CN106563780B - 一种中高碳中高合金工具钢大圆坯的连铸方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中高碳中高合金工具钢大圆坯的连铸方法，该方法包括：在连铸过程中，钢水过热度控制在10℃～30℃，结晶器电磁搅拌电流控制在250A～350A，频率控制在1.0～2.0Hz，凝固末端电磁搅拌电流控制在300A～400A，频率控制在5.0～8.0Hz；所述钢水具有如下的组成：C含量≥0.30％，Cr含量≥3.0％，总合金含量≥5％。本发明的方法通过设定和优化工艺参数，可克服高合金工具钢硬度高、不易矫直的缺点，同时避免了钢水的二次氧化，保证了产品质量，生产工艺简单，成材率高。所生产的合金工具钢具有组织均匀性好，综合力学性能优良的特点。

Description

一种中高碳中高合金工具钢大圆坯的连铸方法
技术领域
本发明属于冶金领域，具体涉及一种中高碳中高合金工具钢大圆坯的连铸方法。
背景技术
工模具被誉为"现代工业之母"，其对现代工业做出了不可磨灭的贡献，在现代工业中的重要性不言而喻。工模具钢是模具最重要的组成部分，也是模具材料中应用最为广泛的材料，是工模具制造产业重要的物质载体和技术基础，其品种、规格和质量对工模具的性能、使用寿命和制造周期起着决定性的作用。
目前，国内中高碳高合金工具钢主要依靠模铸生产，使用连铸生产中高碳高合金工具钢的难点在于，C、Cr、Mo等元素的含量比较高，此类钢种具有较好的高温强度和热疲劳稳定性，例如，H13、9Cr5Mo等，这样就使得此类钢种在使用弧形连铸机生产时需要很大的矫直力，现有的工艺很难实现，目前只有少数企业可以用方坯生产。
现有的工具钢生产工艺存在较多缺点：一是模铸生产不能连续，效率低，为了保证产品质量，钢锭冒口需要切除，成材率不足90％；二是方坯不能满足市场需求，现有的方坯工艺仅能生产最大断面为400mm×380mm规格的方坯，受电渣炉形状控制，需要直径Φ450～700mm规格的圆坯作为电渣重熔的原料，另外为了获得更大的轧制比，进而获得更好的内部质量，也需要大规格的连铸圆坯作为轧材母料。
在生产大连铸圆坯时，由于铸坯形状发生改变，铸坯的冷却、矫直工艺均发生改变，由于要保证铸坯形状，圆坯生产时不能使用动态轻压下技术，要保证铸坯内部质量更加困难。
随着汽车制造、设备制造等行业的迅猛增长，工具钢应用于民用领域的市场需求量也随之增长，因此，研发一种高效率、高品质及低成本的工具钢生产工艺成为了相关生产企业的为之努力的方向。
目前国内已经有生产圆坯的连铸方法报道，但是其生产的钢种以及产品的性能均不能满足目前企业的需求，主要原因是这些方法主要适用于低合金结构钢和低碳素结构钢，在生产中高碳中高合金工具钢时，铸坯矫直困难，疏松、缩孔严重的问题就暴露了出来，现有的连铸方法难以满足需要。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种高效率、高品质及低成本的生产中高碳中高合金工具钢大圆坯的连铸方法。
本发明的另一个目的在于提供一种中高碳中高合金工具钢大圆坯。
本发明提供了一种中高碳中高合金工具钢大圆坯的连铸方法，包括如下步骤：
在连铸过程中，钢水过热度控制在10℃～30℃，结晶器电磁搅拌电流控制在250A～350A，频率控制在1.0～2.0Hz，凝固末端电磁搅拌电流控制在300A～400A，频率控制在5.0～8.0Hz；
所述钢水具有如下的组成：C含量≥0.30％，Cr含量≥3.0％，总合金含量≥5％。
在上述连铸过程中，中间包有包盖覆盖，中间包内钢水采用中间包覆盖剂加碳化稻壳双层覆盖，所使用的结晶器保护渣碱度为0.55～0.65，熔化温度为1150℃～1170℃，粘度为1.4Pa·S～1.6Pa·S。
所述钢水具有如下的组成：C含量≥0.30％，Cr含量≥3.0％，总合金含量≥5％。
优选的，连铸过程中，钢包和中间包之间采用大包长水口连接，大包长水口和钢包滑动水口的缝隙处通入氩气，氩气流量控制在4～6Nm3/h,中间包和结晶器之间采用中间包整体式浸入式水口，水口***钢水液面的深度在100～130mm。更优选的，每8小时水口上移10～15mm。
优选的，连铸过程中，采用恒拉速控制，根据钢种和过热度的不同，第一炉拉速控制在0.2～0.4m/min，对应的比水量控制在0.07～0.1L/kg，当铸坯开始进入拉矫机后，后续炉次的拉速控制在0.18～0.38m/min，对应的比水量控制在0.06～0.1L/kg。
优选的，连上述连铸过程中，采用连续矫直的方法对圆坯进行矫直，矫直应变率控制在0.20％以下，最后两架拉矫机的压力设定一致。
优选的，连铸坯切割完成后入坑缓冷。
本发明结晶器中可以分钢种选用性能良好的结晶器专用保护渣。
本发明采用保护浇注，防止钢水二次氧化，避免造成连铸坯内部质量缺陷。
本发明通过合理的控制电搅参数、低过热度、稳定拉速及合理的比水量等措施分散凝固两相区溶质元素聚集，减少中心偏析，改善凝固组织，进而保证铸坯的中心疏松≤1.0级，缩孔≤0.5级。
本发明通过合理的调整铸坯拉速，使得铸坯的矫直在最佳塑性区进行，通过合理的分配各拉矫机压力，使得铸坯得到充分矫直。
本发明的方法可以用于直径为450～700mm的连铸圆坯，可以很好的克服中高碳高合金工具钢在矫直过程中硬度高，不易矫直的困难，同时很好的保证了铸坯的内部质量。
附图说明
图1示出了根据本发明的方法得到的直径为700mm圆坯的整支形貌图；
图2示出了根据本发明的方法得到的直径为700mm圆坯的中心横剖面的酸浸低
倍图。
图3示出了根据本发明的方法得到的直径为650mm圆坯的整支形貌图；
图4示出了根据本发明的方法得到的直径为650mm圆坯的中心横剖面的酸浸低
倍图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1
采用全弧形半径为16.5m连铸机生产直径700mm H13模具钢连铸圆坯，每流有9架拉矫机对铸坯进行矫直。
在连铸过程中，第一炉钢水过热度控制在30℃，结晶器电磁搅拌电流控制在260A，频率控制在1.5Hz，凝固末端电磁搅拌电流控制在360A，频率控制在7.5Hz，第一炉拉速控制在0.20m/min，对应的比水量为0.086L/kg，中间包有包盖覆盖，中间包内钢水采用中间包覆盖剂加碳化稻壳双层覆盖，使用H13专用结晶器保护渣，碱度为0.62，熔化温度为1155℃，粘度为1.4Pa·S。
钢包和中间包之间采用大包长水口连接，大包长水口和钢包滑动水口的缝隙处通入氩气，氩气流量控制在4.5Nm3/h,中间包和结晶器之间采用中间包整体式浸入式水口，水口初始***钢水液面的深度在120mm,每8炉变动一次渣线，每次上提10mm。
当铸坯开始进入拉矫机后，调整拉速为0.18m/min，对应的比水量控制在0.08L/kg，自第二炉开始，将钢水的过热度控制在10～20℃范围内。
连铸过程中，采用连续矫直的方法对圆坯进行矫直，拉矫机压力设定见下表。
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
压力/MPa 5 7 9 10.5 13.5 14 14 16 16
本实施例得到直径700mm H13模具钢连铸圆坯整支形貌如图1所示，可以看出铸坯平直度良好，低倍组织如图2所示，低倍组织缺陷按YB/T4149附录A评级图评定，中心疏松≤1.0级，缩孔≤0.5级，没有中心裂纹和中间裂纹。
实施例2
采用全弧形半径为16.5m连铸机生产直径650mm 70Cr3NiMo工具钢连铸圆坯，每流有9架拉矫机对铸坯进行矫直。
在连铸过程中，第一炉钢水过热度控制在30℃，结晶器电磁搅拌电流控制在300A，频率控制在1.2Hz，凝固末端电磁搅拌电流控制在360A，频率控制在6.0Hz，第一炉拉速控制在0.25m/min，对应的比水量为0.09L/kg，中间包有包盖覆盖，中间包内钢水采用中间包覆盖剂加碳化稻壳双层覆盖，使用9Cr5Mo专用结晶器保护渣，碱度为0.63，熔化温度为1156℃，粘度为1.4Pa·S。
钢包和中间包之间采用大包长水口连接，大包长水口和钢包滑动水口的缝隙处通入氩气，氩气流量控制在4.4Nm3/h,中间包和结晶器之间采用中间包整体式浸入式水口，水口初始***钢水液面的深度在120mm,每8炉变动一次渣线，每次上提10mm。
当铸坯开始进入拉矫机后，调整拉速为0.24m/min，对应的比水量控制在0.086L/kg，自第二炉开始，钢水的过热度在10～19℃范围内。
连铸过程中，采用连续矫直的方法对圆坯进行矫直，拉矫机压力设定见下表。
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
压力/MPa 10 11 12 13 14 18 27 30 30
本实施例得到直径650mm 70Cr3NiMo模具钢连铸圆坯平直度良好，如图3所示，低倍组织如图4所示，低倍组织缺陷按YB/T4149附录A评级图评定，中心疏松≤1.0级，缩孔≤0.5级，没有中心裂纹和中间裂纹。
需要说明的是，以上所述者仅为用以解释本发明之较佳实施例，并非企图据以对本发明作任何形式上之限制，是以，凡有在相同之发明精神下所作有关本发明之任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护之范畴。

Claims (6)

1.一种中高碳中高合金工具钢大圆坯的连铸方法，所述的方法包括如下步骤：
在连铸过程中，钢水过热度控制在10℃～30℃，结晶器电磁搅拌电流控制在250A～350A，频率控制在1.0～2.0Hz，凝固末端电磁搅拌电流控制在300A～400A，频率控制在5.0～8.0Hz；
所述钢水具有如下的组成：C含量≥0.30％，Cr含量≥3.0％，总合金含量≥5％；
连铸过程中，采用恒拉速控制，第一炉拉速控制在0.2～0.4m/min，对应的比水量控制在0.07～0.1L/kg，当铸坯开始进入拉矫机后，后续炉次的拉速控制在0.18～0.38m/min，对应的比水量控制在0.06～0.1L/kg。
2.根据权利要求1所述的中高碳中高合金工具钢大圆坯的连铸方法，其特征在于，连铸过程中，中间包有包盖覆盖，中间包内钢水采用中间包覆盖剂加碳化稻壳双层覆盖，所使用的结晶器保护渣碱度为0.55～0.65，熔化温度为1150℃～1170℃，粘度为1.4Pa·S～1.6Pa·S。
3.根据权利要求1所述的中高碳中高合金工具钢大圆坯的连铸方法，其特征在于，连铸过程中，钢包和中间包之间采用大包长水口连接，大包长水口和钢包滑动水口的缝隙处通入氩气，氩气流量控制在4～6Nm3/h,中间包和结晶器之间采用中间包整体式浸入式水口，水口***钢水液面的深度在100～130mm。
4.根据权利要求3所述的中高碳中高合金工具钢大圆坯的连铸方法，其特征在于，每8小时水口上移10～15mm。
5.根据权利要求1所述的中高碳中高合金工具钢大圆坯的连铸方法，其特征在于，连铸过程中，采用连续矫直的方法对圆坯进行矫直，矫直应变率控制在0.20％以下，最后两架拉矫机的压力设定一致。
6.根据权利要求1所述的中高碳中高合金工具钢大圆坯的连铸方法，其特征在于，连铸坯切割完成后入坑缓冷。
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