本發(fā)明涉及優(yōu)質(zhì)熱作模具鋼制備鄰域，具體為一種優(yōu)質(zhì)H13鋼制備方法。
背景技術(shù)：
：H13是用途最廣泛的熱作模具鋼，市場用量較大，但國內(nèi)優(yōu)質(zhì)模具鋼與國外相比，仍有一定差距。國外優(yōu)質(zhì)熱作模具鋼H13純凈度控制水平高，且穩(wěn)定，而國內(nèi)近年來才意識到鋼水純凈度的重要性，這可能是導致國內(nèi)優(yōu)質(zhì)模具鋼H13使用壽命低的一個主要原因。因此，一種有效優(yōu)質(zhì)H13鋼制備方法將極大促進我國優(yōu)質(zhì)模具鋼制備水平的發(fā)展。眾所周知，雜質(zhì)元素P易于偏聚晶界，會降低材料韌性。而鋼中的硫化物、氧化物則是熱作模具鋼服役期間材料失效的一個主要原因。國外，在冶煉澆注坯料過程中能夠很好地將P含量控制在0.010wt％以下，S含量控制在0.001wt％以下，而氧含量控制在12ppm以下，氮含量控制90ppm以下。而對于高合金含量H13鋼來說，極高的純凈度控制將極大地增加生產(chǎn)難度。因此，在模具鋼的電爐－LF鋼包精煉爐－VD處理－鑄錠生產(chǎn)流程基礎(chǔ)上，優(yōu)化冶煉澆注工藝，獲得一種有效、穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)H13鋼制備方法，將對提升熱作模具鋼的使用性能具有重要意義。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種優(yōu)質(zhì)H13鋼制備方法，解決生產(chǎn)流程(電爐→LF精煉→VD/→軟吹→模鑄)制備優(yōu)質(zhì)H13鋼模鑄坯料時，其純凈度水平要求高、并難穩(wěn)定控制的技術(shù)難題。本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種優(yōu)質(zhì)H13鋼制備方法，該方法采用電爐-LF精煉爐-VD脫氣處理-模鑄坯料制備工藝，其中電爐實現(xiàn)防過氧化深脫磷操作，出鋼時P≤30ppm；精煉時經(jīng)脫氧劑進行深脫氧精煉處理后，精煉前期渣系主要為氧化鈣與氧化鋁，后期渣系堿度R＝CaO/SiO2控制在3～5，VD脫氣處理前硫含量≤0.002wt％，VD脫氣處理后硫含量≤0.001wt％，N含量在0.0060wt％以下；澆注時采用全封閉氬氣保護，坯料純凈度水平穩(wěn)定達到T.O＝10±2ppm，P≤100ppm，S≤10ppm，N≤90ppm，夾雜物水平均小于1.0級，其中D類夾雜物數(shù)量超過65％，最大夾雜物尺寸≤20μm。所述的優(yōu)質(zhì)H13鋼制備方法，電爐配料需采用85wt％以上鐵水，出鋼磷含量控制在0.003wt％以下，出鋼碳≥0.08wt％，出鋼溫度控制在1630℃以上。所述的優(yōu)質(zhì)H13鋼制備方法，精煉時經(jīng)石灰、預熔渣、鋁脫氧劑進行深脫氧精煉處理，出鋼時隨流加入的預熔渣成分為CaO≥50wt％，Al2O3≥40wt％，SiO2≤3wt％，合金烘烤溫度在600℃以上，到精煉工位時鋼水溫度在1560℃以上，碳含量在0.25wt％以上，硅控制在0.5wt％以下，鋁控制在0.02wt％以上；精煉過程中，精煉渣的堿度控制，前期通過使用以氧化鈣與氧化鋁為主，當鋼水中的溶解氧在8ppm以下，加入高硅預熔渣，其中CaO≥50wt％，SiO2≥30wt％，Al2O3≤10wt％；冶煉環(huán)節(jié)加入的合金中Ti含量應在0.01wt％以下，預熔渣TiO2在1wt％以下。所述的優(yōu)質(zhì)H13鋼制備方法，當精煉渣堿度、流動性調(diào)整合適，并且VD脫氣處理前硫含量≤0.002wt％，鋁含量在0.03wt％以下，溶解氧在6ppm以下，進行VD脫氣處理；VD脫氣處理條件為在100Pa以下處理時間在25min以上；經(jīng)VD脫氣處理后，硫含量≤0.001wt％，N含量在60ppm以下；VD脫氣處理后鋼水溫度控制在1540～1545℃，測溫后加入稀土。所述的優(yōu)質(zhì)H13鋼制備方法，VD脫氣處理后鋼水溫度控制在1540～1545℃，測溫后加入稀土；稀土成分為鑭與鈰，其中鑭鈰按照1:3重量配比，該類型稀土的氧含量在100ppm以下，軟吹時間需控制在18～25分鐘，鋼中稀土含量在30ppm以上。所述的優(yōu)質(zhì)H13鋼制備方法，在模鑄工位，要防止二次氧化，其主要手段是：在鋼包水口與中注管連接處，采用粘土耐火材料全封閉式氬氣密封，其中通氬氣操作時氧濃度為0.01wt％。所述的優(yōu)質(zhì)H13鋼制備方法，模鑄坯料純凈度水平穩(wěn)定達到T.O＝10±2ppm，P≤100ppm，S≤10ppm，N≤90ppm，Ti≤50ppm；鋼中A、B、C、D夾雜物水平均小于1.0級，其中D類夾雜物數(shù)量超過65％，Ds最大夾雜物尺寸≤20μm，氮化鈦尺寸不超過3μm。本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是：1、本發(fā)明采用生產(chǎn)流程(電爐→LF精煉→VD/→軟吹→模鑄)穩(wěn)定制備高純凈優(yōu)質(zhì)H13模具鋼坯料，純凈度水平與國外優(yōu)質(zhì)模具鋼基本接近。2、本發(fā)明具有提升鋼水純凈度作用效果，通過電爐防氧化深脫磷、精煉深脫氧及結(jié)合VD高純稀土處理，并采用全封閉保護澆注，實現(xiàn)了熱作模具鋼H13穩(wěn)定控制，可使最終鋼中的T.O≤15ppm，T.O＝10±2ppm，P≤100ppm，S≤10ppm，N≤90ppm，Ti≤50ppm水平，并且鋼中A、B、C、D夾雜物水平均小于1.0級，Ds最大夾雜物尺寸≤20μm。此外，對氮化鈦及夾雜物類型也進行了嚴格地控制，有效降低模具鋼服役失效，這些純凈化效果將大幅度增加熱作模具鋼服役性能。具體實施方式在具體實施過程中，本發(fā)明優(yōu)質(zhì)H13鋼制備方法，采用電爐-LF精煉爐-VD脫氣處理-模鑄坯料制備工藝，其中電爐實現(xiàn)防過氧化深脫磷操作，出鋼時P≤30ppm；精煉時經(jīng)石灰、預熔渣、稀土等脫氧劑進行深脫氧精煉處理后，精煉前期渣系主要為氧化鈣與氧化鋁，后期渣系堿度R(R＝CaO/SiO2)控制在3～5，VD脫氣處理前硫含量≤0.002wt％，VD脫氣處理后硫含量≤0.001wt％，N含量在0.0060wt％以下。澆注時采用全封閉氬氣保護，坯料純凈度水平穩(wěn)定達到T.O＝10±2ppm，P≤100ppm，S≤10ppm，N≤90ppm，夾雜物水平均小于1.0級，其中D類夾雜物數(shù)量超過65％，最大夾雜物尺寸≤20μm。該方法采用電爐-LF精煉爐-VD脫氣處理-模鑄坯料制備工藝，其中電爐實現(xiàn)防過氧化深脫磷操作，具體為電爐配料需采用85wt％以上鐵水，出鋼磷含量控制在0.003wt％以下，出鋼碳≥0.08wt％，出鋼溫度控制在1630℃以上(優(yōu)選范圍為1640～1660℃)。精煉時經(jīng)石灰、預熔渣、鋁等脫氧劑進行深脫氧精煉處理后，精煉前期渣系主要為氧化鈣與氧化鋁，后期渣系堿度R(R＝CaO/SiO2)控制在3～5，VD脫氣處理前硫含量≤0.002wt％。其中出鋼時隨流加入的預熔渣成分為CaO≥50wt％，Al2O3≥40wt％，SiO2≤3wt％，隨流加的石灰、預熔渣、Al等脫氧劑800～900kg，加入的硅鐵、鉻鐵、錳鐵合金、鉬鐵不超過2t，合金烘烤溫度在600℃以上(優(yōu)選范圍為650～700℃)，到精煉工位時鋼水溫度在1560℃以上(優(yōu)選范圍為1560～1580℃)，碳含量在0.25wt％以上(優(yōu)選范圍為0.27～0.32wt％)，硅控制在0.5wt％以下，鋁控制在0.02wt％以上(優(yōu)選范圍為0.025～0.04wt％)。精煉過程中，精煉渣的堿度控制，前期通過使用以氧化鈣與氧化鋁為主，當鋼水中的溶解氧在8ppm以下，加入高硅預熔渣，其中CaO≥50wt％，SiO2≥30wt％，Al2O3≤10wt％，堿度R(R＝CaO/SiO2)控制在3～5。另外，冶煉環(huán)節(jié)加入的合金中Ti含量應在0.01wt％以下，預熔渣TiO2在1wt％以下。當精煉渣堿度、流動性調(diào)整合適，并且VD脫氣處理前硫含量≤0.002wt％，鋁含量在0.03wt％以下，溶解氧在6ppm以下，可進行VD脫氣處理。VD脫氣處理條件為在100Pa以下處理時間在25min以上(優(yōu)選范圍為26～30min)。經(jīng)VD脫氣處理后，硫含量≤0.001wt％，N含量在60ppm以下。VD脫氣處理后鋼水溫度控制在1540～1545℃，測溫后加入稀土。VD脫氣處理后鋼水溫度控制在1540～1545℃，測溫后加入稀土。稀土主要成分為鑭與鈰，其中鑭鈰按照1:3重量配比，該類型稀土的氧含量要求在100ppm以下，軟吹時間需控制在18～25分鐘，鋼中稀土含量在30ppm以上(優(yōu)選范圍為35～65ppm，要防止二次氧化。其主要手段，在鋼包水口與中注管連接處，采用粘土耐火材料全封閉式氬氣密封，其中通氬氣操作時氧濃度為0.01wt％。從而，通過以上工序嚴格控制，模鑄坯料純凈度水平穩(wěn)定達到T.O＝10±2ppm，P≤100ppm，S≤10ppm，N≤90ppm，Ti≤50ppm。鋼中A、B、C、D夾雜物水平均小于1.0級，其中D類夾雜物數(shù)量超過65％，Ds最大夾雜物尺寸≤20μm，氮化鈦尺寸不超過3μm。下面通過實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。實施例1本實施例中，優(yōu)質(zhì)熱作模具鋼H13坯料的制備，采用70噸(t)電爐-LF精煉爐-VD脫氣處理-模鑄坯料制備工藝。在電爐工位：配鐵水90wt％，出鋼碳含量為0.08wt％，磷含量為0.002wt％，出鋼溫度為1650℃。出鋼過程中，加入石灰、預熔渣、脫氧劑共850kg，其中：石灰350kg、氧化鈣與氧化鋁預熔渣200kg、(硅鐵、鋁、碳)脫氧劑300kg，添加700℃預熱合金2t，主要包括硅鐵、鉻鐵、錳鐵合金、鉬鐵合金。到精煉工位，溫度為1570℃，碳含量為0.26wt％，硅含量為0.35wt％，鋁含量為0.032wt％，鋼包精煉3小時后，測溶解氧，氧含量為7ppm，添加高硅預熔渣(其中CaO≥50wt％，SiO2≥30wt％)，經(jīng)半個小時后，鋼水溫度、成分合適(硫含量為0.002wt％)，渣的堿度為5，測得的溶解氧為5.6ppm，進行VD脫氣處理，鋁含量為0.025wt％。到VD脫氣處理后，真空度在100Pa以下開始計時，操作時間26min。VD脫氣處理后所測的溫度為1545℃，加入稀土(鑭鈰純稀土)0.020wt％，軟吹時間為18min，軟吹后鋼水中稀土含量為70ppm。澆注時，在中注管上加粘土耐火材料，鋼包水口處有頂蓋耐火材料，頂蓋下面有氬氣環(huán)，澆注過程中，水口下移到粘土耐火材料內(nèi)，頂蓋耐火材料與粘土耐火材料構(gòu)成封閉空間，鋼流很難與空氣接觸，封閉空間氧濃度為0.01wt％。通過以上控制，最終優(yōu)質(zhì)模具鋼的關(guān)鍵元素含量如下：與純凈度相關(guān)的關(guān)鍵元素含量(單位：ppm)元素T.OPSNTi含量10100108645夾雜物指標檢測如下：A、B、C類夾雜物粗、細級別均小于0.5級，D類夾雜物細級為1.0，粗級為0，Ds最大為20μm，TiN夾雜尺寸在3μm以下，球形夾雜物(D類)數(shù)量所占總數(shù)量的65％。實施例2本實施例中，優(yōu)質(zhì)熱作模具鋼H13坯料的制備，采用70t電爐-LF精煉爐-VD脫氣處理-模鑄坯料制備工藝。在電爐工位：配鐵水85wt％，出鋼碳含量為0.15wt％，磷含量為0.003wt％，出鋼溫度為1630℃。出鋼過程中，加入石灰、預熔渣、脫氧劑共920kg，其中：石灰400kg、氧化鈣與氧化鋁預熔渣250kg、(硅鐵、鋁、碳)脫氧劑270kg，添加600℃預熱合金1.5t，主要包括硅鐵、鉻鐵、錳鐵合金、鉬鐵合金合金。到精煉工位，溫度為1560℃，碳含量為0.30wt％，硅含量為0.5wt％，鋁含量為0.035wt％，鋼包精煉3.5小時后，測溶解氧，氧含量為8ppm，添加高硅預熔渣(其中CaO≥50wt％，SiO2≥30wt％)，經(jīng)半個小時后，鋼水溫度、成分合適(硫含量為0.0015wt％)，渣的堿度為3，測得的溶解氧為6ppm，進行VD脫氣處理，鋁含量為0.027wt％。到VD脫氣處理后，真空度在100Pa以下開始計時，操作時間30min。VD脫氣處理后所測的溫度為1540℃，加入稀土(鑭鈰純稀土)0.018wt％，軟吹時間為20min，軟吹后鋼水中稀土含量為30ppm。澆注時，在中注管上加粘土耐火材料，鋼包水口處有頂蓋耐火材料，頂蓋下面有氬氣環(huán)，澆注過程中，水口下移到粘土耐火材料內(nèi)，頂蓋耐火材料與粘土耐火材料構(gòu)成封閉空間，鋼流很難與空氣接觸，封閉空間氧濃度為0.01wt％。通過以上控制，最終優(yōu)質(zhì)模具鋼的關(guān)鍵元素含量如下：與純凈度相關(guān)的關(guān)鍵元素含量(單位：ppm)元素T.OPSNTi含量129088050夾雜物指標檢測如下：A、C類夾雜物粗、細級別均小于0.5級，B、D類夾雜物細級為1.0，粗級為0，Ds最大為18μm，TiN夾雜尺寸在3μm以下，球形夾雜物(D類)數(shù)量所占總數(shù)量的80％。實施例3本實施例中，優(yōu)質(zhì)熱作模具鋼H13坯料的制備，采用70t電爐-LF精煉爐-VD脫氣處理-模鑄坯料制備工藝。在電爐工位：配鐵水95wt％，出鋼碳含量為0.12wt％，磷含量為0.003wt％，出鋼溫度為1650℃。出鋼過程中，加入石灰、預熔渣、脫氧劑共850kg，其中：石灰350kg，氧化鈣與氧化鋁預熔渣200kg，(硅鐵、鋁、碳)脫氧劑300kg，添加650℃預熱合金1.8t，主要包括硅鐵、鉻鐵、錳鐵合金、鉬鐵合金合金。到精煉工位，溫度為1575℃，碳含量為0.28wt％，硅含量為0.25wt％，鋁含量為0.040wt％，鋼包精煉3小時后，測溶解氧，氧含量為7ppm，添加高硅預熔渣(其中CaO≥50wt％，SiO2≥30wt％)，經(jīng)半個小時后，鋼水溫度、成分合適(硫含量為0.001wt％)，渣的堿度為4，測得的溶解氧為5ppm，進行VD脫氣處理，鋁含量為0.025wt％。到VD脫氣處理后，真空度在100Pa以下開始計時，操作時間28min。VD脫氣處理后所測的溫度為1542℃，加入稀土(鑭鈰純稀土)0.025wt％，軟吹時間為25min，軟吹后鋼水中稀土含量為65ppm。澆注時，在中注管上加粘土耐火材料，鋼包水口處有頂蓋耐火材料，頂蓋下面有氬氣環(huán)，澆注過程中，水口下移到粘土耐火材料內(nèi)，頂蓋耐火材料與粘土耐火材料構(gòu)成封閉空間，鋼流很難與空氣接觸，封閉空間氧濃度為0.01wt％。通過以上控制，最終優(yōu)質(zhì)模具鋼的關(guān)鍵元素含量如下：與純凈度相關(guān)的關(guān)鍵元素含量(單位：ppm)元素T.OPSNTi含量810097040夾雜物指標檢測如下：A、B、C類夾雜物粗、細級別均小于0.5級，D類夾雜物細級為1.0，粗級為0，Ds最大為18μm，TiN夾雜尺寸在3μm以下，球形夾雜物(D類)數(shù)量所占總數(shù)量的85％。當前第1頁1 2 3