本发明涉及连铸生产方法，特别涉及一种工模具钢的连铸坯生产方法。
背景技术：
工模具钢是用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的钢。要求具有较高的硬度和在高温下能保持高硬度和红硬性，以及高的耐磨性和适当的韧性。随着我国国民经济的发展，工模具钢在各个领域中的应用也越来越广泛。高品质工模具钢要求钢质纯净；组织均匀、细小；尺寸精确，以便钢材具有良好的成型加工性能、韧性、耐磨性、耐疲劳性能等特点。工模具钢应用非常广泛，其中交通运输、航空航天、军工核工等领域是工模具应用的重中之重，因此工模具钢的应用对钢铁原料提出了很高的要求：1）厚度精确、均匀；2）表面光洁,无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等；3）屈服强度均匀,无明显方向性；4）均匀延伸率高；5）屈强比低；6）加工硬化性低。除了上述使用性能以外，同时还应具备良好的工艺性能，如应具有一定的高温力学性能、热疲劳性能、导热性和耐腐蚀性能等等。所以工模具钢的质量要求高、生产难度大，是钢铁行业内普遍受到关注而又难以解决的问题。
《一种工模具钢加工工艺》，公开(公告)号cn105478469a，本发明公开了一种工模具钢加工工艺，包括步骤：1)加热钢坯至热轧温度；2)将所述钢坯送入开坯机初步轧制，形成坯料或者成品；3)将所述钢坯通过热剪机剪切分段；4)对所述钢坯进行多道次粗轧，形成中间坯料；5)将所述中间坯料通过热剪机切去头尾并分段；6)对所述钢坯的上下以及左右两侧交替进行多道次的精轧，形成成品轧件；7)横移编组；8)对所述成品轧件定尺剪切；9)收集成品进缓冷坑；上述的工模具钢加工工艺以钢坯作为生产原料，钢坯经过开坯、粗轧、精轧等多次轧制后，编组成排并被切断成需要的规格形成成品，与现有技术相比，该工艺以多次轧制代替锻造，从而提高成材率，工模具钢表面精度和产品性能。
《一种高均匀性工模具钢的制备方法》，公开(公告)号cn106011420a，本发明公开了一种高均匀性工模具钢的制备方法，步骤为：对工模具钢进行熔炼、浇铸后，得到自耗电极棒；对自耗电极棒进行电渣重熔，得到工模具钢铸锭；对工模具钢铸锭进行去应力退火处理，消除工模具钢铸锭的内部应力；对退火后的工模具钢铸锭在800～1000℃的温度下开坯，改变铸锭内部组织状态；对低温开坯后的工模具钢铸锭在1000～1100℃的温度下加热2～10h，使铸锭内部碳化物分解球化、尺寸细化；对高温球化处理后的工模具钢铸锭进行常规加工，得到最终产品。采用本方法生产出的工模具钢，碳化物尺寸细小、分布均匀，产品组织质量高。
技术实现要素：
本发明的目的是针对高品质工模具钢要求钢质纯净；组织均匀、细小；尺寸精确、生产难度大的难题提供一种工模具钢的连铸板坯生产方法。
本发明的技术方案，一种工模具钢的连铸坯生产方法，包括如下步骤：
a、表层组织双相变冷却步骤：
通过强冷-弱冷的双相变冷却工艺，即通过结晶器大水量强冷、结晶器连续锥度减小气隙强冷、弯曲段上部大水量强冷，使铸坯表层温度快冷降低到650±50℃，使铸坯表层组织由γ奥氏体转变为α铁素体；再弯曲段垂直部分以下及相邻1-2个扇形段的小水量弱冷、使铸坯表层温度回升到1050±30℃，使铸坯表层组织由α铁素体再次转变为γ奥氏体，从而使铸坯表层组织发生2次相变（双相变），促使铸坯表层晶界内（ti\nb)等碳氮化合物的弥散析出，控制显微组织并减小铸坯横裂敏感性；同时可抑制膜状铁素体沿奥氏体界生成，转而在奥氏体晶里内生成，避免穿晶塑性断裂，铸坯塑性极大增强，从而细化铸坯表层晶粒，控制铸坯裂纹的发生与扩展。
b、轻压下双偏析控制步骤：
通过中心偏析-枝晶偏析的双偏析控制工艺，有效控制连铸板坯的中心偏析和枝晶偏析缺陷缺陷，从而有效控制工模具钢热轧板的带状组织缺陷，保证组织和性能的均匀性。
c、结晶器内外弧双精度控制步骤：
通过结晶器内外弧的双精度控制工艺，可有效减小铸坯初生坯壳在流线中受到的机械应力，使铸坯所受的机械应变小于铸坯的塑性极限，从而避免铸坯裂纹的发生与扩展。
本发明的有益效果：未增加新的设备或工艺步骤，通过把控装置精度及各工艺环节的实施过程，采用本发明的工艺方法生产s45c、30crmo、40mnb、50crv4、65mn等工模具钢时，实现了铸坯组织的控制及质量的提升，钢质纯净；组织均匀、细小；尺寸精确，钢材具有良好的成型加工性能、韧性、耐磨性、耐疲劳性能等特点，完全满足了工模具钢高精密加工制造的需求。
附图说明
图1为本发明生产流程图。
图2为实施例1表层组织双相变冷却工艺试样截面金相组织形貌的对比图。
图3为实施例2轻压下双偏析控制工艺试样低倍组织的对比图。
图4为实施例3结晶器内外弧双精度控制工艺铸坯角部裂纹的对比图。
图中1-结晶器，2-弯曲段铅垂区，3-弯曲段对弧，4-结晶器铜板。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
本发明的生产流程如图1所示，要获得高质量的连铸板坯，需对在整个连铸板坯的生产流程进行严格控制，主要包括以下几个方面：
1、表层组织双相变冷却工艺，具体包括以下4个步骤：
通过强冷-弱冷的双相变冷却工艺，即通过结晶器大水量强冷、结晶器连续锥度减小气隙强冷、弯曲段上部大水量强冷，使铸坯表层温度快冷降低到650±50℃，使铸坯表层组织由γ奥氏体转变为α铁素体；弯曲段垂直部分以下及相邻1-2个扇形段的小水量弱冷、使铸坯表层温度回升到1050±30℃，使铸坯表层组织由α铁素体再次转变为γ奥氏体，从而使铸坯表层组织发生2次相变（双相变），促使铸坯表层晶界内（ti\nb)等碳氮化合物的弥散析出，控制显微组织并减小铸坯横裂敏感性；同时可抑制膜状铁素体沿奥氏体界生成，转而在奥氏体晶里内生成，避免穿晶塑性断裂，铸坯塑性极大增强，从而细化铸坯表层晶粒，控制铸坯裂纹的发生与扩展。
2、轻压下双偏析控制工艺，具体包括以下2个内容：
通过中心偏析-枝晶偏析的双偏析控制工艺，有效控制连铸板坯的中心偏析和枝晶偏析缺陷缺陷，从而有效控制工模具钢热轧板的带状组织缺陷，保证组织和性能的均匀性。
3、结晶器内外弧双精度控制工艺，具体包括以下3个内容：
通过结晶器内外弧的双精度控制工艺，可有效减小铸坯初生坯壳在流线中受到的机械应力，使铸坯所受的机械应变小于铸坯的塑性极限，从而避免铸坯裂纹的发生与扩展。
上述生产制造工艺主要是针对生产难度较大的工模具钢连铸板坯；采用该生产制造工艺，实现了铸坯组织的控制及质量的提升，质量合格率大幅提升。实施过程简便易行，效果十分显著。
本发明方法经4台连铸机上实施，原来长期存在的工模具钢难以批量、经济、稳定生产的难题彻底得到解决，工模具钢产能由2000吨/年提升到20万吨/年，提高100倍，此外，本发明的连铸初生坯壳晶粒大小的控制、相变的控制、枝晶偏析和中心偏析的控制方法，完全可以借鉴应用到其它高碳、高强、精冲等其它品种钢的生产上，扩展钢种生产范围。
实施例1，工模具钢生产时采用表层组织双相变冷却工艺，结晶器及弯曲直段以上强冷到650±50℃，弯曲直段以下及二冷区上部弱冷，回温到1050±30℃，得到的试样截面金相组织形貌的对比如图2。a试样是常规工艺，截面的金相组织形貌为典型的魏氏组织，表面存在膜状先共析铁素体，从而造成其塑性的恶化。b试样采用表层组织双相变冷却工艺，截面的金相组织由块状铁素体和珠光体组成，其晶粒细小，组织均匀，塑性好。
实施例2，工模具钢生产时采用轻压下双偏析控制工艺，中心偏析控制轻压下位置要适当靠前，凝固固相率fs=0.4~0.8之间，压下量4~6mm；枝晶偏析控制轻压下位置要适当靠后，凝固固相率fs=0.65~0.95之间，压下量6~10mm。得到的试样截面金相组织形貌的对比如图3。a试样是常规工艺，偏析严重；b试样是轻压下双偏析控制工艺，偏析倾轻微。
实施例3，工模具钢生产时采用结晶器内外弧双精度控制工艺，结晶器与弯曲段对弧＜0.3mm、结晶器与弯曲段的铅垂度测量a＜0.5mm、结晶器铜板平面度测量＜0.2mm，都采用内外弧双面测量控制。可有效减小铸坯初生坯壳在流线中受到的机械应力，使铸坯所受的机械应变小于铸坯的塑性极限，从而避免铸坯裂纹的发生与扩展。图4是铸机精度改进前后铸坯角部裂纹对比图。a试样是常规工艺，裂纹严重；b试样结晶器内外弧双精度控制，没有裂纹。