本发明涉及一种工模具钢相变热处理方法，具体涉及一种细化碳化物尺寸、提高工模具钢组织质量的方法。
背景技术：
工模具钢(高速钢和模具钢)因具有高硬度、高耐磨性等优点，主要用于制造复杂切削工具、精密模具等，是高端装备制造业的重要基础材料。随着工模具大型化和精密化，对工模具材料质量提出了日益严格的要求。通过高碳高合金的成分设计，工模具钢中形成大量硬质、稳定的合金碳化物，保证了工模具钢的性能要求。而碳化物呈细小球状、分布均匀，具有良好的组织均匀性，则是充分发挥碳化物强化作用的前提。
现有工模具钢生产工艺主要采用压力加工技术(开坯、锻造、轧制)，利用高温形变过程中产生的强烈流变应力，对铸锭中的碳化物进行机械破碎和分离，从而使碳化物尺寸细化、分布改善。这种方法受到铸锭锭型尺寸、锻压比、变形方式、设备压下载荷等多种因素限制，通常只有在锻压比很大的情况下，压力加工对碳化物分布的改善效果才比较明显。
碳化物球化处理是细化工模具钢碳化物尺寸的另一重要技术手段。通过将工模具钢铸锭缓慢加热至碳化物分解温度(通常900℃左右)以上保温处理，使碳化物发生分解和球化，细化碳化物尺寸。为避免铸锭在升温过程中因导热问题、内应力过大而开裂，碳化物球化处理通常缓慢加热升温，以保证铸锭内部温度均匀。该工艺可在一定程度上使碳化物尺寸得到细化，但由于碳化物相界面有限导致的球化驱动力不足，其对碳化物尺寸的细化效果仍无法满足高品质工模具钢的质量要求。
除此之外，变质处理、孕育处理等手段也被用于改善工模具钢组织均匀性，但效果有限。在高品质工模具钢实际生产中，特别是大规格的工模具钢铸锭，如何细化碳化物尺寸、提高组织均匀性，一直是未能有效解决的重要技术问题。
技术实现要素：
技术问题：本发明的目的在于提供了一种工模具钢相变热处理方法，可细化工模具钢碳化物尺寸的方法，解决了传统工艺方法生产的工模具钢组织质量不足的问题。
技术方案：与传统碳化物球化处理采用极慢的升温速率不同，本发明采用一种快速相变热处理方法。具体工艺步骤如下：
(1)缓慢预热：以不高于2℃/min的升温速率，将工模具钢铸锭缓慢加热到700～850℃，保温2～6h；
(2)快速相变热处理：以高于15℃/min的升温速率对工模具钢铸锭快速加热至1000～1100℃，保温15min～3h；
(3)碳化物球化退火：对工模具钢铸锭进行碳化物球化退火处理，退火温度1100～1200℃，保温2～10h；
(4)缓冷：工模具钢铸锭缓慢冷却至200℃左右，出炉。
有益效果：对球化处理后的工模具钢铸锭进行锻造、轧制等常规加工，得到最终产品。
本发明通过缓慢预热至850℃以下温度，使铸锭内外温度均匀，避免因导热问题引起内部热应力过大而开裂的问题。利用快速升温，影响碳化物相变热力学及动力学，极大地促进碳化物相变反应，为后续的球化处理做好准备。在快速相变热处理基础上，利用球化退火工艺，促进碳化物球化过程，显著细化碳化物尺寸。与现有的工模具钢热处理工艺及产品相比，上述工艺方案不仅缩短了球化热处理时间、提高了生产效率，而且使碳化物尺寸进一步细化，提升组织均匀性，满足了大型复杂刀具、精密模具等高端工模具产品的质量要求。
具体实施方式
本发明的改进点主要体现在：改变传统工模具钢球化处理缓慢加热升温的工艺思路，采用快速升温方法，促进碳化物相变反应，增加相界面及球化驱动力，使碳化物更容易球化和细化，从而达到提高工模具钢组织质量的目的。
以下结合具体实施例对本发明的工艺方法进行详细说明。
实施例1：
对经过熔炼、浇铸、电渣重熔得到的M2高速钢铸锭进行如下处理：
(1)缓慢预热：以0.5℃/min的升温速率，将M2高速钢铸锭缓慢加热到800℃，保温4h；
(2)快速相变热处理：以20℃/min的升温速率将M2高速钢铸锭快速升温至1100℃，保温30min；
(3)球化退火：在1150℃对M2高速钢铸锭保温4h，使碳化物充分球化；
(4)缓冷：M2高速钢铸锭缓慢冷却至200℃左右，出炉。
对M2高速钢铸锭进行锻造、轧制等压力加工，得到M2高速钢产品。
实施例2：
对经过熔炼、浇铸、电渣重熔得到的M42高速钢铸锭进行如下处理：
(1)缓慢预热：以0.3℃/min的升温速率，将M42高速钢铸锭缓慢加热到850℃，保温3h；
(2)快速相变热处理：以15℃/min的升温速率对M42高速钢铸锭快速加热至1050℃，保温2h；
(3)球化退火：在1180℃对M42高速钢铸锭保温2h，使碳化物充分球化；
(4)缓冷：M42高速钢铸锭缓慢冷却至200℃左右，出炉。
对M42高速钢铸锭进行锻造、轧制等压力加工，得到M42高速钢产品。
实施例3：
对经过熔炼、浇铸、电渣重熔得到的D2模具钢铸锭进行如下处理：
(1)缓慢预热：以1℃/min的升温速率，将D2模具钢铸锭缓慢加热到720℃，保温6h；
(2)快速相变热处理：以25℃/min的升温速率对D2模具钢铸锭快速加热至1050℃，保温3h；
(3)球化退火：在1100℃对D2模具钢铸锭保温5h，使碳化物充分球化；
(4)缓冷：D2模具钢铸锭缓慢冷却至200℃左右，出炉。
对D2模具钢铸锭进行锻造、轧制等压力加工，得到D2模具钢产品。
实施例4：
对经过熔炼、浇铸、电渣重熔得到的D3模具钢铸锭进行如下处理：
(1)缓慢预热：以0.5℃/min的升温速率，将D3模具钢铸锭缓慢加热到800℃，保温5h；
(2)快速相变热处理：以15℃/min的升温速率对D3模具钢铸锭快速加热至1000℃，保温3h；
(3)球化退火：在1120℃对D3模具钢铸锭保温4h，使碳化物充分球化；
(4)缓冷：D3模具钢铸锭缓慢冷却至200℃左右，出炉。
对D3模具钢铸锭进行锻造、轧制等压力加工，得到D3模具钢产品。
实施例5：
对经过熔炼、浇铸、电渣重熔得到的W9高速钢铸锭进行如下处理：
(1)缓慢预热：以0.5℃/min的升温速率，将W9高速钢铸锭缓慢加热到820℃，保温4h；
(2)快速相变热处理：以20℃/min的升温速率对W9高速钢铸锭快速加热至1100℃，保温1.5h；
(3)球化退火：在1150℃对W9高速钢铸锭保温4h，使碳化物充分球化；
(4)缓冷：W9高速钢铸锭缓慢冷却至200℃左右，出炉。
对W9高速钢铸锭进行锻造、轧制等压力加工，得到W9高速钢产品。
实施例6：
对经过熔炼、浇铸、电渣重熔得到的M2高速钢铸锭进行如下处理：
(1)缓慢预热：以2℃/min的升温速率，将M2高速钢铸锭缓慢加热到850℃，保温2h；
(2)快速相变热处理：以15℃/min的升温速率将M2高速钢铸锭快速升温至1050℃，保温2h；
(3)球化退火：在1120℃对M2高速钢铸锭保温5h，使碳化物充分球化；
(4)缓冷：M2高速钢铸锭缓慢冷却至200℃左右，出炉。
对M2高速钢铸锭进行锻造、轧制等压力加工，得到M2高速钢产品。