本發(fā)明屬于工模具鋼生產(chǎn)

　　技術(shù)領(lǐng)域：

　　，具體涉及一種通過(guò)在鋼液精煉過(guò)程中控制氧化物夾雜，以改善工模具鋼中碳化物的方法。

　　背景技術(shù)：

　　：工模具鋼含有很高的碳和合金元素含量，因此鋼中不可避免地會(huì)生成大量的一次碳化物和二次碳化物。這些碳化物往往會(huì)成為鋼在軋制(或鍛造)、工模具加工、以及工模具使用過(guò)程中的裂紋源。與此同時(shí)，碳化物也會(huì)明顯降低鋼的沖擊韌性、表面質(zhì)量和疲勞性能。國(guó)內(nèi)外特殊鋼企業(yè)生產(chǎn)高品質(zhì)工模具鋼普遍采用轉(zhuǎn)爐(電爐或感應(yīng)爐)熔煉→LF爐外精煉→VD(或RH)→連鑄(或模鑄)→電渣重熔的生產(chǎn)工藝。其中，電渣重熔是生產(chǎn)高品質(zhì)工模具鋼質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在電渣重熔工模具鋼液凝固過(guò)程中，碳、氮和合金元素(如Cr、Mo、V、Ti)容易局部富集，特別是在枝晶間殘余的液相內(nèi)，從而生成一次碳化物和氮化物。電渣重熔過(guò)程是鋼中一次碳化物和氮化物產(chǎn)生的來(lái)源。電渣鑄錠中的一次碳化物在后續(xù)的熱加工過(guò)程中很難消除，會(huì)保留至最終熱處理態(tài)的鋼材中。一次碳化物也會(huì)影響后續(xù)鑄錠熱加工過(guò)程中二次碳化物的尺寸、分布。因此，電渣重熔過(guò)程控制對(duì)改善鋼中一次碳化物和后續(xù)熱加工過(guò)程中的二次碳化物具有至關(guān)重要的作用。為了提高鋼液的潔凈度，國(guó)外內(nèi)企業(yè)在自耗電極鋼的冶煉和爐外精煉過(guò)程中普遍采用鋁脫氧操作。這將不可避免地使鋼中產(chǎn)生大量的Al2O3和MgO·Al2O3夾雜物。理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，通過(guò)電渣重熔工藝只能去除自耗電極中的一部分原始夾雜物。鋼液中所有來(lái)源于自耗電極并且在電渣過(guò)程中未被去除的Al2O3和MgO·Al2O3夾雜物，以及電渣過(guò)程新生成的Al2O3夾雜，不可避免地均會(huì)成為工模具鋼中一次碳化物和氮化物異質(zhì)形核的核心，從而促進(jìn)一次碳化物的形核與長(zhǎng)大，也加劇了電渣鋼中碳化物的不均勻性。這些一次碳化物和氮化物在電渣鑄錠后續(xù)的熱加工過(guò)程中很難消除，一直會(huì)保留至鋼的回火態(tài)，嚴(yán)重影響鋼的沖擊韌性和使用壽命。目前，對(duì)于電渣重熔工模具鋼仍沒有解決夾雜物促進(jìn)氮化物和一次碳化物形核與長(zhǎng)大，加劇其分布不均勻性的問(wèn)題。一直以來(lái)，國(guó)內(nèi)外特鋼企業(yè)試圖通過(guò)各種方法(如調(diào)整電渣重熔的熔速、鋼中添加合金元素)來(lái)控制電渣鋼中的一次碳化物。但對(duì)于合金元素含量高的工模具鋼來(lái)說(shuō)，這些方法在改善電渣鋼中一次碳化物方面仍存在各種局限性，效果也很有限。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種通過(guò)在鋼液精煉過(guò)程中控制氧化物夾雜，以改善電渣重熔工模具鋼中碳化物的方法。本發(fā)明可適用于高碳高合金工模具鋼和中碳中合金鋼。以解決工模具鋼中氧化物夾雜成為氮化物和一次碳化物形核核心，導(dǎo)致促進(jìn)了碳化物生成和長(zhǎng)大、分布不均勻的問(wèn)題。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種改善電渣重熔工模具鋼中碳化物的方法，所述方法依次包括熔煉、爐外精煉、澆鑄和電渣重熔；所述熔煉將原料溶煉成鋼液隨后依次經(jīng)爐外精煉、澆鑄制得自耗電極，經(jīng)所述電渣重熔進(jìn)一步將所述自耗電極精煉成電渣鑄錠，通過(guò)在所述爐外精煉中控制鋼中氧化物夾雜的種類并同時(shí)在電渣重熔中避免生成新的Al2O3夾雜，避免產(chǎn)生氮化物和一次碳化物的形核核心，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電渣鋼中碳化物尺寸細(xì)化和均勻分布的控制。進(jìn)一步地，所述爐外精煉的過(guò)程中控制鋼中氧化物夾雜的種類具體方式為，采用鋼液鋁深脫氧，爐外精煉的末期鈣處理進(jìn)行夾雜物改性，使鋼液中的Al2O3和MgO·Al2O3夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)殁}鋁酸鹽夾雜。由于鈣鋁酸鹽夾雜物沒有成為氮化物和一次碳化物形核的核心，從而避免了電渣過(guò)程中氧化物夾雜成為氮化物和一次碳化物形核的核心，抑制了工模具鋼中一次碳化物的生成和長(zhǎng)大，也使鑄錠中碳化物的分布更加均勻。進(jìn)一步地，針對(duì)化學(xué)成分不同的鋼液，所述鋼液鋁深脫氧所用的Al量根據(jù)熱力學(xué)化學(xué)反應(yīng)2[Al]+3[O]＝(Al2O3)slag計(jì)算得到，保證鋼液中的酸溶鋁質(zhì)量含量控制在0.015～0.075％。進(jìn)一步地，所述鈣處理為在爐外精煉結(jié)束末期喂入適量鈣線，進(jìn)行夾雜物變性處理，保證鋼液鈣鋁質(zhì)量比在0.01～0.15之間。進(jìn)一步地，所述電渣重熔用預(yù)熔渣中SiO2質(zhì)量含量≤1.5％，F(xiàn)eO質(zhì)量含量≤0.2％。進(jìn)一步地，電渣重熔前化渣時(shí)加入渣量質(zhì)量的3％～5％的鋁粉以進(jìn)一步還原去除渣料中不穩(wěn)定的氧化物。進(jìn)一步地，電渣重熔時(shí)在干燥氬氣氣氛下進(jìn)行，保證氣體保護(hù)罩內(nèi)微正壓，所述微正壓是指罩內(nèi)氣壓微大于外界大氣壓保證外界氣體不能進(jìn)入罩內(nèi)。進(jìn)一步地，電渣重熔前，將自耗電極進(jìn)行扒皮處理，以去除自耗電極的氧化物鐵皮，防止電渣重熔時(shí)鋼液增氧，產(chǎn)生Al2O3夾雜。進(jìn)一步地，電渣重熔過(guò)程全程禁止采用鋁脫氧，避免電渣過(guò)程生成的Al2O3夾雜物成為氮化物和一次碳化物的形核核心。進(jìn)一步地，所述爐外精煉采用LF+VD或LF+RH工藝路線。上述含量均值質(zhì)量含量。本發(fā)明的有益技術(shù)效果：本發(fā)明通過(guò)在電渣重熔之前，在自耗電極鋼的爐外精煉過(guò)程首先采用鋁深脫氧大幅度降低鋼液的氧含量，隨后通過(guò)鈣處理改性鋁脫氧產(chǎn)物Al2O3和MgO·Al2O3夾雜，使其變?yōu)殁}鋁酸鹽夾雜；在電渣重熔過(guò)程中避免生成新的Al2O3夾雜，由于鈣鋁酸鹽夾雜物沒有成為氮化物和一次碳化物形核的核心，從而避免了電渣過(guò)程中氧化物夾雜成為氮化物和一次碳化物形核的核心，抑制了工模具鋼中一次碳化物的生成和長(zhǎng)大，也使鑄錠中碳化物的分布更加均勻。最終，使模具鋼的沖擊韌性提高了20％以上，工具鋼的韌性提高了至少3倍。附圖說(shuō)明：圖1H13鋼自耗電極中典型的夾雜物CaO-MgO-Al2O3；圖2H13鋼自耗電極中典型的夾雜物CaO-Al2O3；圖3H13電渣鑄錠中典型的夾雜物CaO-Al2O3；圖4H13電渣鑄錠中典型的夾雜物CaO-MgO-Al2O3；圖58Cr13MoV工具鋼自耗電極中典型的夾雜物CaO-Al2O3；圖68Cr13MoV工具鋼自耗電極中典型的夾雜物CaO-MgO-Al2O3；圖78Cr13MoV工具鋼電渣鑄錠中典型的夾雜物CaO-MgO-Al2O3；圖88Cr13MoV工具鋼電渣鑄錠中典型的夾雜物CaO-Al2O3；圖9對(duì)應(yīng)圖7中夾雜物的掃描電鏡能譜圖；圖10對(duì)應(yīng)圖8中夾雜物的掃描電鏡能譜圖。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對(duì)本發(fā)明有更好的了解，在下文對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。實(shí)施例一H13模具鋼自耗電極制備過(guò)程采用BOF→LF→RH→連鑄的生產(chǎn)工藝。在LF精煉過(guò)程中采用鋁深脫氧。RH精煉末期喂純鈣線，進(jìn)行夾雜物的鈣處理變性。鈣線的加入速度為150米/分鐘，加入量1.8米/噸鋼。生產(chǎn)的連鑄坯用作自耗電極。自耗電極尺寸為280mm×325mm。電渣重熔前將電極表面扒皮處理，然后與假電極焊接。自耗電極的化學(xué)成分見表1。采用氣體保護(hù)電渣重熔H13鋼。電渣重熔過(guò)程氣體保護(hù)罩內(nèi)微正壓。電渣重熔用渣中SiO2含量為1.5％，F(xiàn)eO含量為0.15％。渣量為100公斤。電渣重熔之前，預(yù)熔渣化渣時(shí)，向渣中加入3.5公斤鋁粉。生產(chǎn)的電渣錠直徑為600mm，長(zhǎng)度4米。自耗電極鋼中的夾雜物如圖1和圖2所示。自耗電極鋼中的氧化物為CaO-MgO-Al2O3系。電渣重熔之后，電渣錠中夾雜物如圖3和圖4所示。電渣鑄錠中的氧化物夾雜仍為CaO-MgO-Al2O3系。鑄錠中的氧化物均沒有成為氮化物和一次碳化物形核的核心。這抑制了H13鋼中大尺寸碳化物的生成，細(xì)化了鋼中的碳化物，也使碳化物的分布更加均勻。表1自耗電極H13模具鋼的化學(xué)成分(mass％)CSiMnCrMoVTiCaMgAlON0.380.980.355.171.450.960.00780.00160.00020.030.00220.0100實(shí)施例二8Cr13MoV工具鋼自耗電極制備過(guò)程采用感應(yīng)爐→LF→VD→模鑄的生產(chǎn)工藝。在LF精煉過(guò)程采用鋁深脫氧，在VD精煉的末期喂入鈣線進(jìn)行鈣處理夾雜物變性。電渣重熔實(shí)驗(yàn)用工具鋼8Cr13MoV自耗電極的化學(xué)成分見表2。自耗電極的直徑為90mm。氣體保護(hù)電渣重熔過(guò)程中氬氣先通過(guò)氣體干燥系統(tǒng)而進(jìn)入氣體保護(hù)罩。氬氣流量為50Nl/min。電渣重熔用渣中SiO2含量為1.3％，F(xiàn)eO含量為0.14％。預(yù)熔渣在電渣重熔實(shí)驗(yàn)前在烘箱內(nèi)800℃下烘烤5小時(shí)，每一爐次實(shí)驗(yàn)用渣量為6公斤。電渣重熔之前，預(yù)熔渣化渣時(shí)，向渣中加入0.18公斤鋁粉。電渣重熔過(guò)程的電流、電壓和結(jié)晶器出水溫度分別為2600A、45V和35℃。電渣重熔前機(jī)械打磨去除自耗電極表面的氧化鐵皮。8Cr13MoV工具鋼電渣鑄錠中典型的夾雜物如圖7和圖8所示，8Cr13MoV工具鋼電渣鑄錠中典型的夾雜物的掃描電鏡能譜圖如圖9和圖10所示進(jìn)一步驗(yàn)證了其鑄錠中的氧化物均沒有成為氮化物和一次碳化物形核的核心。這抑制了8Cr13MoV鋼中大尺寸碳化物的生成，細(xì)化了鋼中的碳化物，也使碳化物的分布更加均勻。表2自耗電極8Cr13MoV工具鋼的化學(xué)成分(mass％)當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3 

　　技術(shù)特征：

　　1.一種改善電渣重熔工模具鋼中碳化物的方法，所述方法依次包括熔煉、爐外精煉、澆鑄和電渣重熔；所述熔煉將原料熔煉成鋼液隨后依次經(jīng)爐外精煉、澆鑄制得自耗電極，經(jīng)所述電渣重熔進(jìn)一步將所述自耗電極精煉成電渣鑄錠，其特征在于，通過(guò)在所述爐外精煉中控制鋼中氧化物夾雜的種類并同時(shí)在電渣重熔中避免生成新的Al2O3夾雜，避免產(chǎn)生氮化物和一次碳化物的形核核心，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電渣鋼中碳化物尺寸細(xì)化和均勻分布的控制。

　　2.如權(quán)利要求1所述一種改善電渣重熔工模具鋼中碳化物的方法，其特征在于，所述爐外精煉的過(guò)程中控制鋼中氧化物夾雜的種類具體方式為，采用鋼液鋁深脫氧，爐外精煉的末期鈣處理進(jìn)行夾雜物改性，使鋼液中的Al2O3和MgO·Al2O3夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)殁}鋁酸鹽夾雜。

　　3.如權(quán)利要求2所述一種改善電渣重熔工模具鋼中碳化物的方法，其特征在于，針對(duì)化學(xué)成分不同的鋼液，所述鋼液鋁深脫氧所用的Al量根據(jù)熱力學(xué)化學(xué)反應(yīng)2[Al]+3[O]＝(Al2O3)slag計(jì)算得到，保證鋼液中的酸溶鋁質(zhì)量含量控制在0.015～0.075％。

　　4.如權(quán)利要求2所述一種改善電渣重熔工模具鋼中碳化物的方法，其特征在于，所述鈣處理為在爐外精煉結(jié)束末期喂入適量鈣線，進(jìn)行夾雜物變性處理，保證鋼液鈣鋁質(zhì)量比在0.01～0.15之間。

　　5.如權(quán)利要求1所述一種改善電渣重熔工模具鋼中碳化物的方法，其特征在于，所述電渣重熔用預(yù)熔渣中SiO2質(zhì)量含量≤1.5％，F(xiàn)eO質(zhì)量含量≤0.2％。

　　6.如權(quán)利要求1所述一種改善電渣重熔工模具鋼中碳化物的方法，其特征在于，電渣重熔前化渣時(shí)加入渣量質(zhì)量的3％～5％的鋁粉以進(jìn)一步還原去除渣料中不穩(wěn)定的氧化物。

　　7.如權(quán)利要求1所述一種改善電渣重熔工模具鋼中碳化物的方法，其特征在于，電渣重熔時(shí)在干燥氬氣氣氛下進(jìn)行，保證氣體保護(hù)罩內(nèi)微正壓。

　　8.如權(quán)利要求1所述一種改善電渣重熔工模具鋼中碳化物的方法，其特征在于，電渣重熔前，將自耗電極進(jìn)行扒皮處理，以去除自耗電極的氧化物鐵皮，防止電渣重熔時(shí)鋼液增氧，產(chǎn)生Al2O3夾雜。

　　9.如權(quán)利要求1所述一種改善電渣重熔工模具鋼中碳化物的方法，其特征在于，電渣重熔過(guò)程全程禁止采用鋁脫氧，避免電渣過(guò)程生成的Al2O3夾雜物成為氮化物和一次碳化物的形核核心。

　　10.如權(quán)利要求1-4任一所述一種改善電渣重熔工模具鋼中碳化物的方法，其特征在于，所述爐外精煉采用LF+VD或LF+RH工藝路線。

　　技術(shù)總結(jié)

　　本發(fā)明屬于工模具鋼生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種通過(guò)在鋼液精煉過(guò)程中控制氧化物夾雜，以改善電渣重熔工模具鋼中碳化物的生產(chǎn)方法。所述方法依次包括熔煉、爐外精煉、澆鑄和電渣重熔；所述熔煉將原料熔煉成鋼液、隨后鋼液依次經(jīng)爐外精煉、澆鑄制得自耗電極，經(jīng)所述電渣重熔進(jìn)一步將所述自耗電極精煉成電渣鑄錠，其特征在于，通過(guò)在所述爐外精煉中控制鋼中氧化物夾雜的種類并同時(shí)在電渣重熔中避免生成新的Al2O3夾雜，避免產(chǎn)生氮化物和一次碳化物的形核核心，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電渣鋼中碳化物尺寸和分布的控制。

　　技術(shù)研發(fā)人員：史成斌;李晶;吳龍

　　受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京科技大學(xué)

　　文檔號(hào)碼：201610835307

　　技術(shù)研發(fā)日：2016.09.20

　　技術(shù)公布日：2017.01.04