CN105886699A - 一种降低热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量的冶炼方法 - Google Patents

一种降低热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量的冶炼方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种降低热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量的冶炼方法，钢在电炉冶炼后期进行初还原，用铝粉+碳粉进行扩散脱氧，使钢液中的铝含量在0.01～0.03％范围；在炉外精炼时，提前喂铝线，在精炼时用碳粉及铝粉进行扩散脱氧；采用真空脱气，真空脱气前后不喂铝线，钢液脱气后，进行弱氩搅拌，使夹杂物充分上浮。本发明的优点体现在：通过对钢冶炼时的脱氧剂类型、合金加入顺序、炉渣组成、脱氧剂加入时机、钢液中的铝含量等进行优化及控制，在不改变冶炼成本的情况下，提供了一种比现有热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量更低的冶炼方法，钢材的低倍组织及探伤质量较好、夹杂物低的热作模具钢，可完全满足高质量模具钢产品的使用要求。

Description

一种降低热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量的冶炼方法
技术领域
本发明涉及模具用普通电炉钢的冶炼方法，具体涉及高质量热作模具用4Cr5MoSiV1钢降低氧含量的一种冶炼方法，属于金属材料领域。
背景技术
随着模具行业的快速发展，对模具钢的要求不断提高，降低H13钢中的全氧含量，减少钢中的夹杂物是提高模具使用寿命的有效途径。大量冶金工作者研究结果表明，对于以疲劳破坏为主的模具钢，夹杂物是影响其寿命的重要原因之一(宗亚平，郝士明，王继杰。不同精炼工艺对模具钢热疲劳性能的影响，机械工程材料【J】，1992，16(3)：50一53；蔡芳，杜光华，邱德卿。冷作模具钢D2的显微组织和冶金质量分析，金属热处理【J】，2000(4)：11—14.)，尤其是与容易在钢基体中造成强烈应力集中的脆性夹杂物(宗亚平，郝士明。不同精炼工艺生产的模具钢中非金属夹杂物的研究，钢铁【J】，1993，28(3)：15—19.)。因此，国内外均采用电炉一LF精炼一VD精炼一电渣重熔的工艺流程生产(王鹏，张杰江，胡亚民。H13钢的应用现状。模具制造，2007(12)：1—7.)，以提高H13钢洁净度；国外有些特殊钢厂将模具钢的氧的质量分数规定为≤15ppm，日本山阳特殊钢公司规定高纯净度模具钢中的氧的质量分数≤l0ppm(陈再枝，马党参。我国模具钢的发展战略分析，钢铁，2006，41(4)：5—9；许珞萍，吴晓春，李麟，等。我国模具钢标准的思考[J].上海金属，2004，26(2)：124.)。
西宁特殊钢股份有限公司是生产模具钢的老牌特钢企业，随着市场的需要，在4Cr5MoSiV1钢生产时，先后对钢的冶炼及生产工艺进行优化，使钢的内部质量有较大幅度的提高，但钢中的氧含量在18～35ppm，与国内较好水平20ppm、国际较好水平15ppm相比(庞永刚，侯明山，胡建成，等.40t EBT EAF-LF-VD-铸锭工艺冶炼模具钢H13的洁净度分析[J].特殊钢，2013，34(5)：61-63.)，仍然有一定的差距。钢材在检验时，经常出现低倍组织中心疏松超标及探伤不合情况，经研究分析，跟钢质洁净度差，氧含量高有一定的对应关系。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于降低钢中的氧含量，提高钢质洁净度，在降低材质中的夹杂物含量的同时使材质的内部质量进一步提升，减少低倍组织不合及探伤超标质量问题，生产出满足客户需求的降低热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量的冶炼方法。
为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：
一种降低热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量的冶炼方法，钢在电炉冶炼后期进行初还原，用铝粉+碳粉进行扩散脱氧，使钢液中的铝含量在0.01～0.03％范围；
在炉外精炼时，提前喂铝线，在精炼时用碳粉及铝粉进行扩散脱氧；
采用真空脱气，真空脱气前后不喂铝线，钢液脱气后，进行弱氩搅拌，使夹杂物充分上浮。
进一步的，包括如下步骤：
S1电炉粗还原
S1.1氧化末终点成分要求：C≥0.10％、扒渣量≥95％；除渣温度大于1640℃；
S1.2加入铝锭→加入铁合金→加入石灰、萤石；
S1.3炉渣形成后用碳粉+铝粉扩散脱氧，还原至少10分钟后，加入Si-Fe合金；
S1.4成分合适，温度至少1620℃时出钢；
S2精炼
S2.1钢液温度至少1540℃时，通氩气，给电加热，加热时间至少10分钟；
S2.2根据钢中硫含量、渣况加石灰和萤石调渣；渣变白后，用铝粉、碳粉进行扩散脱氧；
S2.3精炼渣目标成分：CaO：50％-55％、SiO2：14％-20％、MgO：3％-6％、Al2O3：15％-20％、合金氧化物：3％-6％；
S2.4精炼过程Al控制规定：入精炼目标Al：0.025-0.040％，如不在目标之内，精炼前期按0.035％目标一次喂Al，后期不允许喂Al，真空脱气前Al：0.015％-0.030％；真空脱气后Al：0.010％-0.020％；
S2.5如成分符合要求，温度1590℃-1610℃，入真空脱气工位；
S2.6抽真空，真空度67Pa下保持≥15min后破真空；
S2.7破真空后，进行弱氩搅拌，渣面波动50-100mm，时间至少15min，吊包温度：1535℃-1540℃。
进一步的，所述步骤S1.2中，铝锭作为脱氧剂，添加量为2.0-2.5kg/t。
进一步的，所述步骤S1.2中，铁合金不包括硅铁。
进一步的，所述步骤S1.2中，加石灰500-600kg、萤石80-100kg。
进一步的，所述步骤S1.3中，碳粉+铝粉的添加量为2-3kg/吨。
进一步的，所述步骤S1.3中，还原至少15分钟后，再加入Si-Fe合金。
进一步的，所述步骤2.2中，用铝粉、碳粉进行扩散脱氧时，铝粉和碳粉的使用量为0.5kg-2.0kg/t。
本发明的有益效果在于：通过对钢冶炼时的脱氧剂类型、合金加入顺序、炉渣组成、脱氧剂加入时机、钢液中的铝含量等进行优化及控制，在不改变冶炼成本的情况下，提供了一种比现有热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量更低的冶炼方法，钢材的低倍组织及探伤质量较好、夹杂物低的热作模具钢，可完全满足高质量模具钢产品的使用要求。
附图说明
图1是实施本发明后的钢中氧含量对比图。
具体实施方式
下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。
一种降低热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量的冶炼方法，钢在电炉冶炼后期进行初还原，用铝粉+碳粉进行扩散脱氧，使钢液中的铝含量在0.01～0.03％范围；
在炉外精炼时，提前喂铝线，在精炼时用碳粉及铝粉进行扩散脱氧，严紧含硅的材料作脱氧剂。
采用真空脱气，真空脱气前后不喂铝线，钢液脱气后，进行弱氩搅拌，使夹杂物充分上浮。
进一步的，包括如下步骤：
S1电炉粗还原
S1.1氧化末终点成分要求：C≥0.10％、扒渣量≥95％；除渣温度大于1640℃；
S1.2加入铝锭作为脱氧剂，添加量为2.0-2.5kg/t→加入铁合金(铁合金包括锰铁、钒铁、铬铁、钼铁等但不包括硅铁，加入硅铁后，此时钢液中的氧含量较高，硅氧化后形成SiO2，进入渣中，对控制炉渣中的SiO2≤20％带来困难)→加石灰500-600kg、萤石80-100kg；
S1.3炉渣形成后用碳粉+铝粉扩散脱氧，添加量为2-3kg/吨，还原至少10分钟后，加入Si-Fe合金；
S1.4成分合适，温度至少1620℃时出钢；
S2精炼
S2.1钢液温度至少1540℃时，通氩气(压力0.2-0.4MPa)，给电加热，加热时间至少10分钟；
S2.2根据钢中硫含量、渣况加石灰和萤石调渣，不允许加入其它渣料(Fe-Si粉、Si-C粉、Si-Ca-Al粉)；渣变白后，用铝粉、碳粉进行扩散脱氧，铝粉和碳粉的使用量为0.5kg-2.0kg/t；
S2.3精炼渣目标成分：CaO：50％-55％、SiO2：14％-20％、MgO：3％-6％、Al2O3：15％-20％、合金氧化物：3％-6％；
S2.4精炼过程Al控制规定：入精炼目标Al：0.025-0.040％，如不在目标之内，精炼前期按0.035％目标一次喂Al，后期不允许喂Al，真空脱气前Al：0.015％-0.030％；真空脱气后Al：0.010％-0.020％；
S2.5如成分符合要求，温度1590℃-1610℃，入真空脱气工位；
S2.6抽真空，真空度67Pa下保持≥15min后破真空；
S2.7破真空后，进行弱氩搅拌，渣面波动50-100mm，时间至少15min，吊包温度：1535℃-1540℃。
作为具体实施例，所述步骤1.3中，用碳粉+铝粉扩散脱氧，还原至少15分钟后，再加入Si-Fe合金。
实施例1
一、配料
钢铁料由本厂返回钢切头、生铁组成(精料)，配碳≥1.2％。
二、电炉氧化
渣料由石灰、萤石、轻烧白云石组成；根据渣况调整石灰、萤石、轻烧白云石用量，渣料总量控制40-50Kg/t。
全熔后温度≥1580℃，开始氧化；吹氧压力控制在0.5-0.7MPa；脱碳量≥0.40％。
氧化末终点成分及含量：C≥0.10％、P≤0.012％；扒渣量≥95％。
三、电炉初还原
加入石灰350kg、萤石100kg；翻入经烘烤的铬铁、钼铁，送电≥15分钟,待全熔后吹氧脱碳；(2)取样分析：C≥0.30％、P≤0.016％，除渣量≥95％。(3)加入铝锭2.3kg/t→加入锰铁、钒铁、铬铁、钼铁等合金(除硅铁外)→加CaO：550kg，萤石95kg；(4)炉渣形成后用碳粉+铝粉(2.4kg/吨)扩散脱氧，还原15分钟后，加入Si-Fe合金。
电炉出钢规定：成分合适，温度≥1630℃出钢；出钢1/3时按1.0Kg纯铝/t钢加钢砂铝。
四、精炼
入炉外精炼，钢液温度≥1540℃，通氩气(压力控制在0.2-0.4MPa)，给电加热≥10min。根据品种成分要求加入扩散脱氧剂Al粉+C粉；添加量为每吨钢添加1.5kg。
精炼渣目标成分：CaO:50％-55％、SiO2：14％-20％、MgO:3％-6％、Al2O3:15％-20％。，合金氧化物：3％-6％。
根据大包样的分析结果，按内控成分要求调整成分，铝成分调至0.0250％-0.040％。
加热升温，取样分析成分，根据成分结果，按内控成分要求微调成分；成分符合要求，温度1605℃，入真空脱气工位，蒸汽压力控制在0.85-1.2Mpa。
抽真空，真空度69Pa下保持17min后破真空，抽真空过程中对氩气压力进行调整：粗真空时氩气压力控制在0.2-0.35Mpa，极真空时氩气压力控制在0.25-0.40Mpa。
破真空后，根据温度情况进行弱氩搅拌，渣面波动50-100mm，时间20min。吊包温度：1535℃。
五、产品炉渣及氧含量测定见表1。
表1炉渣成分及氧含量％
成分 CaO SiO2 Al2O3 MgO O
数值 52 17 19 5 0.0012
实施例2
一、配料
钢铁料由低磷钢、本钢种返回及电极块组成，配碳≥0.80％，铬铁经烘烤后加入。
二、电炉氧化
根据渣况调整石灰、萤石、轻烧白云石用量，渣料总量控制30-40Kg/t。
全熔后温度≥1580℃，开始氧化；吹氧压力控制在0.5-0.7MPa；脱碳量≥0.20％。
电炉渣料由石灰、轻烧白云石组成；根据渣况调整石灰、萤石、轻烧白云石用量，渣料总量控制25-35Kg/t
三、电炉初还原
加入CaO480kg、萤石90kg；翻入经烘烤的钼铁，送电20分钟,待全熔后吹氧脱碳；(2)取样分析：C≥0.30％、P≤0.016％，除渣量≥95％。(3)加入铝锭2.5kg/t→加入锰铁、钒铁、铬铁、钼铁等合金(除硅铁外)→加CaO：550kg，萤石90kg；(4)炉渣形成后用碳粉+铝粉(3kg/吨)扩散脱氧，还原20分钟后，加入Si-Fe合金。
电炉出钢规定：成分合适，温度1635℃出钢；出钢1/3时按1.0Kg纯铝/t钢加钢砂铝或铝铁。
四、精炼
入炉外精炼，钢液温度1547℃，通氩气(压力控制在0.2-0.4MPa)，给电加热13min。根据品种成分要求加入扩散脱氧剂Al粉+C粉；添加量为每吨钢添加1.2kg。
精炼渣目标成分：CaO:50％-55％、SiO214％-20％、MgO:3％-6％、Al2O3:15％-20％，合金氧化物：3％-6％。
根据大包样的分析结果，按内控成分要求调整成分，铝成分调至0.0250％-0.040％。
加热升温，取样分析成分，根据成分结果，按内控成分要求微调成分；成分符合要求，温度1601℃，入真空脱气工位，蒸汽压力控制在0.85-1.2Mpa。
抽真空，真空度67Pa下保持17min后破真空，抽真空过程中对氩气压力进行调整：粗真空时氩气压力控制在0.2-0.35Mpa，极真空时氩气压力控制在0.25-0.40Mpa。
破真空后，根据温度情况进行弱氩搅拌，渣面波动50-100mm，时间17min。吊包温度：1540℃。
五、产品炉渣及氧含量测定，见表1。
表1炉渣成分及氧含量％
成分 CaO SiO2 Al2O3 MgO O
数值 54 16 20 6 0.0013
由此可见，本发明生产的热作模具用4Cr5MoSiV1钢，氧含量在11ppm～13ppm，较原工艺有较大幅度的降低，材质经检验分析，低倍组织、夹杂物、探伤质量等级均有一定程度的提高，材质洁净度高，可完全满足高质量热轧模具用钢的使用要求。
综上前述，本发明的生产的热作模具用4Cr5MoSiV1钢，具有钢质洁净、低倍组织致密、夹杂物低等特性，氧含量在国内处于较好水平，完全可以满足高质量模具钢使用要求，并且能有效延长模具的使用寿命。
本发明实施前后，钢中的氧含量有较大幅度的降低，氧含量对比情况见图1。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，而非对其限制；应当指出，尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种降低热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量的冶炼方法，其特征在于，钢在电炉冶炼后期进行初还原，用铝粉+碳粉进行扩散脱氧，使钢液中的铝含量在0.01～0.03％范围；
在炉外精炼时，提前喂铝线，在精炼时用碳粉及铝粉进行扩散脱氧；
采用真空脱气，真空脱气前后不喂铝线，钢液脱气后，进行弱氩搅拌，使夹杂物充分上浮。
2.根据权利要求1所述的一种降低热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量的冶炼方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1电炉粗还原
S1.1氧化末终点成分要求：C≥0.10％、扒渣量≥95％；除渣温度大于1640℃；
S1.2加入铝锭→加入铁合金→加入石灰、萤石；
S1.3炉渣形成后用碳粉+铝粉扩散脱氧，还原至少10分钟后，加入Si-Fe合金；
S1.4成分合适，温度至少1620℃时出钢；
S2精炼
S2.1钢液温度至少1540℃时，通氩气，给电加热，加热时间至少10分钟；
S2.2根据钢中硫含量、渣况加石灰和萤石调渣；渣变白后，用铝粉、碳粉进行扩散脱氧；
S2.3精炼渣目标成分：CaO：50％-55％、SiO2：14％-20％、MgO：3％-6％、Al2O3：15％-20％、合金氧化物：3％-6％；
S2.4精炼过程Al控制规定：入精炼目标Al：0.025-0.040％，如不在目标之内，精炼前期按0.035％目标一次喂Al，后期不允许喂Al，真空脱气前Al：0.015％-0.030％；真空脱气后Al：0.010％-0.020％；
S2.5如成分符合要求，温度1590℃-1610℃，入真空脱气工位；
S2.6抽真空，真空度67Pa下保持≥15min后破真空；
S2.7破真空后，进行弱氩搅拌，渣面波动50-100mm，时间至少15min，吊包温度：1535℃-1540℃。
3.根据权利要求2所述的一种降低热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量的冶炼方法，其特征在于，所述步骤S1.2中，铝锭作为脱氧剂，添加量为2.0-2.5kg/t。
4.根据权利要求2所述的一种降低热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量的冶炼方法，其特征在于，所述步骤S1.2中，铁合金不包括硅铁。
5.根据权利要求2所述的一种降低热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量的冶炼方法，其特征在于，所述步骤S1.2中，加石灰500-600kg、萤石80-100kg。
6.根据权利要求2所述的一种降低热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量的冶炼方法，其特征在于，所述步骤S1.3中，碳粉+铝粉的添加量为2-3kg/吨。
7.根据权利要求2所述的一种降低热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量的冶炼方法，其特征在于，所述步骤S1.3中，还原至少15分钟后，再加入Si-Fe合金。
8.根据权利要求2所述的一种降低热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量的冶炼方法，其特征在于，所述步骤2.2中，用铝粉、碳粉进行扩散脱氧时，铝粉和碳粉的使用量为0.5kg-2.0kg/t。
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