CN109055852B - 冷作模具钢夹杂物控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种冷作模具钢夹杂物控制方法。针对现有市场上缺乏一种专门针对冷作模具钢夹杂物的控制方法的问题，本发明提供一种冷作模具钢夹杂物控制方法，包括以下步骤：电炉冶炼、LF炉精炼、VD炉精炼、模铸、锻造和轧制；在VD炉精炼工序，VD破空后加入(0.5kg±0.05kg)/吨钢的稀土，控制软吹时间为30min～50min；在模铸工序，控制浇注温度为1450℃～1470℃。本发明通过在VD炉精炼时加入稀土，精确控制软吹时间和在模铸阶段精确控制浇注温度，使得冷作模具钢中夹杂物含量降低，满足国标GB/T10561‑2005的A法检验与评级，尤其适用于Cr12系列钢种夹杂物的控制，适宜推广使用。

Description

冷作模具钢夹杂物控制方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种冷作模具钢夹杂物控制方法。
背景技术
现有市场上应用最广泛的冷作模具钢材料主要为高碳高铬冷作模具钢Cr12、Crl2MoV等，其具有较高的淬透性、淬硬性、耐磨性，高温抗氧化性能好，因此作为通用型冷作模具钢材料广泛应用于制造各种用途的冷作模具，例如形状复杂的冲孔凹模、冷挤压模、滚螺纹轮、冷剪切刀和精密量具等。
冷作模具钢中的夹杂物对其性能影响极大。冷作模具钢中的夹杂物含量高，极易引起冷作模具钢产品在使用过程中出现麻坑以及疲劳断裂等质量问题，严重影响产品的使用寿命。尤其是高熔点的Al2O3夹杂物以及硫化物类夹杂物，Al2O3夹杂物在轧制过程中由于其变形率较小，会导致产品疲劳强度降低以及产生表面缺陷，硫化物类夹杂极易溶解于含Cl离子水中，降低钢的抗腐蚀性能，另一方面还降低钢的塑性、韧性和抗疲劳性能，如果钢中硫化物含量超过一定标准，在冶炼生产和轧制过程将会造成铸坯裂纹，严重影响产品质量。为了避免冷作模具钢产品在使用过程中因高压或磨蚀作用引起夹杂物脱落，形成裂纹源，降低使用寿命，造成安全事故，需要提高冷作模具钢洁净度，降低其夹杂物含量。现有的冷作模具钢中要求不能有较大尺寸的硬性夹杂，尤其是大于20μm的夹杂物。
专利CN108467985A公开了一种压力容器用奥氏体不锈钢的夹杂物控制方法，该方法采用K-OBM-S炉→VOD炉→LF炉流程，在K-OBM-S炉中兑入经过预处理的脱磷脱硫的铁水配置成需要的成分，在渣厚≤50mm时出钢到VOD炉；VOD炉沸腾期保持真空度≤2mbar，还原期加入石灰吨钢15～18kg，萤石吨钢3～6kg，铝丸吨钢4～5kg，还原时间15～25min，然后出钢到LF炉；LF炉化渣后在渣面加入铝粉吨钢0.625kg，喂入纯钙线吨钢1～2m进行微钙处理，用吨钢3.0～4.0L/min的氩气底吹下搅拌5min，然后在吨钢1.0～1.5L/min的氩气底吹下搅拌15～25min出炉，连铸镇静时间30～35min。该方法采用K-OBM-S炉→VOD炉→LF炉流程冶炼生产奥氏体不锈钢，控制过程主要对K-OBM-S炉、VOD炉和LF炉的冶炼相关参数及辅料加入数量等进行控制。该方法生产的是奥氏体不锈钢，无法给生产冷作模具钢控制夹杂物提供依据。
专利CN106319328A公开了一种高碳钢盘条夹杂物控制方法，包括转炉、精炼、连铸、连轧和线材轧制。(1)转炉冶炼：转炉采用高碳出钢,转炉终点碳含量不低于0.4％,转炉炉后采用硅锰脱氧；(2)LF精炼：精炼过程温度控制在1550℃#1640℃,时间60#80分钟,精炼终点钢液中硫含量应控制在0.016#0.025％之间,钢液氧活度控制在(10#30)×10#6之间,钢液酸溶铝含量控制在0.0005％#0.0025％之间,钢液的钛含量不应大于0.0010％；(3)连铸：采用大方坯连铸,钢坯断面尺寸280mm*380mm,拉速在0.6m/min#0.8m/min之间,中间包钢水过热度不大于25℃。(4)连轧和线材轧制：盘条直径5mm#5.5mm,吐丝温度880℃#910℃,吐丝后的盘条在斯泰尔摩冷却线上快速冷却到600℃～650℃进行相变。该方法生产的是高碳钢盘条，且要对LF炉和连轧、线材轧制工艺的参数相互配合起作用。
上述钢中杂质控制方法都不是针对冷作模具钢，钢的冶炼、轧制方法不同，目前尚没有针对冷作模具钢夹杂物的控制方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：现有市场上缺乏一种专门针对冷作模具钢夹杂物的控制方法的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供一种冷作模具钢夹杂物控制方法。该方法包括以下步骤：电炉冶炼、LF炉精炼、VD炉精炼、模铸、锻造和轧制；在VD炉精炼工序，VD破空后加入0.5kg±0.05kg/吨钢的稀土，控制软吹时间为30min～50min；在模铸工序，控制浇注温度为1450℃～1470℃。
其中，上述冷作模具钢夹杂物控制方法中，破空前1min～2min，调整吹氩流量为20～40L/min。
其中，上述冷作模具钢夹杂物控制方法中，VD破空后加入稀土的具体操作为：极限真空下采用大流量吹氩。
进一步的，上述冷作模具钢夹杂物控制方法中，所述的极限真空真空度为≤300Pa。
进一步的，上述冷作模具钢夹杂物控制方法中，所述的大流量是指吹氩流量≥120L/min。
进一步的，上述冷作模具钢夹杂物控制方法中，破空后保持钢液中H含量≤2.5ppm。
进一步的，上述冷作模具钢夹杂物控制方法中，所述的冷作模具钢是指Cr12系列钢种。
进一步的，上述冷作模具钢夹杂物控制方法中，所述的冷作模具钢包括Cr12MoV、Cr12、D2或SKD11中的一种。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种冷作模具钢夹杂物控制方法，通过在VD炉精炼时加入稀土，精确控制软吹时间和在模铸阶段精确控制浇注温度，使得冷作模具钢中夹杂物含量降低，满足国标GB/T10561-2005的A法检验与评级，A类(硫化物类)夹杂细系、粗系均≤1.5级；B类(氧化铝类)夹杂细系≤1.5级，粗系≤1.0级；D类(单颗粒球状类)夹杂细系、粗系均≤1.0级，具有良好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
本发明提供了一种冷作模具钢夹杂物控制方法，包括以下步骤：电炉冶炼、LF炉精炼、VD炉精炼、模铸、锻造和轧制；在VD炉精炼工序，VD破空后加入0.5kg±0.05kg/吨钢的稀土，控制软吹时间为30min～50min；在模铸工序，控制浇注温度为1450℃～1470℃。
本发明中，所述的VD炉精炼工序具体流程为：进站、抽真空、达到真空度、破空、加稀土、软吹和吊包。
其中，上述冷作模具钢夹杂物控制方法中，为了小颗粒夹杂能更平稳地上浮，同时也防止卷渣及温降过快，破空前1min～2min，调整吹氩流量为20～40L/min。此时采用小流量易于小颗粒夹杂的上浮去除；流量过小易造成卷渣；流量过大易造成温降过快。
其中，上述冷作模具钢夹杂物控制方法中，VD破空后加入稀土的具体操作为：极限真空下采用大流量吹氩。
进一步的，上述冷作模具钢夹杂物控制方法中，所述的极限真空真空度为≤300Pa。
进一步的，上述冷作模具钢夹杂物控制方法中，所述的大流量是指吹氩流量≥120L/min。极限真空条件和大流量吹氩都是加入稀土的前提条件，要求大流量的原因是大流量才能使大颗粒夹杂物充分的去除。
进一步的，上述冷作模具钢夹杂物控制方法中，为了避免钢基体析氢，夹杂物在析氢位置富集、聚集，破空后保持钢液中H含量≤2.5ppm。
进一步的，上述冷作模具钢夹杂物控制方法中，所述的冷作模具钢是指Cr12系列钢种。
进一步的，上述冷作模具钢夹杂物控制方法中，所述的冷作模具钢包括Cr12MoV、Cr12、D2或SKD11中的一种。
本发明特别的在VD炉精炼时，在破空后加入一定量的稀土，稀土能够对钢中A类(硫化物类)和B类(氧化铝类)夹杂物进行变性处理，将其转化为细小弥散分布的D类(单颗粒球状类)稀土硫化物、稀土氧化物、铝酸稀土及稀土氧硫化物，便于去除。稀土加入量以(0.5kg±0.05kg)/吨钢为宜，过高造成稀土浪费，成本增加；过低达不到改性夹杂的目的。
同时，本发明VD炉精炼时，还要精确控制软吹时间为30min～50min。VD精炼时的软吹时间对钢液中夹杂物含量影响较大，软吹时间过短时，钢液中大颗粒的夹杂物不容易上浮去除，小颗粒夹杂物也不容易被稀土进行变性，夹杂物控制效果不好；软吹时间过长时，钢液中的夹杂物容易发生二次氧化，小颗粒夹杂物相互碰撞也容易聚集长大，不利于夹杂物的控制。
进一步的，在模铸阶段，本发明需要控制浇注温度为1450℃～1470℃。浇注时浇注温度过低，钢液流动性不好，会使钢液中的部分杂质发生二次氧化，或使小颗粒夹杂物相互碰撞而聚集长大，影响最后钢锭中的夹杂物含量；浇注温度过低，钢液的粘度高，流动性差，不利于夹渣的上浮；温度过高，虽然有利于夹渣的上浮，但钢锭会产生缩孔、疏松等缺陷，会增加能源消耗和延长生产周期。
特别的，本发明不仅从VD精炼的软吹和模铸阶段的浇注时间来共同调控，降低夹杂物含量。更重要的，本发明通过添加稀土来使杂质变性，主要将钢中B类(Al2O3类)脆性夹杂转变为D类(单颗粒球状类)稀土类塑性夹杂，使其在后续热加工过程不易引起加工裂纹等；另一方面，加入稀土后细化夹杂，使其尺寸变小，更易弥散分布，可降低评定级别。
经过上述三个方面的精确控制，共同配合，方可确保钢中夹杂物类型最佳，尺寸分布细小弥散，降低夹杂物级别，最终达到提高冷作模具钢产品质量的目的。
下面将通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明，但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。
实施例1采用本发明方法对冷作模具钢夹杂物进行控制
生产钢的品种为Cr12MoV，具体的夹杂物控制方法如下：
采用电炉冶炼、LF炉精炼、VD炉精炼、模铸、锻造和轧制工艺生产；
在VD炉精炼时，控制软吹时间为35min，软吹完成后进行破空，破空前2min，将吹Ar流量调到30L/min，破空时在极限真空下大流量吹Ar，吹Ar流量为150L/min，破空后加入稀土；加入量为20kg每炉(每炉中含有钢水40吨)。
破空后及时对钢液进行测温并取[H]样，[H]为1.2ppm。
控制浇注温度步骤，吊包前，将钢包包沿周围残渣清理干净，浇钢过程无残渣掉入模内情况。
因其为锻造用钢锭，故在此步骤均匀加入钢包覆盖剂覆盖整个钢包渣面。
钢种熔点按1403℃计算，浇注温度＝钢种熔点+浇注过热度。浇注温度控制为1463℃。
通过上述控制方法生产的Cr12MoV冷作模具钢，对成品夹杂物进行检验，按GB/T10561-2005的A法检验与评级：A类(硫化物类)夹杂细系、粗系均为1.0级；B类(氧化铝类)夹杂细系为1.5级，粗系为1.0级；D类(单颗粒球状类)夹杂细系为0.5级，粗系为0.5级。
实施例2采用本发明方法对冷作模具钢夹杂物进行控制
生产钢的品种为Cr12MoV，具体的夹杂物控制方法如下：
采用电炉冶炼、LF炉精炼、VD炉精炼、模铸、锻造和轧制工艺生产；
在VD炉精炼时，控制软吹时间为40min，软吹完成后进行破空，破空前2min，将吹Ar流量调到25L/min，破空时在极限真空下大流量吹Ar，吹Ar流量为140L/min，破空后加入稀土；加入量为20kg每炉(每炉中含有钢水40吨)。
破空后及时对钢液进行测温并取[H]样，[H]为1.1ppm。
控制浇注温度步骤，吊包前，将钢包包沿周围残渣清理干净，浇钢过程无残渣掉入模内情况。
因其为锻造用钢锭，故在此步骤均匀加入钢包覆盖剂覆盖整个钢包渣面。
钢种熔点按1403℃计算，浇注温度＝钢种熔点+浇注过热度。浇注温度控制为1458℃。
通过上述控制方法生产的Cr12MoV冷作模具钢，对成品夹杂物进行检验，按GB/T10561-2005的A法检验与评级：A类(硫化物类)夹杂细系为1.5级、粗系为1.0级；B类(氧化铝类)夹杂细系为1.5级，粗系为1.0级；D类(单颗粒球状类)夹杂细系、粗系均为0.5级。
对比例3未采用本发明方法对冷作模具钢夹杂物进行控制
对比例3中，除稀土加入量为15kg每炉(每炉中含有钢水40吨)外，其余操作同实施例1。
通过上述控制方法生产的Cr12MoV冷作模具钢，对成品夹杂物进行检验，按GB/T10561-2005的A法检验与评级：A类(硫化物类)夹杂细系、粗系均为1.5级；B类(氧化铝类)夹杂细系为1.5级，粗系为1.5级；D类(单颗粒球状类)夹杂细系为1.5级，粗系为1.0级。
对比例4未采用本发明方法对冷作模具钢夹杂物进行控制
对比例4中，除在VD炉精炼时，控制软吹时间为20min外，其余操作同实施例1。
通过上述控制方法生产的Cr12MoV冷作模具钢，对成品夹杂物进行检验，按GB/T10561-2005的A法检验与评级：A类(硫化物类)夹杂细系、粗系均为1.5级；B类(氧化铝类)夹杂细系为2.0级，粗系为1.5级；D类(单颗粒球状类)夹杂细系为1.5级，粗系为1.5级。
对比例5未采用本发明方法对冷作模具钢夹杂物进行控制
对比例5中，除浇注温度控制为1480℃外，其余操作同实施例1。
通过上述控制方法生产的Cr12MoV冷作模具钢，对成品夹杂物进行检验，按GB/T10561-2005的A法检验与评级：A类(硫化物类)夹杂细系为1.5级、粗系为2.0级；B类(氧化铝类)夹杂细系为1.5级，粗系为2.0级；D类(单颗粒球状类)夹杂细系为1.5级，粗系为1.0级。
由实施例和对比例的结果可知，采用本发明实施例的方法，能够使得A类(硫化物类)夹杂物级别更低；B类(氧化铝类)夹杂级别更低；D类(单颗粒球状类)夹杂级别更低。说明本发明的方法能更有效的控制夹杂物，使得夹杂物单类及总体级别更低。

Claims (3)

1.冷作模具钢夹杂物控制方法，其特征在于，包括以下步骤：电炉冶炼、LF炉精炼、VD炉精炼、模铸、锻造和轧制；在VD炉精炼工序，VD破空后加入0.5kg±0.05kg/吨钢的稀土，控制软吹时间为30min～50min；在模铸工序，控制浇注温度为1450℃～1470℃；所述的冷作模具钢包括Cr12MoV、Cr12、D2或SKD11中的一种；VD破空后加入稀土的具体操作为：极限真空下采用大流量吹氩，极限真空真空度为≤300Pa，大流量是指吹氩流量≥120L/min。
2.根据权利要求1所述的冷作模具钢夹杂物控制方法，其特征在于：破空前1min～2min，调整吹氩流量为20～40L/min。
3.根据权利要求1所述的冷作模具钢夹杂物控制方法，其特征在于：破空后保持钢液中H含量≤2.5ppm。
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