)二次回火：步骤(7)得到的钢模块在室温的条件下入炉，然后以40℃/h的速率升温至560℃后进行保温，保温时间为37.5h，保温结束后出炉空冷至室温，得到模芯用含v塑料模具钢。
检验：晶粒度8级，硬度均匀性±1.5hrc，芯部硬度≥30hrc。