CN111101061B

CN111101061B - 一种热作模具钢电渣重熔锭制造方法

Info

Publication number: CN111101061B
Application number: CN201911413551.XA
Authority: CN
Inventors: 朱福生; 汪志刚; 杨清; 廖志金; 杨宇鹏; 李春红
Original assignee: Longyi Rare Earth Material Co ltd; Jiangxi University of Science and Technology
Current assignee: Longyi Rare Earth Material Co ltd; Jiangxi University of Science and Technology
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2021-05-04
Anticipated expiration: 2039-12-31
Also published as: WO2021134949A1; CN111101061A; US20230012944A1

Abstract

本发明涉及一种热作模具钢电渣重熔锭制造方法，其中电渣重熔锭由以下化学组分组成，C:0.36‑0.41％，Si:0.80‑1.10％，Mn:1.00‑3.00％，Cr:4.90‑5.40％，Mo:1.35‑1.55％，V:0.4‑0.7％，Ni≤0.04％，Cu≤0.04％％，S≤0.003％，P≤0.012％，O≤0.0015％，H≤0.0002％，N≤0.006％，0.05％≤RE≤0.20％，其余为Fe，以上百分比为质量百分比。本发明充分结合惰性气体保护电渣重熔的特点，在电渣重熔环节精准喂入稀土合金，发挥在高纯净高均匀条件下RE的夹杂物改性和微合金化等优异作用，实现高品质高性能热作模具钢。

Description

一种热作模具钢电渣重熔锭制造方法

技术领域

本发明涉及特殊钢冶炼及加工领域，尤其涉及一种高品质热作模具钢电渣重熔锭制造方法。

背景技术

热作模具钢在高温下具有很高的强度、耐热性、耐磨性以及良好的热疲劳性能，是目前锤锻模、热挤压模、压铸模等模具中广泛应用的一种特殊钢。我国每年模具钢产量约240万吨，需要进口精品模具钢约10万吨，合60亿人民币，几乎占据了整个模具钢的高端市场，而且进口价格要比国内同类产品高出3-5倍。主要原因在于国外模具钢采用了包括钢质纯净、热处理组织细化和冲击韧性等在内的指标控制。目前，国产的合金模具钢与瑞典、德国、美国、日本、法国等国际先进水平相比，在品种、质量、尺寸规格与性能等方面仍存在一定的差距，都还难以满足市场需求。

钢质纯净是高性能模具钢研发的关键技术之一。随着新一代钢铁材料冶炼技术水平的提升，钢锭中的O、S、H含量在大幅降低，其中O能到≤0.001%，H≤0.0003%，这为高品质模具钢的研发奠定了基础。要想进一步降低钢中的杂质含量，除了配备常规精炼设备外，电渣重熔精炼炉是必不可少的设备。通过在电渣过程中选择合理的渣系，优化调整电渣熔速，并在渣锭缓冷后进行高温均质化处理，能够充分改善碳化物的偏析程度，使共晶碳化物数量减少、颗粒变小、成分更加均匀。

近些年来，以Y、La与Ce为主的稀土（RE）元素在钢中应用较多，尤其是特殊钢与结构钢，主要原因在于该类稀土元素化学性质活泼，极易同钢液中的O、S等作用生成RE₂O₃、RE₂S₃、REOS等稳定的稀土化合物，并且稀土在晶界的偏聚也会起到净化晶界的作用，稀土会降低O，S等杂质元素在晶界的偏聚。同时还可降低其带状偏析而导致开裂的危害。除此之外，稀土原子的痕量固溶也会造成晶格畸变，位错产生增殖，并随之产生附加的应力场，而为了调节应变能，会形成大量孪晶，孪晶与位错的增多也会极大的提升了综合性能。因此，稀土具备深度脱O、脱S、析H以及碳化物择优析出的作用。

然而，稀土元素在钢中的应用仍存在一定的技术难题。目前，工业传统的加入方法，如在精炼炉中加入，结晶器中加入，真空炉中加入等，容易导致钢液中稀土含量不稳定、浇铸水口堵塞不能实现连续浇铸等。

因此，针对现有技术的缺陷，需要设计一种新的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于通过在电渣重熔环节喂入稀土合金线，通过工艺和渣系改善，获得一种高纯净，高均匀性的热作模具钢电渣重熔锭。

为实现前述目的，本发明提供为实现前述目的，本发明提供了一种热作模具钢电渣重熔锭，由以下化学组分组成，C: 0.36-0.41%，Si: 0.80-1.10%，Mn: 1.00-3.00%，Cr:4.90-5.40%，Mo: 1.35-1.55%，V: 0.4-0.7%，Ni≤0.04%，Cu≤0.04%%，S≤0.003%，P≤0.012%，O≤0.0015%，H≤0.0002%，N≤0.006%，0.05%≤RE≤0.20%，其余为Fe，以上百分比为质量百分比。

作为本发明的进一步改进，所述RE为Y、La二元复合，或Y、Ce二元复合，或Y、La、Ce三元复合。

作为本发明的进一步改进，所述Y在热作模具钢电渣重熔锭中的质量百分比为0.02%≤Y≤0.15%。

作为本发明的进一步改进，所述La或Ce在热作模具钢电渣重熔锭中存在时的质量百分比为0.015%≤La≤0.02%，0.015%≤Ce≤0.03%。

本发明还提供了一种热作模具钢电渣重熔锭的制造方法，包括以下步骤，a、熔炼，b、炉外精炼，c、真空脱气，d、模铸，e、气氛保护电渣重熔。

作为本发明的进一步改进，所述熔炼采用转炉熔炼或电炉熔炼，炉外精炼需采用软吹氩处理，软吹时间控制在8-10分钟，真空脱气时间需大于20分钟，模铸采用常规处理，经模铸处理后得到电极锭，所述电极锭中O、H、N的质量百分比满足以下条件：O≤0.001%，H≤0.0002%，N≤0.005%，

作为本发明的进一步改进，所述步骤e需采用气氛保护恒熔速电渣重熔工艺，采用2～10bar的惰性气体进行压力保护电渣重熔，且保护罩内的氧含量要小于50ppm，电极锭熔速设计在500kg/h。

作为本发明的进一步改进，所述步骤e中还通过结晶器喂料口喂入稀土合金，所述稀土合金为颗粒状RE-Fe合金，其中RE占整体质量的60-70%，Fe占30-40%，RE为La、Ce、Y中的一种或几种，所述稀土合金的颗粒粒径为0.5-1.5mm，喂入的速率为7-10克/分钟。

作为本发明的进一步改进，所述步骤e中在电渣重熔的过程中加入预熔渣，所述预熔渣中各成分的质量百分比为，70%CaF₂、15%Al₂O₃、10%RE₂O₃、5%MgO，所述RE为Y、La二元复合，或Y、Ce二元复合，或Y、La、Ce三元复合。

作为本发明的进一步改进，所述预熔渣按照渣系比例配比好之后置于600-750℃环境中连续烘烤8h以上。

作为本发明的进一步改进，经过烘烤之后的预熔渣中结晶水含量0.006～0.05%。

作为本发明的进一步改进，所述热作模具钢电渣重熔锭在经过锻造退火之后，偏析控制在AS4级别以内，带状组织控制在SA1级别以内。

本发明有益效果：

本发明充分结合惰性气体保护电渣重熔的特点，实现在电渣重熔精炼炉环节精准喂入稀土合金线，避免传统喂入的技术问题，发挥在高纯净高均匀条件下RE的夹杂物改性、微合金化等优异作用。

具体的表现为：

1、由于稀土元素可通过空位机制进行扩散，占据铁的点阵结点，或者基体的空位等缺陷位置，从而发挥稀土对固溶碳的钉扎作用，抑制了碳的扩散。并且稀土易偏聚在晶界处，因此可以改善一次碳化物的形态、分布，有利于模具钢的综合性能改善。

2、在气氛保护电渣工艺获得高洁净钢的前提下，进一步发挥稀土元素的的深度脱O、脱S的效果，同时还可形成亚微米稀土复合夹杂物，可以改善基体的冲击韧性和热稳定性。

3、在电渣重熔精炼炉环节喂入稀土合金，可以在高洁净钢液中充分发挥稀土元素的微合金化作用，通过晶界的缺陷占位，以及对合金元素（Cr、V、Mo）的影响，充分减少带状偏析、改善组织均匀性，提高电渣锭的冶金质量。

附图说明

图1为本发明实施例1电渣重熔锭腐蚀后的金相组织照片

图2为本发明实施例1电渣重熔锭抛光后的金相组织照片

图3为本发明对照例1电渣重熔锭腐蚀后的金相组织照片

图4为本发明对照例1电渣重熔锭抛光后的金相组织照片

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施例对本发明进行详细描述。

为了使具体实施方式更加具有说服力，先对本发明中电渣重熔锭中的各化学成分设计原理做一下具体说明。

C: 碳在钢中可部分溶入基体中起到固溶强化的作用；部分与合金元素形成合金碳化物。适量提高碳含量可以提高钢的淬硬性和淬透性；但当碳含量过高时，将导致形成过多的碳化物和组织偏析，影响钢的冲击韧性。而当碳元素含量过低，将会造成和其他合金元素结合形成合金碳化物量较少，影响钢的硬度、耐磨性和高温性能等。在碳钢中，碳的增加降低热导率，但是在合金钢中要考虑其与合金元素共同的作用来保证热导率和耐磨性能。因此，碳含量控制在0.36-0.41%。

Si: 硅是固溶强化元素。降低硅含量，使宏观组织更加均匀化，并且能减少凝固时凝固界面上的成分过冷，使塑性和韧性增加。硅元素可以使得钢在回火的过程中马氏体的分解减缓，可以在回火过程中有效阻碍马氏体的分解。硅量过高时会加重钢的脱碳敏感性，并且使碳化物聚集的过时效速度增大而难以控制。硅在钢中对热导率具有负面的影响，其含量增加会大大降低热导率。因此在本实验材料中硅的含量应控制在0.80-1.10%。

Mn: 锰具有固溶强化作用，从而提高铁素体和奥氏体的强度和硬度，锰元素是弱碳化物形成元素。锰元素可以造成钢中的残余奥氏体的含量增加与稳定，本发明适当增加Mn含量，以促进淬火过程中的残余奥氏体量的增加，从而有利于改善钢的冲击韧性和抗热疲劳性能。但是锰含量过高，促进有害元素偏聚，形成偏析使脆性增加，减弱钢的抗腐蚀能力，降低导热性能、焊接性能等。本发明通过添加混合稀土元素，可以减少较高Mn含量造成的偏析问题，因此在新型模具钢中锰的含量维持在较高水平。Mn含量设计为1.00~3.00%。

Cr：铬元素能在铁素体中固溶，又能形成碳化物。热作模具钢中大多添加铬元素，铬元素使得钢在回火的过程中析出Cr7C3 和Cr23C6 型碳化物，这种碳化物不但能够提高钢的抗回火软化性能，而且能够产生一定的红硬性，提高钢的热强性。但是当回火温度高于600℃时，铬的碳化物就迅速聚集粗化，使得钢的抗回火稳定能较差。因此，Cr的含量设计为4.90-5.40%

Mo：钼提高钢的淬透性和热强性，降低回火脆性，增加回火稳定性，细化晶粒，提高红硬性。钼元素的加入提高了钢奥氏体的稳定性以及钢的淬透性，钼元素是碳化物形成元素，在钢的回火过程中和碳元素结合形成较稳定的M2C合金碳化物的析出，具有较好的二次硬化效果。因为钼在回火的过程中以M2C 的形式在马氏体板条内的亚晶界上以平行的细针状位置析出，与基体保持共格，提高钢的高温硬度。提高钢中钼含量，在提高回火马氏体的回复、再结晶温度的同时，能形成较为细小的碳化物，进一步提高模具钢的热强性及热稳定性。钼含量的增加使得钢在回火的过程中获得更多的M2C 合金碳化物，并产生较大的二次强化的作用，这对钢的硬度和耐磨性的提高起着重要的作用。并且钼是提高钢热导率的元素，因此本实验材料中考虑以钼为主要的合金元素，作为本设计中的重要合金元素之一，其含量为1.35-1.55%。

V：钒是强碳化物形成元素，在钢中能够提高耐磨性，同时还能阻碍晶粒长大，起到细化晶粒的作用。碳化钒在奥氏体中的固溶度积较高，在高温时由于析出而造成的凝固组织开裂的趋势较小。钢中添加适量的钒有利于奥氏体再结晶，容易实施再结晶控制，在很宽的温度范围内，能得到均匀的再结晶晶粒。马氏体钢中添加钒可以增大钢的抗回火软化性能，使钢在回火过程中保持马氏体板条形态，或者在回火过程中析出碳化钒，产生二次硬化效应。本发明因添加了一定量的混合稀土元素，因此，在细化原始奥氏体晶粒上，会发挥一定的作用，因此，本发明降低了V含量。因此，V的含量设计为0.4-0.7%。

剩余的Ni、Cu、S、P为钢中不可避免的杂质成分。

本发明中稀土元素（简称RE）的作用主要体现在以下几个方面：

1）重稀土Y与O、S会形成复合夹杂物，与轻稀土相比，所形成的稀土复合夹杂物密度较轻，更易上浮而进入渣系，所以净化钢液能力大大提升，也易于改善渣系平衡，因此本发明中Y是RE中的主添加元素；轻稀土Ce和La与O、S结合能力较Y强，更易形成细小弥散分布的夹杂物，对于缩小原有非金属夹杂物尺寸，改善夹杂物形态非常有利；

2）在电渣重熔工艺下添加混合稀土，可以充分发挥RE的微合金化作用，例如RE易在晶界占位，从而降低有害元素在晶界位置处的偏聚，尤其Cr相。除此之外，RE还可以改善碳化物严晶界分布的形貌，易打断连续纤维状分布，更易形成球状分布，从而改善强度和韧性；

3）从微观结构上看，Y、La和Ce的复合添加还可以降低层错能，增加孪晶比例，从而能发挥孪晶诱导塑性的作用。还可以细化马氏体块或者板条的尺寸，以优化热作模具钢的综合性能。

下面通过具体的实施例以及对照例来对本发明作进一步的阐述。

实施例1

将采购而来的原材料进行熔炼，熔炼过程采用转炉熔炼或电炉熔炼，然后转炉外精炼，精炼过程采用软吹氩处理，软吹时间8min，然后进行真空脱气，脱气时间22min，完成之后采用常规的手段进行模铸得到电极锭，经检测，所得到的电极锭中的O、H、N的质量百分比满足O≤0.001%，H≤0.0002%，N≤0.005%。

然后将电极锭进行气氛保护电渣重熔，具体采用气氛保护恒熔速电渣重熔工艺，采用2bar的惰性气体进行压力保护电渣重熔，且保护罩内的氧含量小于50ppm，将电极锭熔速设计在500kg/h，经电渣重熔之后，得到所述电渣重熔锭。

在电渣重熔的过程中，还同时通过结晶器喂料口喂入稀土合金，所述稀土合金为颗粒状RE-Fe合金，其中RE占整体质量的60%，Fe占40%，RE为La、Ce、Y的组合，所述稀土合金的颗粒粒径为0.5mm，喂入的速率为7克/分钟。

此外，在电渣重熔的过程中，还需要加入预熔渣，预熔渣中各组分的质量百分比为70%CaF₂、15%Al₂O₃、10%RE₂O₃、5%MgO，RE为La、Ce、Y的组合，所述预熔渣按照渣系比例配比好之后置于600℃环境中连续烘烤9h，经过烘烤之后的预熔渣中结晶水含量为0.05%。

经过上述步骤制造得到电渣重熔锭中的各成分的质量百分比如下：C: 0.36%，Si:1.10%，Mn: 1.00%，Cr: 5.40%，Mo: 1.35%，V: 0.7%，Ni：0.04%，Cu：0.04%%，S：0.003%，P：0.012%，O：0.0015%，H：0.0002%，N：0.006%，Y：0.02%，La：0.015%，Ce：0.015%，其余为Fe。

实施例2

将采购而来的原材料进行熔炼，熔炼过程采用转炉熔炼或电炉熔炼，然后转炉外精炼，精炼过程采用软吹氩处理，软吹时间10min，然后进行真空脱气，脱气时间超过25min，完成之后采用常规的手段进行模铸得到电极锭，经检测，所得到的电极锭中的O、H、N的质量百分比满足O≤0.001%，H≤0.0002%，N≤0.005%。

然后将电极锭进行气氛保护电渣重熔，具体采用气氛保护恒熔速电渣重熔工艺，采用10bar的惰性气体进行压力保护电渣重熔，且保护罩内的氧含量要小于50ppm，将电极锭熔速设计在500kg/h，经电渣重熔之后，得到所述电渣重熔锭。

在电渣重熔的过程中，还同时通过结晶器喂料口喂入稀土合金，所述稀土合金为颗粒状RE-Fe合金，其中RE占整体质量的70%，Fe占30%，RE为Ce、Y的组合，所述稀土合金的颗粒粒径为1.5mm，喂入的速率为10克/分钟。

此外，在电渣重熔的过程中，还需要加入预熔渣，预熔渣中各组分的质量百分比为70%CaF₂、15%Al₂O₃、10%RE₂O₃、5%MgO，RE为Ce、Y的组合，所述预熔渣按照渣系比例配比好之后置于750℃环境中连续烘烤8h以上，经过烘烤之后的预熔渣中结晶水含量0.006%。

经过上述步骤制造得到电渣重熔锭中的各成分的质量百分比如下：C: 0.41%，Si:0.80%，Mn: 3.00%，Cr: 4.90%，Mo: 1.55%，V: 0.4%，Ni：0.03%，Cu：0.01%，S：0.002%，P：0.012%，O：0.001%，H：0.00015%，N：0.0045%，Y：0.15%，Ce：0.03%，其余为Fe。

实施例3

将采购而来的原材料进行熔炼，熔炼过程采用转炉熔炼或电炉熔炼，然后转炉外精炼，精炼过程采用软吹氩处理，软吹时间9min，然后进行真空脱气，脱气时间超过21min，完成之后采用常规的手段进行模铸得到电极锭，经检测，所得到的电极锭中的O、H、N的质量百分比满足O≤0.001%，H≤0.0002%，N≤0.005%。

然后将电极锭进行气氛保护电渣重熔，具体采用气氛保护恒熔速电渣重熔工艺，采用8bar的惰性气体进行压力保护电渣重熔，且保护罩内的氧含量要小于50ppm，将电极锭熔速设计在500kg/h，经电渣重熔之后，得到所述电渣重熔锭。

在电渣重熔的过程中，还同时通过结晶器喂料口喂入稀土合金，所述稀土合金为颗粒状RE-Fe合金，其中RE占整体质量的65%，Fe占35%，RE为La、Y的组合，所述稀土合金的颗粒粒径为1mm，喂入的速率为8克/分钟。

此外，在电渣重熔的过程中，还需要加入预熔渣，预熔渣中各组分的质量百分比为70%CaF₂、15%Al₂O₃、10%RE₂O₃、5%MgO，RE为La、Y的组合，所述预熔渣按照渣系比例配比好之后置于700℃环境中连续烘烤10h，经过烘烤之后的预熔渣中结晶水含量0.02%。

经过上述步骤制造得到电渣重熔锭中的各成分的质量百分比如下：C: 0.39%，Si:0.90%，Mn: 2.00%，Cr: 5.10%，Mo: 1.45%，V: 0.55%，Ni：0.022%，Cu：0.03%，S：0.0015%，P：0.008%，O：0.0009%，H：0.0001%，N：0.004%，Y：0.10%，La：0.02%，其余为Fe。

实施例4

将采购而来的原材料进行熔炼，熔炼过程采用转炉熔炼或电炉熔炼，然后转炉外精炼，精炼过程采用软吹氩处理，软吹时间8min，然后进行真空脱气，脱气时间超过24min，完成之后采用常规的手段进行模铸得到电极锭，经检测，所得到的电极锭中的O、H、N的质量百分比满足O≤0.001%，H≤0.0002%，N≤0.005%。

然后将电极锭进行气氛保护电渣重熔，具体采用气氛保护恒熔速电渣重熔工艺，采用3bar的惰性气体进行压力保护电渣重熔，且保护罩内的氧含量要小于50ppm，将电极锭熔速设计在500kg/h，经电渣重熔之后，得到所述电渣重熔锭。

在电渣重熔的过程中，还同时通过结晶器喂料口喂入稀土合金，所述稀土合金为颗粒状RE-Fe合金，其中RE占整体质量的68%，Fe占32%，RE为La、Ce、Y的组合，所述稀土合金的颗粒粒径为1.2mm，喂入的速率为9克/分钟。

此外，在电渣重熔的过程中，还需要加入预熔渣，预熔渣中各组分的质量百分比为70%CaF₂、15%Al₂O₃、10%RE₂O₃、5%MgO，RE为La、Ce、Y的组合，所述预熔渣按照渣系比例配比好之后置于680℃环境中连续烘烤11h，经过烘烤之后的预熔渣中结晶水含量0.03%。

经过上述步骤制造得到电渣重熔锭中的各成分的质量百分比如下：C: 0.36%，Si:1.0%，Mn: 1.80%，Cr: 4.95%，Mo: 1.38%，V: 0.49%，Ni:0.02%，Cu:0.03%，S:0.003%，P:0.012%，O:0.0015%，H:0.0002%，N:0.006%，Y：0.15%，La：0.02%，Ce：0.03%，其余为Fe。

实施例5

将采购而来的原材料进行熔炼，熔炼过程采用转炉熔炼或电炉熔炼，然后转炉外精炼，精炼过程采用软吹氩处理，软吹时间9min，然后进行真空脱气，脱气时间超过24min，完成之后采用常规的手段进行模铸得到电极锭，经检测，所得到的电极锭中的O、H、N的质量百分比满足O≤0.001%，H≤0.0002%，N≤0.005%。

然后将电极锭进行气氛保护电渣重熔，具体采用气氛保护恒熔速电渣重熔工艺，采用6bar的惰性气体进行压力保护电渣重熔，且保护罩内的氧含量要小于50ppm，将电极锭熔速设计在500kg/h，经电渣重熔之后，得到所述电渣重熔锭。

在电渣重熔的过程中，还同时通过结晶器喂料口喂入稀土合金，所述稀土合金为颗粒状RE-Fe合金，其中RE占整体质量的70%，Fe占30%，RE为Ce、Y的组合，所述稀土合金的颗粒粒径为1.2mm，喂入的速率为9克/分钟。

此外，在电渣重熔的过程中，还需要加入预熔渣，预熔渣中各组分的质量百分比为70%CaF₂、15%Al₂O₃、10%RE₂O₃、5%MgO，RE为Ce、Y的组合，所述预熔渣按照渣系比例配比好之后置于750℃环境中连续烘烤9h以上，经过烘烤之后的预熔渣中结晶水含量0.009%。

经过上述步骤制造得到电渣重熔锭中的各成分的质量百分比如下：C: 0.40%，Si:0.85%，Mn: 2.00%，Cr: 5.10%，Mo: 1.50%，V: 0.5%，Ni：0.022%，Cu：0.031%，S：0.002%，P：0.010%，O：0.001%，H：0.00018%，N：0.003%，Y：0.12%，Ce：0.02%，其余为Fe。

实施例6

将采购而来的原材料进行熔炼，熔炼过程采用转炉熔炼或电炉熔炼，然后转炉外精炼，精炼过程采用软吹氩处理，软吹时间10min，然后进行真空脱气，脱气时间超过23min，完成之后采用常规的手段进行模铸得到电极锭，经检测，所得到的电极锭中的O、H、N的质量百分比满足O≤0.001%，H≤0.0002%，N≤0.005%。

然后将电极锭进行气氛保护电渣重熔，具体采用气氛保护恒熔速电渣重熔工艺，采用5bar的惰性气体进行压力保护电渣重熔，且保护罩内的氧含量要小于50ppm，将电极锭熔速设计在500kg/h，经电渣重熔之后，得到所述电渣重熔锭。

在电渣重熔的过程中，还同时通过结晶器喂料口喂入稀土合金，所述稀土合金为颗粒状RE-Fe合金，其中RE占整体质量的62%，Fe占38%，RE为La、Y的组合，所述稀土合金的颗粒粒径为0.8mm，喂入的速率为9克/分钟。

此外，在电渣重熔的过程中，还需要加入预熔渣，预熔渣中各组分的质量百分比为70%CaF₂、15%Al₂O₃、10%RE₂O₃、5%MgO，RE为La、Y的组合，所述预熔渣按照渣系比例配比好之后置于720℃环境中连续烘烤9h，经过烘烤之后的预熔渣中结晶水含量0.01%。

经过上述步骤制造得到电渣重熔锭中的各成分的质量百分比如下：C: 0.39%，Si:0.98%，Mn: 2.20%，Cr: 5.20%，Mo: 1.42%，V: 0.65%，Ni：0.020%，Cu：0.02%，S：0.0010%，P：0.009%，O：0.0008%，H：0.0001%，N：0.005%，Y：0.08%，La：0.02%，其余为Fe。

实施例7

将采购而来的原材料进行熔炼，熔炼过程采用转炉熔炼或电炉熔炼，然后转炉外精炼，精炼过程采用软吹氩处理，软吹时间8min，然后进行真空脱气，脱气时间超过22min，完成之后采用常规的手段进行模铸得到电极锭，经检测，所得到的电极锭中的O、H、N的质量百分比满足O≤0.001%，H≤0.0002%，N≤0.005%。

在电渣重熔的过程中，还同时通过结晶器喂料口喂入稀土合金，所述稀土合金为颗粒状RE-Fe合金，其中RE占整体质量的70%，Fe占30%，RE为La、Ce、Y的组合，所述稀土合金的颗粒粒径为1.0mm，喂入的速率为7克/分钟。

此外，在电渣重熔的过程中，还需要加入预熔渣，预熔渣中各组分的质量百分比为70%CaF₂、15%Al₂O₃、10%RE₂O₃、5%MgO，RE为La、Ce、Y的组合，所述预熔渣按照渣系比例配比好之后置于690℃环境中连续烘烤10h，经过烘烤之后的预熔渣中结晶水含量0.03%。

经过上述步骤制造得到电渣重熔锭中的各成分的质量百分比如下：C: 0.39%，Si:0.99%，Mn: 1.20%，Cr: 5.12%，Mo: 1.40%，V: 0.56%，Ni:0.02%，Cu:0.03%，S:0.0017%，P:0.0092%，O:0.0007%，H:0.00011%，N:0.003%，Y：0.087%，La：0.018%，Ce：0.02%，其余为Fe。

实施例8

在电渣重熔的过程中，还同时通过结晶器喂料口喂入稀土合金，所述稀土合金为颗粒状RE-Fe合金，其中RE占整体质量的70%，Fe占30%，RE为Ce、Y的组合，所述稀土合金的颗粒粒径为1.2mm，喂入的速率为7克/分钟。

此外，在电渣重熔的过程中，还需要加入预熔渣，预熔渣中各组分的质量百分比为70%CaF₂、15%Al₂O₃、10%RE₂O₃、5%MgO，RE为Ce、Y的组合，所述预熔渣按照渣系比例配比好之后置于720℃环境中连续烘烤9h，经过烘烤之后的预熔渣中结晶水含量0.03%。

经过上述步骤制造得到电渣重熔锭中的各成分的质量百分比如下：C: 0.40%，Si:0.89%，Mn: 2.20%，Cr: 5.00%，Mo: 1.52%，V: 0.52%，Ni：0.024%，Cu：0.024%，S：0.002%，P：0.009%，O：0.001%，H：0.00018%，N：0.003%，Y：0.065%，Ce：0.02%，其余为Fe。

对照例1

本对照例中跟实施例1不同之处为未添加任何稀土元素，其他元素及制造工艺与实施例1相同，其余组份也为Fe以及不可避免的杂质元素。

对该对照例制备得到的电渣重熔锭进行高温扩散退火的带状组织特征以及夹杂物特征形貌金相观察结果如图3和图4所示。

对照例2

本对照例中跟实施例1不同之处在于稀土元素的添加含量为Y：0.01%，La：0.009%，Ce：0.012%，RE总量为：0.031%，其它添加元素与制造工艺与实施例1相近，其余为Fe和其它不可避免杂质。

对照例3

本对照例中跟实施例1不同之处在于稀土元素的添加含量为Y：0.35%，La：0.09%，Ce：0.08%，RE总量：0.52%，其它添加元素与制造工艺与实施例1相近，其余为Fe和其它不可避免杂质。

对照例4

本对照例中跟实施例1不同之处在于稀土元素的添加含量为Y：0.08%，La：0.019%，Ce：0.025%，RE总量：0.124%，其它添加元素与制实施例1相近，其余为Fe和其它不可避免杂质。

制备方法跟实施例1中不同之处在于在结晶器喂料口喂入稀土合金颗粒，颗粒粒径为5mm，喂入速率为15克/分钟。

下面通过对上述实施例以及对照例制备得到的电渣重熔锭进行实验测试，所得测试实验结果如下：

1、将实施例1制备得到的电渣重熔锭经过热处理后，带状组织和夹杂物特征形貌金相观察结果如图1和图2所示，同时将实施例2-8制备得到的电渣重熔锭经过热处理后，带状组织和夹杂物特征形貌金相观察结果和图1-2的结果几乎一致，将对照例1制备得到的电渣重熔锭进行高温扩散退火的带状组织特征以及夹杂物特征形貌金相观察结果如图3和图4所示，其中图1和图3是腐蚀后的照片画面，图2和图4是抛光后的照片画面。

从图1和图2可以发现，稀土元素的添加可以明显消除带状组织特征，同时对比图3和图4发现，稀土明显对夹杂物存在改性，细化了夹杂物的尺寸，减少了大尺寸夹杂数量。

2、将通过上述实施例以及对照例制备得到的电渣重熔锭进行高温扩散退火、超细化处理、锻造、等温球化退火、淬火、回火一系列工艺步骤之后，获得的热作模具钢成品的洛氏硬度、纵向冲击功及等向性进行测试，所得的结果如表1所示。

表1

如表1所示，从各个实施例和对照例制备的电渣重熔锭经锻造和热处理后的性能发现，添加RE后的实施例1-8的冲击韧性、等向性明显好于各个对照例，说明添加RE可以优化热作模具钢的性能，同时当RE含量过量时（对照例3），冲击韧性和等向性明显恶化。除此之外，对照例4中，尽管RE总量有所控制，但是稀土合金颗粒尺寸和喂线速率远超过要求，使得喂线速率和电极锭熔速不匹配，导致冲击功和硬度均下降，由此说明对于稀土合金的颗粒尺寸和稀土喂入速率需要严格精确把控才能实现产品性能的最优化。

此外，需要指出的是，在本发明电渣重熔的过程中加入的预熔渣的选择也是有选择性的，预熔渣中的RE元素选择需要根据加入的稀土颗粒中的稀土元素进行匹配，即稀土颗粒中采用哪几种RE元素进行喂入，那在配比预熔渣的时候，需要匹配相同RE元素的氧化物。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围。

Claims

1.一种热作模具钢电渣重熔锭的制造方法，其特征在于：包括以下步骤，a、熔炼，b、炉外精炼，c、真空脱气，d、模铸，e、气氛保护电渣重熔, 制造得到的热作模具钢电渣重熔锭由以下化学组分组成，C: 0.36-0.41%，Si: 0.80-1.10%，Mn: 1.00-3.00%，Cr: 4.90-5.40%，Mo: 1.35-1.55%，V: 0.4-0.7%，Ni≤0.04%，Cu≤0.04%%，S≤0.003%，P≤0.012%，O≤0.0015%，H≤0.0002%，N≤0.006%，0.05%≤RE≤0.20%，其余为Fe，以上百分比为质量百分比，所述步骤e中还通过结晶器喂料口喂入稀土合金，所述稀土合金为颗粒状RE-Fe合金，其中RE占整体质量的60-70%，Fe占30-40%，所述RE为Y、La二元复合，或Y、Ce二元复合，或Y、La、Ce三元复合，所述稀土合金的颗粒粒径为0.5-1.5mm，喂入的速率为7-10克/分钟。

2.根据权利要求1所述的热作模具钢电渣重熔锭的制造方法，其特征在于，所述熔炼采用转炉熔炼或电炉熔炼，炉外精炼需采用软吹氩处理，软吹时间控制在8-10分钟，真空脱气时间需大于20分钟，模铸采用常规处理，经模铸处理后得到电极锭，所述电极锭中O、H、N的质量百分比满足以下条件：O≤0.001%，H≤0.0002%，N≤0.005%。

3.根据权利要求2所述的热作模具钢电渣重熔锭的制造方法，其特征在于，所述步骤e需采用气氛保护恒熔速电渣重熔工艺，采用2～10bar的惰性气体进行压力保护电渣重熔，且保护罩内的氧含量要小于50ppm，电极锭熔速设计在500kg/h。

4.根据权利要求3所述的热作模具钢电渣重熔锭的制造方法，其特征在于：所述步骤e中在电渣重熔的过程中加入预熔渣，所述预熔渣中各成分的质量百分比为，70%CaF₂、15%Al₂O₃、10%RE₂O₃、5%MgO，所述RE为Y、La二元复合，或Y、Ce二元复合，或Y、La、Ce三元复合。

5.根据权利要求4所述的热作模具钢电渣重熔锭的制造方法，其特征在于：所述预熔渣按照渣系比例配比好之后置于600-750℃环境中连续烘烤8h以上。

6.根据权利要求5所述的热作模具钢电渣重熔锭的制造方法，其特征在于：经过烘烤之后的预熔渣中结晶水含量0.006～0.05%。

7.根据权利要求6所述的热作模具钢电渣重熔锭的制造方法，其特征在于：所述Y在热作模具钢电渣重熔锭中的质量百分比为0.02%≤Y≤0.15%。

8.根据权利要求7所述的热作模具钢电渣重熔锭的制造方法，其特征在于：所述La或Ce在热作模具钢电渣重熔锭中存在时的质量百分比为0.015%≤La≤0.02%，0.015%≤Ce≤0.03%。