一种降低热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量的冶炼方法
【专利摘要】本发明涉及一种降低热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量的冶炼方法，钢在电炉冶炼后期进行初还原，用铝粉+碳粉进行扩散脱氧，使钢液中的铝含量在0.01～0.03％范围；在炉外精炼时，提前喂铝线，在精炼时用碳粉及铝粉进行扩散脱氧；采用真空脱气，真空脱气前后不喂铝线，钢液脱气后，进行弱氩搅拌，使夹杂物充分上浮。本发明的优点体现在：通过对钢冶炼时的脱氧剂类型、合金加入顺序、炉渣组成、脱氧剂加入时机、钢液中的铝含量等进行优化及控制，在不改变冶炼成本的情况下，提供了一种比现有热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量更低的冶炼方法，钢材的低倍组织及探伤质量较好、夹杂物低的热作模具钢，可完全满足高质量模具钢产品的使用要求。
【专利说明】
一种降低热作模具用4Cr5MoS i V1钢氧含量的冶炼方法
技术领域
[0001] 本发明涉及模具用普通电炉钢的冶炼方法，具体涉及高质量热作模具用 4Cr5M〇SiVl钢降低氧含量的一种冶炼方法，属于金属材料领域。
【背景技术】
[0002] 随着模具行业的快速发展，对模具钢的要求不断提高，降低H13钢中的全氧含量， 减少钢中的夹杂物是提高模具使用寿命的有效途径。大量冶金工作者研究结果表明，对于 以疲劳破坏为主的模具钢，夹杂物是影响其寿命的重要原因之一(宗亚平，郝士明，王继杰。 不同精炼工艺对模具钢热疲劳性能的影响，机械工程材料【J】，1992,16(3):50-53;蔡芳， 杜光华，邱德卿。冷作模具钢D2的显微组织和冶金质量分析，金属热处理【】】，2000(4):11 - 14.)，尤其是与容易在钢基体中造成强烈应力集中的脆性夹杂物(宗亚平，郝士明。不同精 炼工艺生产的模具钢中非金属夹杂物的研究，钢铁【J】，1993,28(3): 15-19.)。因此，国内 外均采用电炉一 LF精炼一 VD精炼一电渣重熔的工艺流程生产(王鹏，张杰江，胡亚民。H13钢 的应用现状。模具制造，2007(12): 1-7.)，以提高H13钢洁净度；国外有些特殊钢厂将模具 钢的氧的质量分数规定为< 15ppm，日本山阳特殊钢公司规定高纯净度模具钢中的氧的质 量分数< 1 Oppm(陈再枝，马党参。我国模具钢的发展战略分析，钢铁，2006，41 (4): 5-9;许 珞萍，吴晓春，李麟，等。我国模具钢标准的思考[J].上海金属，2004，26(2): 124.)。
[0003] 西宁特殊钢股份有限公司是生产模具钢的老牌特钢企业，随着市场的需要，在 4Cr5M〇SiVl钢生产时，先后对钢的冶炼及生产工艺进行优化，使钢的内部质量有较大幅度 的提高，但钢中的氧含量在18~35ppm，与国内较好水平20ppm、国际较好水平15ppm相比（庞 永刚，侯明山，胡建成，等.40t EBT EAF-LF-VD-铸锭工艺冶炼模具钢H13的洁净度分析[J]. 特殊钢，2013，34 (5): 61 -63 .)，仍然有一定的差距。钢材在检验时，经常出现低倍组织中心 疏松超标及探伤不合情况，经研究分析，跟钢质洁净度差，氧含量高有一定的对应关系。
【发明内容】
[0004] 为解决现有技术的不足，本发明的目的在于降低钢中的氧含量，提高钢质洁净度， 在降低材质中的夹杂物含量的同时使材质的内部质量进一步提升，减少低倍组织不合及探 伤超标质量问题，生产出满足客户需求的降低热作模具用4Cr5M 〇SiVl钢氧含量的冶炼方 法。
[0005] 为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：
[0006] -种降低热作模具用4Cr5M〇SiVl钢氧含量的冶炼方法，钢在电炉冶炼后期进行初 还原，用铝粉+碳粉进行扩散脱氧，使钢液中的铝含量在〇. 01~〇. 03 %范围；
[0007] 在炉外精炼时，提前喂铝线，在精炼时用碳粉及铝粉进行扩散脱氧；
[0008] 采用真空脱气，真空脱气前后不喂铝线，钢液脱气后，进行弱氩搅拌，使夹杂物充 分上浮。
[0009] 进一步的，包括如下步骤：
[0010] S1电炉粗还原
[0011 ] SI · 1氧化末终点成分要求:C多0 · 10%、扒渣量多95% ;除渣温度大于1640°C ;
[0012] S1 · 2加入铝锭4加入铁合金4加入石灰、萤石；
[0013] S1.3炉渣形成后用碳粉+铝粉扩散脱氧，还原至少10分钟后，加入Si-Fe合金；
[0014] S1.4成分合适，温度至少1620°C时出钢；
[0015] S2 精炼
[0016] S2.1钢液温度至少1540 °C时，通氩气，给电加热，加热时间至少10分钟；
[0017] S2.2根据钢中硫含量、渣况加石灰和萤石调渣;渣变白后，用铝粉、碳粉进行扩散 脱氧；
[0018] S2 · 3精炼渣目标成分：CaO: 50 % -55 %、Si〇2:14% -20 %、MgO: 3 % -6 %、A12〇3: 15%-20%、合金氧化物
[0019] S2 · 4精炼过程A1控制规定:入精炼目标A1:0 · 025-0 · 040%，如不在目标之内，精炼 前期按0.035%目标一次喂A1，后期不允许喂A1，真空脱气前A1:0.015%-0.030% ;真空脱 气后Α1:0·010%-0·020% ;
[0020] S2.5如成分符合要求，温度1590°C-1610°C，入真空脱气工位；
[0021] S2.6抽真空，真空度67Pa下保持彡15min后破真空；
[0022] S2.7破真空后，进行弱氩搅拌，渣面波动50-100mm，时间至少15min，吊包温度： 1535。01540。。。
[0023]进一步的，所述步骤S1.2中，铝锭作为脱氧剂，添加量为2.0-2.5kg/t。
[0024] 进一步的，所述步骤S1.2中，铁合金不包括硅铁。
[0025] 进一步的，所述步骤S1 · 2中，加石灰500_600kg、萤石80-100kg。
[0026] 进一步的，所述步骤S1.3中，碳粉+铝粉的添加量为2-3kg/吨。
[0027] 进一步的，所述步骤S1.3中，还原至少15分钟后，再加入Si-Fe合金。
[0028] 进一步的，所述步骤2.2中，用铝粉、碳粉进行扩散脱氧时，铝粉和碳粉的使用量为 0·5kg_2·Okg/t。
[0029] 本发明的有益效果在于：通过对钢冶炼时的脱氧剂类型、合金加入顺序、炉渣组 成、脱氧剂加入时机、钢液中的铝含量等进行优化及控制，在不改变冶炼成本的情况下，提 供了一种比现有热作模具用4Cr5M 〇SiVl钢氧含量更低的冶炼方法，钢材的低倍组织及探伤 质量较好、夹杂物低的热作模具钢，可完全满足高质量模具钢产品的使用要求。
【附图说明】
[0030] 图1是实施本发明后的钢中氧含量对比图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。
[0032] 一种降低热作模具用4Cr5M〇SiVl钢氧含量的冶炼方法，钢在电炉冶炼后期进行初 还原，用铝粉+碳粉进行扩散脱氧，使钢液中的铝含量在0.01~0.03 %范围；
[0033]在炉外精炼时，提前喂铝线，在精炼时用碳粉及铝粉进行扩散脱氧，严紧含硅的材 料作脱氧剂。
[0034]采用真空脱气，真空脱气前后不喂铝线，钢液脱气后，进行弱氩搅拌，使夹杂物充 分上浮。
[0035]进一步的，包括如下步骤：
[0036] S1电炉粗还原
[0037] SI. 1氧化末终点成分要求:C彡0.10%、扒渣量彡95% ;除渣温度大于1640°C ;
[0038] S1.2加入铝锭作为脱氧剂，添加量为2.0-2.5kg/t-加入铁合金（铁合金包括锰 铁、I凡铁、络铁、钥铁等但不包括娃铁，加入娃铁后，此时钢液中的氧含量$父尚，娃氧化后形 成Si〇2,进入渣中，对控制炉渣中的Si〇2彡20%带来困难）-加石灰500-600kg、萤石80-100kg；
[0039] S1.3炉渣形成后用碳粉+铝粉扩散脱氧，添加量为2_3kg/吨，还原至少10分钟后， 加入Si-Fe合金；
[0040] S1.4成分合适，温度至少1620°C时出钢；
[0041 ] S2 精炼
[0042] S2.1钢液温度至少1540 °C时，通氩气(压力0.2-0.4MPa)，给电加热，加热时间至少 10分钟；
[0043] S2.2根据钢中硫含量、渣况加石灰和萤石调渣，不允许加入其它渣料(Fe-Si粉、 Si-C粉、Si-Ca-Al粉）；渣变白后，用铝粉、碳粉进行扩散脱氧，铝粉和碳粉的使用量为 0·5kg_2·Okg/t;
[0044] S2 · 3精炼渣目标成分：CaO: 50 % -55 %、Si02:14% -20 %、MgO: 3 % -6 %、A12〇3: 15%-20%、合金氧化物
[0045] S2.4精炼过程A1控制规定:入精炼目标A1:0.025-0.040%，如不在目标之内，精炼 前期按0.035%目标一次喂A1，后期不允许喂A1，真空脱气前A1:0.015%-0.030% ;真空脱 气后Α1:0·010%-0·020% ;
[0046] S2.5如成分符合要求，温度1590°C-1610°C，入真空脱气工位；
[0047] S2.6抽真空，真空度67Pa下保持彡15min后破真空；
[0048] S2.7破真空后，进行弱氩搅拌，渣面波动50-100mm，时间至少15min，吊包温度： 1535。01540。。。
[0049] 作为具体实施例，所述步骤1.3中，用碳粉+铝粉扩散脱氧，还原至少15分钟后，再 加入Si-Fe合金。
[0050] 实施例1
[0051] -、配料
[0052]钢铁料由本厂返回钢切头、生铁组成(精料），配碳彡1.2%。
[0053] 二、电炉氧化
[0054]渣料由石灰、萤石、轻烧白云石组成;根据渣况调整石灰、萤石、轻烧白云石用量， 渣料总量控制40_50Kg/t。
[0055] 全熔后温度多1580°C，开始氧化;吹氧压力控制在0.5-0.7MPa;脱碳量多0.40%。 [0056] 氧化末终点成分及含量00.10%、P彡0.012%;扒渣量彡95%。
[0057] 三、电炉初还原
[0058]加入石灰350kg、萤石100kg;翻入经烘烤的铬铁、钼铁，送电彡15分钟，待全熔后吹 氧脱碳；（2)取样分析〇0.30% KO.016%，除渣量彡95%。（3)加入铝锭2.3kg/t-加入 锰铁、钒铁、铬铁、钼铁等合金(除硅铁外)-加0&0:5501^，萤石951^;(4)炉渣形成后用碳粉 +铝粉(2.4kg/吨)扩散脱氧，还原15分钟后，加入Si-Fe合金。
[0059]电炉出钢规定:成分合适，温度彡1630°C出钢；出钢1 /3时按1. OKg纯铝/t钢加钢砂 错。
[0060]四、精炼
[00611入炉外精炼，钢液温度彡1540°C，通氩气（压力控制在0.2-0.4MPa)，给电加热彡 l0min。根据品种成分要求加入扩散脱氧剂A1粉+C粉;添加量为每吨钢添加1.5kg。
[0062]精炼渣目标成分：CaO: 50 % -55 %、Si02:14 % -20 %、Mg0: 3 % -6 %、Al2〇3:15 % -20%。，合金氧化物:3%-6%。
[0063]根据大包样的分析结果，按内控成分要求调整成分，铝成分调至0.0250 %-0.040%〇
[0064] 加热升温，取样分析成分，根据成分结果，按内控成分要求微调成分;成分符合要 求，温度1605°C，入真空脱气工位，蒸汽压力控制在0.85-1.2Mpa。
[0065] 抽真空，真空度69Pa下保持17min后破真空，抽真空过程中对氩气压力进行调整： 粗真空时氩气压力控制在0 · 2-0 · 35Mpa，极真空时氩气压力控制在0 · 25-0 · 40Mpa。
[0066] 破真空后，根据温度情况进行弱氩搅拌，渣面波动50-100mm，时间20min。吊包温 度:1535。。。
[0067] 五、产品炉渣及氧含量测定见表1。
[0068]表1炉渣成分及氧含量％
[0070] 实施例2 [0071] -、配料
[0072] 钢铁料由低磷钢、本钢种返回及电极块组成，配碳多0.80%，铬铁经烘烤后加入。 [0073] 二、电炉氧化
[0074] 根据渣况调整石灰、萤石、轻烧白云石用量，渣料总量控制30_40Kg/t。
[0075] 全熔后温度彡1580°C，开始氧化;吹氧压力控制在0 · 5-0 · 7MPa;脱碳量彡0 · 20%。 [0076]电炉渣料由石灰、轻烧白云石组成;根据渣况调整石灰、萤石、轻烧白云石用量，渣 料总量控制25-35Kg/t [0077] 三、电炉初还原
[0078]加入Ca0480kg、萤石90kg;翻入经烘烤的钼铁，送电20分钟，待全熔后吹氧脱碳； (2)取样分析00.30% K0.016%，除渣量彡95%。（3)加入铝锭2.5kg/t-加入锰铁、钒 铁、铬铁、钼铁等合金（除硅铁外加 Ca0:550kg，萤石901^;(4)炉渣形成后用碳粉+铝粉 (3kg/吨)扩散脱氧，还原20分钟后，加入Si-Fe合金。
[0079]电炉出钢规定:成分合适，温度1635°C出钢；出钢1/3时按1. OKg纯铝/t钢加钢砂铝 或错铁。
[0080]四、精炼
[0081 ]入炉外精炼，钢液温度1547°C，通氩气(压力控制在0.2-0.4MPa)，给电加热13min。 根据品种成分要求加入扩散脱氧剂A1粉+C粉;添加量为每吨钢添加1.2kg。
[0082]精炼渣目标成分：CaO: 50 % -55 %、Si0214 % -20 %、MgO: 3 % -6 %、AI2O3:15 % -20%，合金氧化物:3%-6%。
[0083]根据大包样的分析结果，按内控成分要求调整成分，铝成分调至0.0250 %-0.040%〇
[0084] 加热升温，取样分析成分，根据成分结果，按内控成分要求微调成分;成分符合要 求，温度1601°C，入真空脱气工位，蒸汽压力控制在0.85-1.2Mpa。
[0085] 抽真空，真空度67Pa下保持17min后破真空，抽真空过程中对氩气压力进行调整： 粗真空时氩气压力控制在0 · 2-0 · 35Mpa，极真空时氩气压力控制在0 · 25-0 · 40Mpa。
[0086] 破真空后，根据温度情况进行弱氩搅拌，渣面波动50-100mm，时间17min。吊包温 度:1540。。。
[0087] 五、产品炉渣及氧含量测定，见表1。
[0088]表1炉渣成分及氧含量％
[0090]由此可见，本发明生产的热作模具用4Cr5MoSiVl钢，氧含量在llppm~13ppm，较原 工艺有较大幅度的降低，材质经检验分析，低倍组织、夹杂物、探伤质量等级均有一定程度 的提高，材质洁净度高，可完全满足高质量热乳模具用钢的使用要求。
[0091] 综上前述，本发明的生产的热作模具用4Cr5MoSiVl钢，具有钢质洁净、低倍组织致 密、夹杂物低等特性，氧含量在国内处于较好水平，完全可以满足高质量模具钢使用要求， 并且能有效延长模具的使用寿命。
[0092] 本发明实施前后，钢中的氧含量有较大幅度的降低，氧含量对比情况见图1。
[0093] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，而非对其限制;应当指出，尽管参照上述各 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，其依然可以对上述各 实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这 些修改和替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1. 一种降低热作模具用4Cr5M〇SiVl钢氧含量的冶炼方法，其特征在于，钢在电炉冶炼 后期进行初还原，用铝粉+碳粉进行扩散脱氧，使钢液中的铝含量在〇. Ol~〇. 03 %范围； 在炉外精炼时，提前喂铝线，在精炼时用碳粉及铝粉进行扩散脱氧； 采用真空脱气，真空脱气前后不喂铝线，钢液脱气后，进行弱氩搅拌，使夹杂物充分上 浮。2. 根据权利要求1所述的一种降低热作模具用4Cr5M〇SiVl钢氧含量的冶炼方法，其特 征在于，包括如下步骤： Sl电炉粗还原 SI. 1氧化末终点成分要求O0.10%、扒渣量彡95% ;除渣温度大于1640°C ; SI. 2加入铝锭-加入铁合金-加入石灰、萤石； Sl. 3炉渣形成后用碳粉+铝粉扩散脱氧，还原至少10分钟后，加入Si-Fe合金； S1.4成分合适，温度至少1620 °C时出钢； S2精炼 S2.1钢液温度至少1540 °C时，通氩气，给电加热，加热时间至少10分钟； S2.2根据钢中硫含量、渣况加石灰和萤石调渣;渣变白后，用铝粉、碳粉进行扩散脱氧； S2 · 3精炼渣目标成分：CaO: 50 % -55 %、SiO2:14 % -20 %、MgO: 3 % -6 %、Al2O3:15 % -20%、合金氧化物 S2.4精炼过程Al控制规定:入精炼目标Al: 0.025-0.040 %，如不在目标之内，精炼前期 按0.035 %目标一次喂Al，后期不允许喂Al，真空脱气前Al: 0.015 %-0.030 % ;真空脱气后 Al：0.010%-0.020% ； S2.5如成分符合要求，温度1590 °C_1610 °C，入真空脱气工位； S2.6抽真空，真空度67Pa下保持彡15min后破真空； S2.7破真空后，进行弱氩搅拌，渣面波动50-100mm，时间至少15min，吊包温度：1535°C-1540。。。3. 根据权利要求2所述的一种降低热作模具用4Cr5M〇SiVl钢氧含量的冶炼方法，其特 征在于，所述步骤Sl. 2中，铝锭作为脱氧剂，添加量为2.0-2.5kg/t。4. 根据权利要求2所述的一种降低热作模具用4Cr5M〇SiVl钢氧含量的冶炼方法，其特 征在于，所述步骤Sl. 2中，铁合金不包括硅铁。5. 根据权利要求2所述的一种降低热作模具用4Cr5M〇SiVl钢氧含量的冶炼方法，其特 征在于，所述步骤Sl .2中，加石灰500_600kg、萤石80-100kg。6. 根据权利要求2所述的一种降低热作模具用4Cr5M〇SiVl钢氧含量的冶炼方法，其特 征在于，所述步骤Sl. 3中，碳粉+铝粉的添加量为2-3kg/吨。7. 根据权利要求2所述的一种降低热作模具用4Cr5M〇SiVl钢氧含量的冶炼方法，其特 征在于，所述步骤Sl .3中，还原至少15分钟后，再加入Si-Fe合金。8. 根据权利要求2所述的一种降低热作模具用4Cr5M〇SiVl钢氧含量的冶炼方法，其特 征在于，所述步骤2.2中，用铝粉、碳粉进行扩散脱氧时，铝粉和碳粉的使用量为0.5kg-2·0kg/t 〇
【文档编号】C21C5/52GK105886699SQ201610323356
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】张燕东, 陈列, 苗红生, 贺文成, 李明林, 孟凡哲, 马恒春
【申请人】西宁特殊钢股份有限公司