CN112481550B - 一种镧铈稀土合金模具钢冶炼工艺 - Google Patents

一种镧铈稀土合金模具钢冶炼工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种镧铈稀土合金模具钢冶炼工艺,采用复合稀土的重量比为镧：铈=35：65；复合稀土加入量为每吨模具钢加入0.12‑0.15kg的复合稀土；复合稀土加入方式为在VD真空度小于等于0.67mbr保持到第18分钟时通过中间真空密封料仓加入到钢液中；加入复合稀土的条件是初炼出钢的碳重量百分比含量不低于0.05%；按照重量百分比精炼渣组成为CaO：0.47‑58%，Al2O3=25‑32%，SiO2=8‑10%；VD前溶解氧不大于5ppm，最优控制在3.5ppm以下；VD前喂铝，VD后不喂铝，按照重量百分比控制铝含量为0.015‑0.025%,能够得到低氧含量、更加细化且均匀分布的夹杂物控制水平，细化的组织控制水平，并可提高材料性能，使普通模具钢冲击韧性提高30%，达到高品质模具钢的要求。

Description

一种镧铈稀土合金模具钢冶炼工艺
技术领域
本发明属于钢铁冶炼中模具钢的复合稀土合金化冶炼工艺设计技术领域，具体涉及一种能够得到低氧含量、更加细化且均匀分布的夹杂物控制水平，细化的组织控制水平，并可以提高材料的性能，尤其是冲击韧性提高30%以上的镧铈稀土合金模具钢冶炼工艺。
背景技术
依托国内丰富的稀土资源，许多冶金研究院所和钢铁厂都在持续研究稀土在钢铁冶金中的应用。根据目前研究结果显示，稀土在钢中的主要作用是降低氧化物含量、纯净钢液、细化夹杂物和组织，并促使其均匀分布，从而最终提高钢的性能。目前已研究出多种稀土合金在不同的钢种上得到开发和应用，但要继续提高材料的品质和性能，原有的工艺技术已难以继续取得突破，因此，进一步研究稀土改善钢的性能十分有益，其中H13模具钢在原来的工艺技术基础上，研究适合应用的稀土种类、加入使用条件和后制造工艺技术，可以取得明显效果，因此急需设计一套提高冲击功的稀土应用到H13模具钢中的技术方案。
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与常规的模具钢冶炼工艺要求不同，除使用专用比例的镧-铈复合稀土外，为完成稀土合金化，要求对初炼出钢、精炼渣组分、钢中溶解氧、铝含量进行特殊控制的镧铈稀土合金模具钢冶炼工艺。
本发明的目的是这样实现的：
一种镧铈稀土合金模具钢冶炼工艺，具体工艺过程如下：
采用的复合稀土的重量比为镧：铈=35：65；复合稀土的加入量为每吨模具钢加入0.12-0.15kg的复合稀土；复合稀土加入方式为在VD真空度小于等于0.67mbr保持到第18分钟时通过中间真空密封料仓加入到钢液中；加入复合稀土的条件是初炼出钢的碳重量百分比含量不低于0.05%；按照重量百分比精炼渣组成为CaO：0.47-58%，Al2O3=25-32%，SiO2=8-10%；VD前溶解氧不大于5ppm，最优控制在3.5ppm以下；VD前喂铝，VD后不喂铝，按照重量百分比控制铝含量为0.015-0.025%。
所述工艺适用于H11、H13、1.2343、1.2344、1.2083、1.2316、718、136、P15、P20之一的合金模具钢，不适用于铝含量大于等于0.5%的高铝或需要钙处理的钢种。
所述模具钢钢种通过电弧炉、转炉、LF精炼、VD真空脱气、模铸或连铸浇注方式生产。
所述模具钢钢种在冶炼时所使用的原材料是钢铁水或废钢，同时使用成分元素中对应的合金。
本发明具有如下积极效果：
本发明确定了稀土的使用种类，即镧：铈=35：65的复合稀土；为获得最优的收复率和使用效果，发明了稀土的加入时机和加入量，即VD真空度在小于等于0.67mbr下保持到18分钟时通过中间真空密封料仓加入；稀土加入量为：加入量每吨钢0.12-0.15kg；
为获得理想的收得率，确定了加入稀土前的基础冶炼条件，即电炉出钢碳含量不低于0.05%；精炼渣组成为CaO：0.47-58%，Al2O3=25-32%，SiO2=8-10%；VD前溶解氧不大于5ppm，最优控制在3.5ppm以下；VD前喂铝，VD后不喂铝，控制铝含量为0.015-0.025%。
本发明在模具钢冶炼工艺中使用稀土处理技术后，钢中的氧含量、夹杂物总量、颗粒度均明显下降，钢坯加热锻造后检测其组织更加细化、均匀，检测冲击功比原工艺提高30%以上。通过研究加入稀土的种类和组成、加入条件和加入量，稀土合金化有效控制了钢中的氧含量和夹杂物的等级，其中氧含量可以控制在13ppm以下，各类夹杂物均不大于0.5级，消除了Ds类大颗粒夹杂物,经后期的专用热处理工艺处理，使普通模具钢的冲击韧性提高了30%，达到了高品质模具钢的要求。
具体实施方式
实施例1：以60吨电弧炉、60吨LF精炼炉、60吨VD真空处理站冶炼H13钢为例，具体操作工艺如下：
步骤1）、首先是复合稀土的选择，选择在工艺中加入的复合稀土量为吨钢0.12-0.15kg，其中复合稀土的重量比为镧：铈=35：65。
步骤2）、电弧炉初炼时配料为废钢、返回料头、生铁、增碳剂，配料碳含量大于等于1.5%，炉料全部熔化后吹氧氧化，去磷、脱碳，前期以去磷为主，在最短时间内将钢中的磷含量降低到0.004%以下，然后脱碳升温，出钢前取样保证钢中碳含量0.05%以上，温度达到1640℃即可出钢，不得下渣，出钢过程中加入硅铁、锰铁、铝块预脱氧，并加入铬铁、钼铁进行部分合金化，加入渣料造渣。
步骤3）、电炉出钢后钢液转到LF精炼炉，喂入铝线2m/吨，然后送电化渣，炉渣熔化后加入电石、碳粉、硅铁粉进行脱氧还原，炉渣变白后取样分析钢中合金和硫含量，并根据分析结果调整元素含量到标准要求，渣白20分钟后，测定钢中的氧含量，氧含量为3.0ppm，温度达到1630℃即转入VD真空处理站进行脱气。
步骤4）转入VD后盖上炉盖，检查密封，符合要求后开启抽气泵，将真空度降至0.67mbr,工艺中小于等于0.67mbr真空度保持时间是20分钟，在真空度小于等于0.67mbr保持到12分钟时将步骤1）选择的密封包装的镧铈复合稀土开封，按60吨钢液计算加入总量，打开VD脱气站的中间料仓，将称量好的复合稀土加入料仓并加盖密封，在小于等于0.67mbr真空度保持到18分钟时启动料仓控制按钮，加入复合稀土，并保持脱气状态至20分钟后解除真空。
步骤5）、解除真空后测温、取样，使用氩气弱搅拌15分钟后出钢，出钢后浇注工艺与原工艺技术相同。
实施效果对比
以H13钢为例，与原工艺技术效果相比，主要是在钢中氧含量控制、夹杂物尺寸及分布、后加工处理后的组织和性能方面有良好效果，具体效果如下：
1、钢中的氧含量由原来的平均15ppm降低到13ppm以下。
2、钢坯锻造后，按GB/T10561标准取样检测，钢中的A、B、C、D类夹杂物级别由原来的平均1.0级降低为0.5级，大颗粒Ds类由原来的1.5级降低为0级。
3、经过后期的专用热处理工艺处理后，材料的晶粒度由原来的平均8.5级提高到10级，且无偏析组织显示;按GB/T229标准检测，材料的V型平均冲击功由原来的15J提高到20J。

Claims (3)

1.一种镧铈稀土合金模具钢冶炼工艺，其特征在于：所述工艺适用于H11、H13、1.2343、1.2344、1.2083、1.2316、718、136、P15、P20之一的合金模具钢，不适用于铝含量大于等于0.5%的高铝或需要钙处理的钢种；具体工艺过程如下：
步骤1）、准备密封包装的镧-铈复合稀土，其重量比为镧：铈=35：65；
步骤2）、按每吨模具钢加入0.12-0.15kg的复合稀土计算总的加入量；
步骤3） VD真空度在小于等于0.67mbr状态下保持12分钟时拆开稀土包装，按计算加入量称量后加入真空密封中间料仓；
步骤4） VD真空度在小于等于0.67mbr状态下保持18分钟时启动真空密封中间料仓将稀土加入到钢液中；
加入复合稀土的条件是初炼出钢的碳重量百分比含量不低于0.05%；按照重量百分比精炼渣组成为CaO：0.47-58%，Al2O3=25-32%，SiO2=8-10%；VD前溶解氧不大于5ppm；VD前喂铝，VD后不喂铝，按照重量百分比控制铝含量为0.015-0.025%。
2.根据权利要求1所述的一种镧铈稀土合金模具钢冶炼工艺，其特征在于：
所述模具钢钢种通过电弧炉、转炉、LF精炼、VD真空脱气、模铸或连铸浇注方式生产。
3.根据权利要求1所述的一种镧铈稀土合金模具钢冶炼工艺，其特征在于：
所述模具钢钢种在冶炼时所使用的原材料是铁水或废钢，同时使用成分元素中对应的合金。
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