CN109536840B

CN109536840B - 一种用微镁处理提升连铸高品质模具钢及其制备方法

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Publication number: CN109536840B
Application number: CN201811602138.3A
Authority: CN
Inventors: 王中学; 周宪海; 张佩; 郑桂芸; 王德永; 侯栋; 屈天鹏
Original assignee: Shandong Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shandong Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2020-07-17
Anticipated expiration: 2038-12-26
Also published as: CN109536840A

Abstract

本发明涉及钢铁冶金技术领域，涉及一种用微镁处理提升连铸高品质模具钢及其制备方法。所述模具钢成分重量百分比为：C:0.2％～0.5％、Si:0.4％～1.5％、Mn:0.2％～1％、Cr:4％～7％、Mo:0.5％～2％、V:0.1％～1.5％、P:<0.03％、S:<0.03％、T.O:<0.001％、Mg:0.001％～0.003％，Al：0.01％～0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。所述方法包括以下步骤：1)电弧炉冶炼；2)LF炉精炼；3)VD炉真空脱气；4)CC生产高品质模具钢。本发明提出在连铸高品质模具钢中加入微量镁以改善钢的纯净度和韧性。本发明提出了一种更为合理、高效的改善高品质模具钢韧性的方法，为提升高品质模具钢的加工性能、获得性能优异的高品质模具钢产品提供技术保障。

Description

一种用微镁处理提升连铸高品质模具钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体地涉及一种用微镁处理提升连铸高品质模具钢及其制备方法。

背景技术

连铸高品质模具钢具有良好的淬透性、抗热烈能力、耐磨性、耐热性、强度和硬度，被广泛应用于制造冲击载荷大的锻模、热挤压模、精锻模。与电渣重熔工艺相比，采用连铸工艺生产模具钢成本较低。连铸高品质模具钢通常要求全氧含量小于0.0012％，室温冲击功大于19J。然而，目前连铸模具钢存在以下问题，全氧含量偏高，一般在20ppm以上；夹杂物含量偏高，夹杂物平均尺寸偏大；钢中网状碳化物含量偏高；钢的韧性偏低，容易导致模具钢使用过程中断裂。因此，采用合理的措施改善连铸高品质模具钢的洁净度、韧性，提高其产品性能成为这类钢生产过程中的关键环节。

高品质模具钢的制备流程分为电弧炉—LF炉—VD炉—连铸和电弧炉—LF炉—VD炉—连铸—电渣重熔两种制备工艺。经过电渣重熔后的模具钢具有夹杂物细小、组织致密等优点，但是成本极高，夹杂物类型不易控制，且电渣重熔很难将模具钢中的全氧含量降低到0.001％以下。目前，连铸高品质模具钢因价格低廉且产品性能良好，在模具钢领域的需求量最大，市场占有率较高，远大于电渣重熔模具钢所占比重。

目前，提升连铸高品质模具钢性能的方法主要是通过添加微量合金元素对钢液进行微合金化，来提升模具钢的性能，其微合金化元素通常为Nb、V、Ti、B、稀土等元素。该类微合金化元素虽然一定程度上提升了模具钢的性能，但对钢中夹杂物、碳化物、钢的韧性仍没有起到明显的改善作用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种更为合理、高效的改善高品质模具钢韧性的方法，为提升高品质模具钢的加工性能、获得性能优异的高品质模具钢产品提供技术保障。

为了更好地发挥镁改善连铸高品质模具钢的韧性的作用，首先对钢液进行深脱氧和脱硫处理，待钢中氧、硫达到较低水平后，向钢液中加入镁进行微合金化。合理控制镁的加入量，发挥镁元素净化钢液、强化晶界、细化晶粒并变性有害夹杂的综合作用，改善钢的韧性，从而获得性能优异的连铸高品质模具钢产品。具体地，本发明提供了一种用微镁处理提升连铸高品质模具钢及其制备方法

本发明提供一种用微镁处理连铸高品质模具钢，所述模具钢成分重量百分比为：C:0.2％～0.5％、Si:0.4％～1.5％、Mn:0.2％～1％、Cr:4％～7％、Mo:0.5％～2％、V:0.1％～1.5％、P:<0.03％、S:<0.03％、T.O:<0.001％、Mg:0.001％～0.003％，Al：0.01％～0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。

本发明提供一种用微镁处理连铸高品质模具钢的方法，包括在VD炉真空脱气处理后加入镁合金线。

作为优选地，所述方法包括以下步骤：

1)电弧炉冶炼：出钢温度为：1650～1665℃，出钢碳含量为：0.06％～0.10％；

2)LF炉精炼：造还原渣精炼并实施合金化操作。炉渣二元碱度CaO/SiO₂为2.0～6.0，渣中T.Fe为不大于0.5％，LF出钢后钢中硫含量控制在：0.002％～0.004％；

3)VD炉真空脱气：真空度为：≤67Pa，处理周期为：25～40min；

4)CC生产高品质模具钢，采用弧形连铸机生产高品质模具钢。

作为优选地，所述合金化操作具体内容如下：电炉出钢过程中一次性加入铬铁和金属钼，在LF炉造渣前加硅铁、锰铁预脱氧，造渣过程中加入金属铝深脱氧，深脱氧之后加入VC合金化。

作为优选地，所述镁合金线为Al、Mg和Fe的组合，其中重量百分比为：Al：30％～50％，Mg:10％～25％，余量为Fe。

作为优选地，采用喂线方式将镁合金线加入到钢液中，镁合金线的线芯重量为180～220克/米；镁合金线的喂入量为1.5～2米/吨钢，喂线速度控制在1.5～2.0m/s。

作为优选地，步骤4)中圆坯断面为：500mm～650mm。

作为优选地，所述圆坯的拉坯速度为：∮500mm圆坯拉速为0.34±0.01/min；∮650mm圆坯拉速为0.24±0.01/min。

镁处理能够有效净化钢液、细化夹杂物和组织，改善钢的性能等特点，提出在连铸高品质模具钢中加入微量镁以改善钢的纯净度和韧性。首先，镁作为一种强脱氧元素可以用来脱氧、脱硫，改善钢的洁净度；其次，向钢中加入微量的镁可以改善夹杂物类型，使得夹杂物更加细小，改善钢液的纯净度；第三，镁的微合金化作用可以细化组织晶粒，改善模具钢的力学性能。然而，由于镁在高温钢液中的蒸气压很高，使得镁再加入钢液过程中收得率极低，镁加入钢中的方式至关重要。因此，合理控制镁的加入量、加入方式和加入时机，对于更好地实现其改善钢的洁净度和韧性，提高产品性能具有重要意义。

与现有技术相比，本发明的优势：

(1)本发明通过在VD炉真空脱气处理后向钢液喂入镁合金，可以提高金属镁的收得率，对钢液进行深脱氧，采用镁处理后，连铸模具钢中的全氧含量可以从0.002％将至0.001％以下；

(2)连铸模具钢采用本发明的微量镁处理后，钢中氧化物夹杂由氧化铝转变为镁铝尖晶石，夹杂物细化效果明显，分布更为弥散，尺寸大于10μm的夹杂物从50％将至17％；

(3)连铸模具钢采用本发明的微量镁处理后，达到了细化晶粒、改善纯净度和碳化物形态与分布的目的，模具钢冲击功从18J提升到20.5J，室温冲击韧性提高10％。

(4)连铸模具钢采用本发明的微量镁处理后，镁处理钢在高温强度测试中峰值应力及对应的应变都小于基准钢，镁处理降低了模具钢的变形能力，减缓了动态再结晶的进行。

附图说明

图1为本发明未加入镁的H13模具钢的夹杂物类型；

图2为本发明加入0.002％镁的H13模具钢的夹杂物类型；

图3为本发明未加入镁的H13模具钢的夹杂物尺寸分布；

图4为本发明加入0.002％镁的H13模具钢的夹杂物尺寸分布。

具体实施方式

为使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合具体实施例对本发明的方案进一步描述。应当指出本发明的具体实施方式不局限于下述的实施例。

本发明所举实施例中，冶炼设备采用100t电弧炉、100t的LF炉、100t的VD炉，冶炼钢种为连铸高品质模具钢的H13，其成分控制范围及控制目标如表1所示。

采用电弧炉—LF炉—VD炉—连铸生产高品质模具钢，

具体操作如下：

1)电弧炉冶炼，：出钢温度为：1660℃，出钢碳含量为：0.10％；

2)LF炉精炼，：造还原渣精炼并实施合金化操作，炉渣二元碱度CaO/SiO₂为3.5，渣中T.Fe为不大于0.5％，LF出钢后钢中硫含量控制在：0.003％；

3)VD炉真空脱气：真空度为：50Pa，处理周期为：25min；并在VD炉真空脱气处理后加入镁合金线；在LF炉脱氧合金化时控制各合金元素的含量，达到目标成分范围内；将钢包移至VD炉进行真空脱气，以进一步降低钢液中的氧含量；在VD炉结束后，破真空后喂入镁合金线，镁合金线的喂入量为每吨钢1.6米。镁合金线由Al、Mg、Fe组成，其中Al:Mg:Fe按重量百分比为30:20:50，镁合金线的参数为线芯重量为210克/米。通过喂线处理使得钢中镁含量控制在0.001％～0.003％范围内。喂镁线结束后，将钢包送至连铸台进行浇铸。

4)CC生产高品质模具钢，采用弧形连铸机生产高品质模具钢，。圆坯断面为：500mm～650mm，拉坯速度为：∮500mm圆坯拉速为0.34/min；∮650mm圆坯拉速为0.24/min。

表2为冶炼所得的高品质模具钢连铸坯的化学成分，可以看出镁的收得率稳定，加入镁后，钢中的全氧含量从0.0015％降低到0.0010％。

图1为未加入镁的H13模具钢中典型夹杂物类型(Al₂O₃+(Ca、Mn)S，约为10～15μm，含少量Ca元素)，图2为加入0.002％镁的H13模具钢中典型夹杂物类型((MgAl₂O₄+Al-Ca-O+(Ca、Mn)S，约1～3μm)，夹杂物中镁元素的质量分数在3.9％～7.1％，证明镁完全进入夹杂物中。图3为未加入镁的H13模具钢的夹杂物尺寸分布，图4为加入0.002％镁的H13模具钢的夹杂物尺寸分布。可以看出，微量镁处理模具钢后，夹杂物由氧化铝转变为镁铝尖晶石，夹杂物细化效果明显，分布更为弥散，尺寸大于10μm的夹杂物从50％将至17％；

表3为镁处理H13钢和未处理H13钢的室温冲击功，可以看出，经过镁处理后的H13模具钢的冲击韧性提升了10％。因为钢中的晶粒尺寸、纯净度、碳化物分布是影响钢冲击功的主要因素，因此镁处理对钢中夹杂物和碳化物的控制是有效的。

表1 H13模具钢的成分控制范围及控制目标(wt％)

表2 成品连铸高品质模具钢的化学成分(wt％)

表3 镁处理H13钢和未处理H13钢的室温冲击功，J

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照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，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种用微镁处理连铸高品质模具钢，其特征在于，所述模具钢成分重量百分比为：C:0.2％～0.5％、Si:0.4％～1.5％、Mn:0.2％～1％、Cr:4％～7％、Mo:0.5％～2％、V:0.1％～1.5％、P:<0.03％、S:<0.03％、T.O:<0.001％、Mg:0.001％～0.003％，Al：0.01％～0.03％，余量为Fe及不可避免杂质，所述模具钢的制备方法包括在VD炉真空脱气处理后加入镁合金线，所述镁合金线为Al、Mg和Fe的组合，其中重量百分比为：Al：30％～50％，Mg:10％～25％，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的模具钢，其特征在于，所述模具钢的制备方法包括以下步骤：

2)LF炉精炼：造还原渣精炼并实施合金化操作，炉渣二元碱度CaO/SiO₂为2.0～6.0，渣中T.Fe为不大于0.5％，LF出钢后钢中硫含量控制在：0.002％～0.004％；

3)VD炉真空脱气：真空度为：≤67Pa，处理周期为：25～40min；

4)CC生产高品质模具钢，采用弧形连铸机生产高品质模具钢。

3.根据权利要求1所述的模具钢，其特征在于，采用喂线方式将镁合金线加入到钢液中，镁合金线的线芯重量为180～220克/米；镁合金线的喂入量为1.5～2米/吨钢，喂线速度控制在1.5～2.0m/s。

4.根据权利要求1所述的模具钢，其特征在于，步骤4)中圆坯断面为：500mm～650mm。