CN101403071B - 高合金热作钢的生产方法 - Google Patents
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Abstract
高合金热作钢的生产方法，涉及一种金属部件的加工工艺，特别是其配方和冶炼技术领域。将金属料、扩散脱氧剂和造渣材料混合熔化、精炼、浇注、铸件清整，最后进行包括退火、淬火和回火的热处理，经高合金热作钢形成的产品具有超强的硬度保持能力，尤其适用于抗高温磨损及熔融金属侵蚀的工作环境，可用于制造铜、铜合金、钢质包括特殊模具的挤压工具，适用于各种黄铜、鹅颈管和镁压铸件内腔制造的压铸工具，无需水冷。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属部件的加工工艺，特别是其配方和冶炼技术领域。
背景技术
鹅颈是铝、镁、铜等热式压铸机的一种导料系统，现行内国大都依赖进口。进口的GS-20Co CrW Mo109鹅颈由高合金材料热作制成，成份中C和Si含量较高，而Mo、Co和W含量较低，且，成份中还含杂质Ni，这种产品的缺陷是：在使用过程中，产品内壁易产生细微裂纹，从而影响使用效果，缩短产品的使用寿命，从而提高了生产成本。
发明内容
本发明目的在于发明一种能克服以上缺陷的高合金热作钢。
本发明各质量份分别为C：0.17～0.23％、Si：0.15～0.30％、Mn：0.40～0.60％、P≤0.035％、S≤0.035％、Cr：9.00～10.00％、Mo：1.80～2.20％、Co：9.50～10.50％、W5.00～6.00％。
由以上配方，经高合金热作钢形成的产品具有超强的硬度保持能力，尤其适用于抗高温磨损及熔融金属侵蚀的工作环境，可用于制造铜、铜合金、钢质包括特殊模具的挤压工具，适用于各种黄铜、鹅颈管和镁压铸件内腔制造的压铸工具，无需水冷。
本发明另一目的在于发明上述高合金热作钢的生产方法。
本发明方法包括将金属料、扩散脱氧剂和造渣材料混合熔化、精炼、浇注、铸件清整，最后进行包括退火、淬火和回火的热处理，其特征在于熔化具有采用碱性炉衬的中频感应炉，装料完毕后，水压系统的水压为2～3kg/cm3，通电的前6～8分钟采用较低功率输入直到电流波动较小即可换用最大功率熔化，待炉料熔化到70～80％时盖渣，加入的造渣材料由石灰和荧石组成，用量为金属料重的3～3.5％；精炼时，采用Fe-Mn预脱氧，采用Ca-Si粉及Al粉扩散脱氧，钢水温度为1650～1680℃时出钢，并向钢水中插铝进行终脱氧；钢水在包中镇静3～4分钟后浇注；所述热处理的退火温度为780～840℃，退火时间4～6小时，随炉缓冷；淬火温度1100～1150℃，淬火盐熔540℃；回火温度600～750℃，回火2～3次。
熔化时，造渣材料中，石灰和荧石的重量比为2∶1。
造渣材料中，石灰为新熔烧的石灰，化学成分如下：
CaO＞88％，SiO2＜2％，S≤0.15％，Fe2O3+Al2O3＜3％，灼减＜2％。
石灰粒度为10～20mm，使用前经800℃，4小时烘烤。
荧石中化学成分如下：
CaF2＞90％，SiO2＜5％，S＜0.1％，荧石粒度为粗粉状，经烘烤后使用。
熔化前，先将扩散脱氧剂烘烤至200～300℃。
本发明所述熔化用碱性炉衬的原材料为二级电熔镁砂，其中各成份的质量含量分别为MgO＞94％、CaO＜2％、SiO2＜2％，镁砂粒度：1#5～8mm，2#3～5mm，3#2～3mm，4#0.5～2mm，5#＜0.5mm，粘结剂由粉末状一级工业硼酸和水玻璃，水玻璃的模数为2.2～2.4，比重为1.33～1.55，波美度为50～51Be′。
钢包在盛钢水前在800℃温度下烘烤2小时以上。
本发明工艺易于控制，产品具有低碳、硅、高钼、钴、钨，且无镍的特点，形成的鹅颈具有超强的硬度保持能力，尤其适用于抗高温、磨损及熔融金属侵蚀的工作环境要求。
具体实施方式
一、GS-20Co Cr W Mol09熔炼工艺过程
熔炼设备：GGW-0.75中频感应炉。
1、碱性炉衬制备：
原材料，二级电熔镁砂，MgO＞94％，CaO＜2％，SiO2＜2％。
镁砂粒度，1#5～8mm，2#3～5mm，3#2～3mm，4#0.5～2mm，5#＜0.5mm。
粘结剂：硼酸，一级工业硼酸，使用前粒度为粉末状。
水玻璃，模数为2.2～2.4，比重1.33～1.55，波美度50～51Be。
炉衬的打结、烘烤，洗炉按基本操作规程进行。
2、金属原材料准备
所有金属原材料必须符合所炼钢号成分要求，并经精确配料计算、过称。各种金属原材料必须清洁、干燥、无油污。废钢、返回料、纯铁使用前要经滚筒除锈，除砂、除杂质。
块度要求，对角线小于100mm，经烘烤后使用。
3、造渣材料
石灰，要求用新熔烧的石灰，化学成分如下：
CaO＞88％，SiO2＜2％，S≤0.15％，Fe2O3+Al2O3＜3％，灼减＜2％。
石灰粒度为10～20mm，不能夹生夹杂，使用前经800℃，4小时烘烤，在红热状态使用。
荧石，要求透明，翠绿色，化学成分如下：CaF2＞90％，SiO2＜5％，S＜0.1％。粒度：粗粉状，在烘烤保温使用。
渣料配比：Cao∶CaF2＝2∶1
4、扩散脱氧剂准备
选用Al-CaO粉或Ca-Si粉、Al粉等作为扩散脱氧剂，并经200～300℃烘烤后保温使用。
5、设计目标成分(％)
| C | Si | Mn | P≤ | S≤ | Cr | Mo | Co | W |
| 0.20 | 0.20 | 0.50 | 0.030 | 0.030 | 9.50 | 2.00 | 10.00 | 5.50 |
6、据目标成分配料举例：(铸件重184Kg，余下浇冒口)
电介钴38Kg，钼铁13Kg，钨铁27.5Kg，低碳铬铁60Kg，纯铁43Kg，废钢(碳素)198Kg，增碳剂0.32Kg，合计379.82Kg。
7、装料前要扒净炉内残渣余钢，装料工作应根据坩埚中的温度区域分布来进行，先铺小料后大块料，难熔料优先装入炉内，在坩埚边缘四周放更大的料，并在大料的缝隙填塞小料。
8、熔化
装料完毕后，水压系统水压为2～3Kg/cm3，一切设备正常方可开始通电。开始6～8分钟可用较低功率输入直到电流波动较小即可换用最大功率熔化。随时捣料，严防搭桥，并及时补加余下的新料，待炉料熔化到70～80％时盖渣，加入的选渣材料为石灰和荧石，两者重量比为2∶1，用量为金属料重的3～3.5％，炉料熔化到95％时，取样分析化学成分C，Cr等。
9、精炼
预脱氧和扩散脱氧，炉料熔清，炉渣形成，拨渣，插入预脱氧剂Fe-Mn，尔后随即扩散脱氧。扩散脱氧剂为Ca-Si粉及Al粉。脱氧过程中调正炉渣的粘度，使炉渣具有良好的流动性。脱氧三批进行充分搅拌，待渣白后取样分析化学成分。分析Cr，W，MO和CO。
测温和调整成分，白渣保持大于15分钟，取脱氧杯试验。试样明显收缩下凹，温度达到1650～1680℃(插入式)符合出钢要求即作出钢准备，向钢液中插铝进行终脱氧。
10、出钢
出钢前须打扫炉台。渣钢齐出，出钢后在钢包内加一锹稻草灰。
二、浇注
钢水在包中镇静3～4分钟后浇注。
热钢包在盛钢水前须在800℃温度下烘烤2小时以上。新砌包须烘烤8小时以上。浇钢后应及时清理包内残渣余钢，调钢号时尤其要严格做到这一点。
三、铸件清整
四、热处理
退火，退火温度780～840℃，耗时4～6小时，随炉缓冷。
淬火温度1100～1150℃，淬火盐熔浴540℃。
回火温度600～750℃，可回火2～3次。以增加韧性。实测铸件鹅颈硬度RC36～38。
五、使用效果
使用前在250～350℃温度下预热。
在650℃温度下压铸铝镁件，鹅颈可使用350000次以上。
Claims (5)
1.一种高合金热作钢的生产方法，包括将金属料、扩散脱氧剂和造渣材料混合熔化、精炼、浇注、铸件清整，最后进行包括退火、淬火和回火的热处理，高合金热作钢中各质量份分别为C：0.17～0.23％、Si：0.15～0.30％、Mn：0.40～0.60％、P≤0.035％、S≤0.035％、Cr：9.00～10.00％、Mo：1.80～2.20％、Co：9.50～10.50％、W：5.00～6.00％；其特征在于熔化采用具有碱性炉衬的中频感应炉，装料完毕后，水压系统的水压为2～3kg/cm3，通电的前6～8分钟采用较低功率输入直到电流波动较小即换用最大功率熔化，待炉料熔化到70～80％时盖渣，加入的造渣材料由石灰和荧石组成，用量为金属料重的3～3.5％；精炼时，采用Fe-Mn预脱氧，采用Ca-Si粉及Al粉扩散脱氧，钢水温度为1650～1680℃时出钢，并向钢水中插铝进行终脱氧；钢水在包中镇定3～4分钟后浇注；所述热处理的退火温度为780～840℃，退火时间4～6小时，随炉缓冷；淬火温度1100～1150℃，淬火盐熔540℃；回火温度600～750℃，回火2～3次。
2.根据权利要求1所述高合金热作钢的生产方法，其特征在于熔化时，造渣材料中，石灰和荧石的重量比为2∶1。
3.根据权利要求1或2所述高合金热作钢的生产方法，其特征在于熔化时，造渣材料中，石灰为新熔烧的石灰，化学成分如下：
CaO＞88％，SiO2＜2％，S≤0.15％，Fe2O3+Al2O3＜3％，灼减＜2％；
石灰粒度为10～20mm，使用前经800℃，4小时烘烤；
荧石中化学成分如下：
CaF2＞90％，SiO2＜5％，S＜0.1％，荧石粒度为粗粉状，经烘烤后使用。
4.根据权利要求1所述高合金热作钢的生产方法，其特征在于熔化前，先将扩散脱氧剂烘烤至200～300℃。
5.根据权利要求1所述高合金热作钢的生产方法，其特征在于钢包在盛钢水前在800℃温度下烘烤2小时以上。
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