CN111004961B - 一种热作模具钢h13及其连铸生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可以实现降低原材料成本和精炼时间的双重目的并保证产品质量的热作模具钢H13及其连铸生产工艺，将原有的电弧炉熔化废钢获得低磷初炼钢液→精炼炉还原合金化→VD脱气→模铸的生产工艺流程改进为感应炉熔化相近钢种料头、钢屑→精炼炉脱氧还原微合金化→VD真空精炼炉脱气→连铸的全新工艺流程，实现降低原材料成本和精炼时间的双重目的，保证了产品质量。

Description

一种热作模具钢H13及其连铸生产工艺

技术领域

本发明涉及一种热作模具用H13钢冶炼技术领域，具体涉及一种可以实现降低原材料成本和精炼时间的双重目的并保证产品质量的热作模具钢H13及其连铸生产工艺。

背景技术

H13为热作模具用钢，以其优异的热疲劳抗力和高温稳定性被广泛应用于穿管用限动芯棒、热压铸模具和热挤压模具用模具材料。工业生产中通常采用电弧炉熔化废钢获得低磷初炼钢液-精炼炉还原合金化-VD真空精炼炉脱气-模铸的生产工艺流程，该生产工艺流程在市场竞争起主导性作用的今天存在如下问题：(1)随着废钢、钼铁合金、钒铁合金价格的持续走高，采用该工艺流程生产原材料投入大，成本高；(2)全部合金在精炼炉调节冶炼时间长，增加燃动成本。

随着市场竞争的日益激烈，传统的热作模具钢H13采用电弧炉熔化废钢获得低磷初炼钢液-精炼炉还原合金化-VD真空精炼炉脱气-模铸的生产方式在成本上已经不能满足优质、价优的市场需求。寻找一种适合的冶炼生产方法是避免以上问题的有效途径。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种通过冶炼工艺流程及工艺的优化，有效缩短热作模具钢H13冶炼工艺流程，降低生产成本，提高锭坯收得率的热作模具钢H13及其连铸生产工艺。

本发明的目的是这样实现的：

一种热作模具钢H13及其连铸生产工艺，冶炼的热作模具钢H13成分按质量百分比包括如下成分：C＝0.32～0.42％，Si＝0.90～1.20％，Mn＝0.30～0.50％，P≤0.015％，S≤0.008％，Cr＝4.90％～5.50％，Mo＝1.00～1.70％，V＝0.80～1.10％，Al＝0.010～0.030％，Ni≤0.25％，Cu≤0.10％，As≤0.020％、Sn≤0.010％、Sb≤0.008％，H≤2ppm，N≤120ppm，O≤25ppm，其余为Fe和少量其它元素。

一种热作模具钢H13的连铸生产工艺，它包括如下冶炼工艺步骤：

步骤1)、感应炉原材料按照重量百分比包括H13料头或钢屑50～65％、21CrMo10料头35～50％，按照比例将上述原料配入感应炉，感应炉配入的料头或钢屑干燥、无杂物；

步骤2)、将步骤1)的感应炉原材料加入感应炉中，加料做到密实，启动中频感应炉逐步调整功率，熔化炉料，炉料熔清后取样，C≤0.30％，P≤0.012％，出钢温度≥1580℃；

步骤3)、将步骤2)出钢后的钢液送入精炼炉中进行还原脱氧、脱硫、调整成分，调整化学成分目标如下：C:0.32～0.40％，Si:0.90～1.20％，Mn:0.30～0.50％，P≤0.015％，S≤0.008％，Ni≤0.25％，Cr:4.90～5.50％，Mo:1.00～1.70％，V：0.80～1.10％，Al:0.030～0.060％，控制温度在1640～1670℃后吊包转VD工位进行VD脱气；

步骤4)、将经步骤3)处理后的钢液吊至VD罐中进行脱气处理，将钢液吊至VD罐，接通氩气将钢包坐入VD罐内，钢液测温，开动VD罐盖车盖盖，启动真空泵开始脱气，在真空度≤0.70mbar下保持时间≥20min，破空后在线定氢、定氧，控制[H]≤1.5ppm，[O]≤6ppm，取玻璃管样分析N，[N]≤100ppm，来样合格后按0～0.5m/t向钢包中喂入钙线进行钙处理，弱搅拌时间≥12分钟，温度1540-1555℃，关闭氩气，吊包转连铸平台；

步骤5)、将经步骤4)的钢液钢包吊转至连铸平台测温后坐入大包回转台，测温、上台，接好钢包水口液压装置，旋转至中间包上方，套长水口、打开液压滑动水口开浇，长水口采用吹氩保护，氩气流量为80～120NL/min；中间包塞棒采用吹氩，氩气流量为2～6NL/min；中间包过热度控制15～40℃，拉速控制在0.35～0.45m/min之间，切坯长度按照计划单，出坯后直接热送或进入退火炉退火。

本发明具有如下积极效果：本发明在现有生产线高阻抗EAF.EBT、LF、IF、双工位VD/VOD和2机2流立式连铸机和模铸等配套设备基础上，制定了新的H13冶炼工艺流程：配料→感应炉熔化料头、钢屑→精炼炉还原微合金化→VD真空精炼炉脱气→连铸，可以实现降低原材料成本和精炼时间的双重目的，并能保证产品质量，通过冶炼工艺流程及工艺的优化，具有有效缩短热作模具钢H13冶炼流程，降低生产成本，提高锭坯收得率的优点。本发明采用感应炉熔化相近钢种料头、钢屑→精炼炉脱氧还原微合金化→VD真空精炼炉脱气→连铸的工艺流程，实现降低原材料成本和精炼时间的双重目的。感应炉原材料由H13料头(钢屑)50～65％、21CrMo10料头35～50％按照比例配入组成，在保证C低于下限的同时，使合金元素尽量高，节约精炼合金的使用；精炼作用只在于脱氧还原、微合金化，大幅降低精炼时间；采用VD脱气保证较低的N、H、O含量；采用连铸生产提高锭坯收得率。

具体实施方式

实施例1：本发明工艺流程为：配料→感应炉熔化料头、钢屑→精炼炉脱氧还原微合金化→真空脱气→连铸浇钢。

一种热作模具钢H13及其连铸生产工艺，冶炼的热作模具钢H13成分按质量百分比包括如下成分：C＝0.32～0.42％，Si＝0.90～1.20％，Mn＝0.30～0.50％，P≤0.015％，S≤0.008％，Cr＝4.90％～5.50％，Mo＝1.00～1.70％，V＝0.80～1.10％，Al＝0.010～0.030％，Ni≤0.25％，Cu≤0.10％，As≤0.020％、Sn≤0.010％、Sb≤0.008％，H≤2ppm，N≤120ppm，O≤25ppm，其余为Fe和少量其它元素。

一种热作模具钢H13的连铸生产工艺，它包括如下冶炼工艺步骤：

步骤1)、原材料要求：感应炉原材料按照重量百分比包括H13料头或钢屑50～65％、21CrMo10料头35～50％，按照比例将上述原料配入感应炉，中频感应炉配入的料头或钢屑严格分类，使用前光谱识别，干燥、无杂物；

步骤2)、将步骤1)组成的感应炉原材料，运送到感应炉操作平台，将中频感应炉原材料装入感应炉中进行冶炼：送电前在炉底加入15～30kg的石灰，之后开始装料，装料要做到下紧上松，料的方向与感应炉纵向一致，长料不允许在感应炉横放或斜放，炉料要充实、装满；启动中频感应炉功率逐步从1000KW增加到4000KW熔化炉料，冶炼过程中要用木棒撬或敲打原料，防止原料搭桥产生高温，中频感应炉炉料熔清后，测量温度1560～1620℃，取样，样品成分返回后核对C≤0.30％，P≤0.012％，其他元素低于工艺上限，温度1580～1620℃后出钢；

步骤3)、将步骤2)出钢后的钢液送入精炼炉中进行还原脱氧、脱硫、调整成分，首先加入400～600kg石灰送电烧渣，期间采用电石1～2kg/t、碳粉、硅铁粉1-4kg/t还原脱氧、脱硫，渣白后取样分析成分，其中碳粉、硅铁粉各占一半；根据来样结果调整化学成分，调整化学成分目标如下：C:0.32～0.40％，Si:0.90～1.20％，Mn:0.30～0.50％，P:≤0.015％，S≤0.008％，Ni≤0.25％，Cr:4.90～5.50％，Mo:1.00～1.70％，V：0.80～1.10％，Al:0.030～0.060％，精炼期间用碳粉、硅铁粉1～3kg/t小批量、多批次进行脱氧并保持还原气氛，其中碳粉和硅铁粉各占一半量，精炼全程控制好氩气流量，避免裸露钢液面，温度1640～1670℃吊包转VD工位；

步骤4)、将经步骤3)处理后的钢液吊至VD罐中进行脱气处理，将钢液吊至VD罐，接通氩气将钢包坐入VD罐内，钢液测温，开动VD罐盖车盖盖，启动真空泵开始脱气，在真空度≤0.70mbar下保持时间≥20min，破空后在线定氢、定氧，控制[H]≤1.5ppm，[O]≤6ppm，取玻璃管样分析N，[N]≤100ppm，来样合格后按0～0.5m/t向钢包中喂入钙线进行钙处理，弱搅拌时间≥12分钟，温度1540-1555℃，关闭氩气，吊包转连铸平台；

步骤5)、将经步骤4)的钢液钢包吊转至连铸平台测温后坐入大包回转台，测温、上台，接好钢包水口液压装置，旋转至中间包上方，套长水口、打开液压滑动水口开浇，长水口采用吹氩保护，氩气流量为80～120NL/min；中间包塞棒采用吹氩，氩气流量为2～6NL/min；连铸过程中，向中间包加入碱性中间包覆盖剂及碳化稻壳来减少钢液的热辐射损失及保护钢液不被二次氧化，加入量为覆盖住钢液面，中间包过热度控制15～40℃，拉速控制在0.35～0.45m/min之间，采用整体浸入式水口及向结晶器内加入保护渣的方式对结晶器钢液进行保护，保护渣加入量0.5-1.5kg/t。切坯长度按照计划单，出坯后直接热送或进入退火炉退火。

实施例的化学成分见表1、表2

表1实施例感应炉熔清化学成分(％)

实施例	C	Si	Mn	S	P	Ni	Cr	Mo	V
										1	0.28	0.75	0.31	0.003	0.010	0.16	4.07	0.97	0.55
2	0.29	0.45	0.33	0.002	0.012	0.16	4.34	0.93	0.49
										3	0.28	0.52	0.38	0.004	0.011	0.22	4.43	0.98	0.55

表2实施例炉后化学成分(％)

Claims (2)

1.一种热作模具钢H13，其特征在于：冶炼的热作模具钢H13成分按质量百分比包括如下成分：C=0.32～0.42%，Si=0.90～1.20%，Mn=0.30～0.50%，P≤0.015%，S≤0.008%，Cr=4.90%～5.50%，Mo=1.00～1.70%，V=0.80～1.10%，Al=0.010～0.030%，Ni≤0.25%，Cu≤0.10%，As≤0.020%、Sn≤0.010%、Sb≤0.008%，H≤2ppm，N≤120ppm，O≤25ppm，其余为Fe和少量其它元素；上述的热作模具钢H13是通过如下冶炼工艺步骤实现的：

步骤1）、感应炉原材料按照重量百分比包括H13料头或钢屑50～65%、21CrMo10料头35～50%，按照比例将上述原料配入感应炉，感应炉配入的料头或钢屑干燥、无杂物；

步骤2）、将步骤1）的感应炉原材料加入到感应炉中，加料做到密实，启动感应炉逐步调整功率，熔化炉料，炉料熔清后取样，C≤0.30%，P≤0.012%，出钢温度≥1580℃；将中频感应炉原材料送入中频感应炉中进行冶炼时，在送电前在炉底加入15～30kg的石灰，之后开始装料，装料要做到下紧上松，料的方向与中频感应炉纵向一致，长料不允许在中频感应炉横放或斜放，炉料要充实、装满；启动中频感应炉功率逐步从1000KW增加到4000KW熔化炉料，冶炼过程中要用木棒撬或敲打原料，防止原料搭桥产生高温，中频感应炉炉料熔清后，测量温度在1560～1620℃之后再取样，出钢温度具体控制在1580～1620℃后出钢；

步骤3）、将步骤2）出钢后的钢液送入精炼炉中进行还原脱氧、脱硫、调整成分，调整化学成分目标如下：C:0.32～0.40%，Si: 0.90～1.20%，Mn:0.30～0.50%，P≤0.015%，S≤0.008%，Ni≤0.25%，Cr:4.90～5.50%，Mo:1.00～1.70%，V：0.80～1.10%，Al:0.030～0.060%，控制温度在1640～1670℃后吊包转VD工位进行VD脱气； 将步骤2）出钢后的钢液送入精炼炉中进行冶炼时，首先加入400～600kg 的石灰送电烧渣，期间采用电石1-2kg/t、碳粉、硅铁粉1-4kg/t还原脱氧、脱硫，渣白后取样分析成分，其中碳粉、硅铁粉各占一半，根据来样结果调整化学成分，在精炼期间还用碳粉和硅铁粉或碳化硅和硅钙粉1～3kg/t小批量、多批次进行脱氧并保持还原气氛，精炼全程控制好氩气流量，避免裸露钢液面，其中碳粉和硅铁粉各占一半量，或碳化硅和硅钙粉各占一半量；

步骤4）、将经步骤3）处理后的钢液吊至VD罐中进行脱气处理，将钢液吊至VD罐，接通氩气将钢包坐入VD罐内，钢液测温，开动VD罐盖车，将罐盖落到罐上将罐盖住，启动真空泵开始脱气，在真空度≤0.70mbar下保持时间≥20min，破空后在线定氢、定氧，控制[H]≤1.5ppm，[O]≤6ppm，取玻璃管样分析N，[N]≤100ppm，来样合格后按0～0.5m/t向钢包中喂入钙线进行钙处理，弱搅拌时间≥12分钟，温度1540-1555℃，关闭氩气，吊包转连铸平台；

步骤5）、将经步骤4）的钢液钢包吊转至连铸平台测温后坐入大包回转台，测温、上台，接好钢包水口液压装置，旋转至中间包上方，套长水口、打开液压滑动水口开浇，长水口采用吹氩保护，氩气流量为80～120NL/min；中间包塞棒采用吹氩，氩气流量为2～6NL/min；中间包过热度控制15～40℃，拉速控制在0.35～0.45m/min之间，切坯长度按照计划单，出坯后直接热送或进入退火炉退火；将经步骤4）的钢液钢包吊转至连铸平台测温后坐入大包回转台的连铸过程中，向中间包加入碱性中间包覆盖剂及碳化稻壳来减少钢液的热辐射损失及保护钢液不被二次氧化，加入量为覆盖住钢液面，采用整体浸入式水口及向结晶器内加入保护渣的方式对结晶器钢液进行保护，保护渣加入量0.5-1.5kg/t。

2.一种如权利要求1所述的热作模具钢H13的连铸生产工艺，其特征在于：它包括如下冶炼工艺步骤：

步骤1）、感应炉原材料按照重量百分比包括H13料头或钢屑50～65%、21CrMo10料头35～50%，按照比例将上述原料配入感应炉，感应炉配入的料头或钢屑干燥、无杂物；

步骤2）、将步骤1）的感应炉原材料加入到感应炉中，加料做到密实，启动感应炉逐步调整功率，熔化炉料，炉料熔清后取样，C≤0.30%，P≤0.012%，出钢温度≥1580℃；将中频感应炉原材料送入中频感应炉中进行冶炼时，在送电前在炉底加入15～30kg的石灰，之后开始装料，装料要做到下紧上松，料的方向与中频感应炉纵向一致，长料不允许在中频感应炉横放或斜放，炉料要充实、装满；启动中频感应炉功率逐步从1000KW增加到4000KW熔化炉料，冶炼过程中要用木棒撬或敲打原料，防止原料搭桥产生高温，中频感应炉炉料熔清后，测量温度在1560～1620℃之后再取样，出钢温度具体控制在1580～1620℃后出钢；

步骤3）、将步骤2）出钢后的钢液送入精炼炉中进行还原脱氧、脱硫、调整成分，调整化学成分目标如下：C:0.32～0.40%，Si: 0.90～1.20%，Mn:0.30～0.50%，P≤0.015%，S≤0.008%，Ni≤0.25%，Cr:4.90～5.50%，Mo:1.00～1.70%，V：0.80～1.10%，Al:0.030～0.060%，控制温度在1640～1670℃后吊包转VD工位进行VD脱气； 将步骤2）出钢后的钢液送入精炼炉中进行冶炼时，首先加入400～600kg 的石灰送电烧渣，期间采用电石1-2kg/t、碳粉、硅铁粉1-4kg/t还原脱氧、脱硫，渣白后取样分析成分，其中碳粉、硅铁粉各占一半，根据来样结果调整化学成分，在精炼期间还用碳粉和硅铁粉或碳化硅和硅钙粉1～3kg/t小批量、多批次进行脱氧并保持还原气氛，精炼全程控制好氩气流量，避免裸露钢液面，其中碳粉和硅铁粉各占一半量，或碳化硅和硅钙粉各占一半量；

步骤4）、将经步骤3）处理后的钢液吊至VD罐中进行脱气处理，将钢液吊至VD罐，接通氩气将钢包坐入VD罐内，钢液测温，开动VD罐盖车，将罐盖落到罐上将罐盖住，启动真空泵开始脱气，在真空度≤0.70mbar下保持时间≥20min，破空后在线定氢、定氧，控制[H]≤1.5ppm，[O]≤6ppm，取玻璃管样分析N，[N]≤100ppm，来样合格后按0～0.5m/t向钢包中喂入钙线进行钙处理，弱搅拌时间≥12分钟，温度1540-1555℃，关闭氩气，吊包转连铸平台；

步骤5）、将经步骤4）的钢液钢包吊转至连铸平台测温后坐入大包回转台，测温、上台，接好钢包水口液压装置，旋转至中间包上方，套长水口、打开液压滑动水口开浇，长水口采用吹氩保护，氩气流量为80～120NL/min；中间包塞棒采用吹氩，氩气流量为2～6NL/min；中间包过热度控制15～40℃，拉速控制在0.35～0.45m/min之间，切坯长度按照计划单，出坯后直接热送或进入退火炉退火；将经步骤4）的钢液钢包吊转至连铸平台测温后坐入大包回转台的连铸过程中，向中间包加入碱性中间包覆盖剂及碳化稻壳来减少钢液的热辐射损失及保护钢液不被二次氧化，加入量为覆盖住钢液面，采用整体浸入式水口及向结晶器内加入保护渣的方式对结晶器钢液进行保护，保护渣加入量0.5-1.5kg/t。