CN117802287A - 高速钢的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高速钢的制备方法，该方法包括以下步骤：按照高速钢的元素配比将原料混合放入中频炉中进行冶炼，得到钢水；将所述钢水依次进行LF炉外精炼和VD炉脱气处理；将所述钢水进行立式连铸，得到连铸坯。本发明的高速钢制备方法，通过采用LF炉外精炼和VD炉脱气处理，以及立式连铸工艺，利于改善高速钢的铸态组织，提高高速钢钢材的质量，使高速钢连铸坯断面成分均匀、铸态碳化物组织细化尤其近表面铸态组织细化较好，提高劳效和成材率、降低能耗和成本，减少环境污染，有良好的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种高速钢的制备方法。
背景技术
高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢，其有良好的机加工性能和综合性能，它在工具材料领域中具有广泛的应用，近年来随着技术的不断发展及国际需求的不断增多，促使高速钢进入全面综合的发展。
目前，国内高速钢的制备方法为：将合金原料经冶炼，所得钢液采用模铸工艺生产得到高速钢，然而上述制备方法制备得到的高速钢，依旧存在钢材质量较差的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种高速钢的制备方法，利于改善高速钢的铸态组织，以提高高速钢钢材的质量。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种高速钢的制备方法，该方法包括以下步骤：按照高速钢的元素配比将原料混合放入中频炉中进行冶炼，得到钢水；将所述钢水依次进行LF炉外精炼和VD炉脱气处理；将所述钢水进行立式连铸，得到连铸坯。
进一步的，所述高速钢包括M35、M42、M2等高速钢；所述连铸过程中，所述M35钢的所述钢水浇注温度为1430-1480℃，所述M42钢的所述钢水浇注温度为1400-1450℃，所述M2钢的所述钢水浇注温度为1445-1500℃
进一步的，所述钢水经过中间包保温控温再进行浇注，并由立式连铸机拉出。
进一步的，所述连铸的过程中，二次冷却采用气—水冷却方式，且所述二次冷却分为两段，第一段冷却水流量为每小时0.2-0.8吨，第二段冷却水流量为每小时0.1-0.8吨，且所述第二段为间歇性供水。
进一步的，所述结晶器使用的保护渣包括以下质量百分比的组分：C：7.5-18％、SiO2：26-36％、CaO：26-36％、Al2O3：1.0-6.0％、MgO：3-9％、R2O：8.0-16.0％、F：3-12％、Fe2O3≤3.5％；所述CaO与所述SiO2的质量比值为0.55-0.75。
进一步的，所述保护渣还包括硅酸锂：1-5％或萤石粉：0-5％，膨胀石墨：1-3％。
进一步的，所述连铸坯为(120-170)mm*(120-170)mm的第一方坯或(200-390)mm*(200-390)mm的第二方坯。
进一步的，制备所述第一方坯的所述结晶器的圆角为R15-25mm，制备所述第二方坯的所述结晶器的圆角为R25-80mm；所述结晶器的锥度为0.2-1.0％。
进一步的，所述第一方坯经高温加热和精整处理，并由轧机轧制成材；所述第二方坯经锻制、轧制成材。
本发明的高速钢制备方法，通过采用LF炉外精炼和VD炉脱气处理，以及立式连铸工艺，利于改善高速钢的铸态组织，提高高速钢钢材的质量。使高速钢连铸坯断面成分均匀、铸态碳化物组织细化尤其近表面铸态组织细化较好，提高劳效和成材率、降低能耗和成本，减少环境污染，有良好的经济效益。
另外，本发明还优选的钢种包括M35钢、M42钢、M2钢。本发明的高速钢制备方法将立式连铸首次扩展用于M35钢和M42钢，可以有效改善M35钢和M42钢的径向断面合金元素和碳化物分布均匀情况，有利于制备较大断面的连铸坯。
本发明还配比了特制的保护渣，保护渣能够防止钢水再氧化，减少钢液面的热损失，防止钢液面过早凝固结壳，溶解吸收钢水表面的夹杂，控制钢坯的传热速度，减少钢坯凝固层厚度方向上的温度梯度产生的热应力。
保护渣中CaO属于破网氧化物，因此增加保护渣中CaO的含量可以增加保护渣的碱度，明显降低保护渣的黏度，提高保护渣吸收钢中氧化物夹杂的能力。
SiO2作为网络形成体，在保护渣中起着关键性作用，较高的SiO2增加保护渣的玻璃性，确保了连铸工艺顺行及铸坯表面质量。
CaO与SiO2的质量比值为0.55-0.75，此比例有利于保持保护渣的粘度和覆盖作用。
R2O为碱金属氧化物，能破坏硅酸盐结构，主要起降低熔化温度、改善保护渣流动性的作用。
MgO取代部分CaO，不仅能抑制晶体的析出，而且具有明显的助熔作用，作为本发明保护渣中的助熔剂，在渣系中主要起降低熔化温度、改善保护渣流动性的作用，MgO还增大保护渣表面张力，降低熔渣与夹杂物界面张力，有利于熔渣对夹杂物的润湿。
氟化物能够降低保护渣的熔点和粘度，以提高保护渣的流动性和渗透性。
硅酸锂熔化温度低，可进一步降低保护渣的熔点和粘度，以提高保护渣的流动性和渗透性。萤石粉可以调节保护渣的熔点和粘度。
此外，本发明还适用于不同尺寸的连铸坯，且对于不同连铸坯适配于不同的结晶器。结晶器圆角过小铸坯表面易产生裂纹，过大会导致铸坯二次冷却不均匀，而且设备制作难度增加。结晶器锥度过大导致拉坯时阻力过大，容易产生铸坯表面裂纹缺陷。锥度过小易导致拉坯漏钢。
上述方坯经过高温加热和精整处理，能有效改善上述方坯内的组织结构和加工性能，消除应力并提高钢材的稳定性。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规购买得到的。另外，除本实施例特别说明之外，本实施例中所涉及的各术语及工艺依照现有技术中的一般认知及常规方法进行理解即可。
一种高速钢的制备方法，该方法包括以下步骤：按照高速钢的元素配比将原料混合放入中频炉中进行冶炼，得到钢水；将钢水依次进行LF炉外精炼和VD炉脱气处理；进行立式连铸，将钢水经过中间包保温运输至结晶器，并由立式连铸机拉出，得到连铸坯。连铸的过程中，二次冷却采用气—水冷却方式，且所述二次冷却分为两段，第一段冷却水流量为每小时0.2-0.8吨，第二段冷却水流量为每小时0.1-0.8吨，且所述第二段为间歇性供水。
上述高速钢优选包括M35钢、M42钢、M2钢。适配于不同的钢种，连铸过程中，M35钢的浇注温度为1430-1480℃，M42钢的浇注温度为1400-1450℃，M2钢的浇注温度为1445-1500℃。
优选的，上述结晶器使用的保护渣包括以下质量百分比的组分：C：7.5-18％、SiO2：26-36％、CaO：26-36％、Al2O3：1.0-6.0％、MgO：3-9％、R2O：8.0-16.0％、F：3-12％、Fe2O3≤3.5％；所述CaO与所述SiO2的质量比值为0.55-0.75。上述保护渣还包括硅酸锂：1-5％或萤石粉：0-5％，膨胀石墨：1-3％。
对于连铸坯的尺寸本发明可选为(120-170)mm*(120-170)mm的第一方坯或(200-390)mm*(200-390)mm的第二方坯。制备所述第一方坯时，结晶器的圆角为R15-25mm；制备第二方坯时，结晶器的圆角为R25-80mm。结晶器的锥度为0.2-1.0％。第一方坯经高温均质化和精整处理，并由轧机轧制成材；所述第二方坯经锻制、轧制成材。
实施例一
本实施例涉及一种M35高速钢的制备方法，该方法包括以下步骤：
按照M35高速钢的元素配比将原料混合放入中频炉中进行冶炼，得到钢水；将钢水依次进行LF炉外精炼和VD炉脱气处理；VD出站钢水温度控制1479℃时转运至连铸平台，钢水经过中间包保温控温至1446℃时再进行浇注，并由立式连铸机拉出，得到连铸坯。连铸的过程中，二次冷却采用气—水冷却方式，且所述二次冷却分为两段，第一段冷却水流量为每小时0.32吨，第二段冷却水流量为每小时0.25吨，且所述第二段为间歇性供水。本发明的连铸坯的尺寸为150mm*150mm，经高温加热和精整处理，并由轧机轧制成材。
本实施例的结晶器的圆角为R23mm，结晶器的锥度为0.42％，结晶器的保护渣包括以下质量百分比的组分：C：12.5％、SiO2：36％、CaO：26％、Al2O3：2.0％、MgO：3％、R2O：8.0％、F：3％、Fe2O3：3.5％，配加膨胀石墨：2％、硅酸锂：3％。
实施例二
本实施例涉及一种M35高速钢的制备方法，该方法包括以下步骤：
按照M35高速钢的元素配比将原料混合放入中频炉中进行冶炼，得到钢水；将钢水依次进行LF炉外精炼和VD炉脱气处理；VD出站钢水温度控制1468℃时转运至连铸平台，钢水经过中间包保温控温至1439℃时再进行浇注，并由立式连铸机拉出，得到连铸坯。连铸的过程中，二次冷却采用气—水冷却方式，且所述二次冷却分为两段，第一段冷却水流量为每小时0.70吨，第二段冷却水流量为每小时0.60吨，且所述第二段为间歇性供水。本发明的连铸坯的尺寸为306mm*306mm，经锻轧制成材。
本实施例的结晶器的圆角为R50mm，结晶器的锥度为0.75％，结晶器的保护渣包括以下质量百分比的组分：C：12.5％、SiO2：36％、CaO：26％、Al2O3：2.0％、MgO：3％、R2O：8.0％、F：3％、Fe2O3：3.5％，配加膨胀石墨：2％、硅酸锂：3％。
实施例三
本实施例涉及一种M42高速钢的制备方法，该方法包括以下步骤：
按照M42高速钢的元素配比将原料混合放入中频炉中进行冶炼，得到钢水；将钢水依次进行LF炉外精炼和VD炉脱气处理；VD出站钢水温度控制1456℃时转运至连铸平台，钢水经过中间包保温控温至1422℃时再进行立式连铸，将钢水经过中间包保温运输至结晶器，并由立式连铸机拉出，得到连铸坯。连铸的过程中，二次冷却采用气—水冷却方式，且所述二次冷却分为两段，第一段冷却水流量为每小时0.32吨，第二段冷却水流量为每小时0.23吨，且所述第二段为间歇性供水。本发明的连铸坯的尺寸为150mm*150mm，经高温加热和精整处理，并由轧机轧制成材。
本实施例的结晶器的圆角为R23mm，结晶器的锥度为0.42％，结晶器的保护渣包括以下质量百分比的组分：C：12.5％、SiO2：36％、CaO：26％、Al2O3：2.0％、MgO：3％、R2O：8.0％、F：3％、Fe2O3：3.5％，配加膨胀石墨：3％、硅酸锂：5％。
实施例四
本实施例涉及一种M42高速钢的制备方法，该方法包括以下步骤：
按照M35高速钢的元素配比将原料混合放入中频炉中进行冶炼，得到钢水；将钢水依次进行LF炉外精炼和VD炉脱气处理；VD出站钢水温度控制1449℃时转运至连铸平台，钢水经过中间包保温控温至1418℃时再进行浇注，并由立式连铸机拉出，得到连铸坯。连铸的过程中，二次冷却采用气—水冷却方式，且所述二次冷却分为两段，第一段冷却水流量为每小时0.40吨，第二段冷却水流量为每小时0.32吨，且所述第二段为间歇性供水。本发明的连铸坯的尺寸为210mm*210mm，经轧机轧制成材。
本实施例的结晶器的圆角为R32mm，结晶器的锥度为0.55％，结晶器的保护渣包括以下质量百分比的组分：C：10.5％、SiO2：36％、CaO：26％、Al2O3：2.0％、MgO：3％、R2O：8.0％、F：3％、Fe2O3：3.5％，配加膨胀石墨：3％、硅酸锂：5％。
实施例五
本实施例涉及一种M2高速钢的制备方法，该方法包括以下步骤：
按照M2高速钢的元素配比将原料混合放入中频炉中进行冶炼，得到钢水；将钢水依次进行LF炉外精炼和VD炉脱气处理；VD出站钢水温度控制1499℃时转运至连铸平台，钢水经过中间包保温控温至1466℃时再进行浇注，并由立式连铸机拉出，得到连铸坯。连铸的过程中，二次冷却采用气—水冷却方式，且所述二次冷却分为两段，第一段冷却水流量为每小时0.38吨，第二段冷却水流量为每小时0.28吨，且所述第二段为间歇性供水。本发明的连铸坯的尺寸为150mm*150mm，经高温均质化和精整处理，并由轧机轧制成材。
本实施例的结晶器的圆角为R26mm，结晶器的锥度为0.48％，结晶器的保护渣包括以下质量百分比的组分：C：9.5％、SiO2：36％、CaO：26％、Al2O3：2.0％、MgO：8％、R2O：8.0％、F：5％、Fe2O3：3.5％，配加膨胀石墨：2％、萤石粉：3％。
实施例六
本实施例涉及一种M2高速钢的制备方法，该方法包括以下步骤：
按照M2高速钢的元素配比将原料混合放入中频炉中进行冶炼，得到钢水；将钢水依次进行LF炉外精炼和VD炉脱气处理；VD出站钢水温度控制1490℃时转运至连铸平台，钢水经过中间包保温控温至1460℃时再进行立式连铸，将钢水经过中间包保温运输至结晶器，并由立式连铸机拉出，得到连铸坯。连铸的过程中，二次冷却采用气—水冷却方式，且所述二次冷却分为两段，第一段冷却水流量为每小时0.73吨，第二段冷却水流量为每小时0.62吨，且所述第二段为间歇性供水。本发明的连铸坯的尺寸为306mm*306mm，经锻轧制成材。
本实施例的结晶器的圆角为R50mm，结晶器的锥度为0.75％，结晶器的保护渣包括以下质量百分比的组分：：C：9.5％、SiO2：36％、CaO：26％、Al2O3：2.0％、MgO：8％、R2O：8.0％、F：5％、Fe2O3：3.5％，配加膨胀石墨：2％、萤石粉：3％。
对上述各实施例和对比例进行钢的性能测试，测试数据如下表所示
本发明的高速钢的制备方法适合于产业上推广运用。
在本说明书的描述中，给出了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对发明的限制，在不相互矛盾的情况下，本领域的普通技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例的特征进行结合、组合、替换和变形。
Claims (9)
1.一种高速钢的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
按照高速钢的元素配比将原料混合放入中频炉中进行冶炼，得到钢水；
将所述钢水依次进行LF炉外精炼和VD炉脱气处理；
将所述钢水进行立式连铸，得到连铸坯。
2.根据权利要求1所述的高速钢的制备方法，其特征在于：
所述高速钢包括M35、M42、M2钢高速钢；
所述连铸过程中，所述M35钢的所述钢水浇注温度为1430-1480℃，所述M42钢的所述钢水浇注温度为1400-1450℃，所述M2钢的所述钢水浇注温度为1445-1500℃。
3.根据权利要求2所述的高速钢的制备方法，其特征在于：
所述钢水经过中间包保温控温再进行浇注，并由立式连铸机拉出。
4.根据权利要求3所述的高速钢的制备方法，其特征在于：
所述连铸的过程中，二次冷却采用气—水冷却方式，且所述二次冷却分为两段，第一段冷却水流量为每小时0.2-0.8吨，第二段冷却水流量为每小时0.1-0.8吨，且所述第二段为间歇性供水。
5.根据权利要求3所述的高速钢的制备方法,其特征在于：
所述结晶器使用的保护渣包括以下质量百分比的组分：C：7.5-18％、SiO2：26-36％、CaO：26-36％、Al2O3：1.0-6.0％、MgO：3-9％、R2O：8.0-16.0％、F：3-12％、Fe2O3≤3.5％；所述CaO与所述SiO2的质量比值为0.55-0.75。
6.根据权利要求5所述的高速钢的制备方法，其特征在于：所述保护渣还包括硅酸锂：1-5％或萤石粉：0-5％，膨胀石墨：1-3％。
7.根据权利要求3所述的高速钢的制备方法，其特征在于：
所述连铸坯为(120-170)mm*(120-170)mm的第一方坯或(200-390)mm*(200-390)mm的第二方坯。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：
制备所述第一方坯的所述结晶器的圆角为R15-25mm，制备所述第二方坯的所述结晶器的圆角为R25-80mm；
所述结晶器的锥度为0.2-1.0％。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：
所述第一方坯经高温加热和精整处理，并由轧机轧制成材；
所述第二方坯经锻制、轧制成材。
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