CN118147529A - 一种超低氧易切削合金模具钢及其冶炼方法 - Google Patents
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- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
本发明公开了一种超低氧易切削合金模具钢及其冶炼方法，属于炼钢的技术领域。超低氧易切削合金模具钢中：T.O≤0.0010%、Alt≤0.0025%、Ti≤0.0010%。冶炼方法包括高炉冶炼；转炉冶炼，转炉出钢，LF精炼，RH真空精炼，连铸。本发明铁水预处理KR不脱硫处理，获得高硫铁水，增大转炉出钢时钢水硫含量。转炉出钢过程先加部分硅、锰合金弱脱氧，同时出钢过程不加石灰等造渣料，脱氧产物主要是SiO2，形成超低碱度的酸性渣，可避免炉渣脱硫。在RH脱氧合金化时，向钢包渣面加入电石、铝酸钙渣面脱氧剂进一步脱除炉渣中的氧，避免连铸过程中氧化钢水中的合金元素，造成钢水二次污染，进一步提高钢水洁净度。
Description
技术领域
本发明涉及一种超低氧易切削合金模具钢及其冶炼方法，属于炼钢的技术领域。
背景技术
常规工艺生产含硫易切削合金模具钢，虽然在KR不脱硫或者选用部分高硫废钢，但在转炉内为了脱磷，选用高碱度渣系，导致转炉会脱除一部分S元素；同时，转炉出钢加合金、碳粉全脱氧，甚至加部分铝或其他强脱氧合金元素来降低钢水氧含量，造中高碱度渣系，LF精炼过程炉渣扩散脱氧及钙处理，均会造成钢水大量的脱硫，然后需要在LF精炼过程加入大量的硫线或硫铁，S元素控制稳定性差。
易切削合金模具钢广泛应用于各类模具、模架，便于加工切削，且可延长刀具寿命。由于其要求极高的加工性能和产品质量，对硫化物的形态控制、坯料纯净度、铸坯的坯型、铸坯表面及内部质量均有非常高的要求。因此，为了获得高质量的易切削合金模具钢，关键是控制好钢中S含量稳定性、硫化物夹杂形态、坯料氧含量、纯净度及铸坯质量，其中氧含量的控制又是生产过程中最难控制的，行业内还未有成熟的工艺公开和应用。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种超低氧易切削合金模具钢及其冶炼方法，其具体技术方案如下：
一种超低氧易切削合金模具钢，化学成分按质量百分数计包括：C：0.25%-0.55%、Si：0.20%-0.60%、Mn：1.25%-1.85%、Cr：1.7%-2.2%、Mo：0.10%-0.40%、S：0.05%-0.15%、Ni≤0.02%、Cu≤0.015%、P≤0.015%、N≤0.0025%、H≤0.0002%、Ti≤0.0010%，T.O≤0.0010%、Alt≤0.0025%，以及Fe和其他不可避免的组分。
上述的超低氧易切削合金模具钢的冶炼方法，按高炉冶炼—转炉冶炼—转炉出钢—LF精炼—RH真空精炼—连铸流程生产，具体为：
步骤1：高炉冶炼：选用高硫铁矿在高炉渣炼铁，获得铁水，出铁进入铁包，运至转炉冶炼，铁包中的铁水中成分按质量百分数计包括：C：4.10%-4.45%、Si：0.30%-0.75%、P≤0.10%、S：0.03%-0.08%，温度1360-1420℃；
步骤2：转炉冶炼：转炉装入量为200±5t，废钢比15%-20%，选用普通废钢冶炼，转炉吹炼结束前5min加入含硫渣，1min内加完，转炉冶炼结束，钢水温度1590-1630℃，C含量0.08%-0.15%时，O含量0.020%-0.035%，S含量0.025%-0.070%，停止吹炼，采用滑板挡渣，然后出钢；
步骤3：转炉出钢：转炉出钢20-30%时，先向钢包中加入30-40%硅合金、50-60%锰合金脱氧合金化，同时加入含硫渣造渣，然后再加入铬铁合金26-36kg/t、钼铁合金2-8kg/t、40-50%碳粉进行合金化，出钢过程底吹流量为500-700NL/min，出钢结束搅拌1-3min后再加硅酸钙合成渣造渣，控制炉渣碱度CaO/SiO2=0.8-1.3，加硅酸钙合成渣时底吹流量200-400NL/min，再搅拌小于1min，然后运至LF炉进行处理；
步骤4：LF精炼：全程开启底吹氩气，通电升温，加步骤3余下的锰合金、铬铁合金、钼铁合金将钢水成分、温度全部调节达标，升温期间透气砖氩气流量为350-450NL/min，加合金与合金化时透气砖氩气流量200-300NL/min，其余时间透气砖氩气流量为100-150NL/min；钢水合金成分和温度、炉渣成分全部达标后，加入超细粉石灰，将钢包渣碱度控制在2.5以上，T.Fe+MnO≤2%，运至RH处理；
步骤5：RH真空精炼：RH进站快速抽真空处理，真空度在5mbar以下时开始加步骤3余下的碳粉，提升气体流量为100-150Nm3/h，将碳含量调节达标（C：0.25%-0.55%），再加入步骤3余下的硅铁合金，若S含量不达标（S：0.05%-0.15%）再加入硫铁合金，使其达到目标成分，同时向RH两个浸渍管与钢包围成的三角区加入电石、铝酸钙合成渣脱氧，钢水炉渣脱氧合金化结束后提升气体流量改为150-200Nm3/h，真空度降至2mbar以下，处理时间≥15min，然后RH净循环、破空出钢，出钢后软搅拌和镇静处理，再运至连铸浇注；
步骤6：连铸：采用板坯连铸机保护浇注。
进一步的，所述转炉冶炼中，所述步骤2转炉冶炼中普通废钢中S质量百分含量：0.015%-0.055%，其余为Fe和其他常规成分；
含硫渣中各组分质量百分含量：S：2.5%-4.5%、CaO：35%-45%、SiO2：45%-55%，以及其他不可避免的组分，步骤2转炉冶炼中含硫渣加入量10—20kg/t，步骤3转炉出钢中含硫渣加入量3.5—5.5kg/t。
进一步的，所述步骤3中转炉出钢和步骤4中LF精炼所用硅合金中各组分质量百分含量：Si含量为73%—78%、P≤0.013%、Al≤0.0055%、Ti≤0.002%，其余为Fe和其他不可避免的组分。
进一步的，所述锰合金中各组分质量百分含量：Mn≥98%、P≤0.010%、Al≤0.0035%、Ti≤0.0025%，其余为Fe和其他不可避免的杂质组分；
所述铬铁合金中各组分质量百分含量：Cr：60%-65%、P≤0.012%，Al≤0.0035%、Ti≤0.002%，其余为Fe和其他不可避免的杂质组分；
所述钼铁合金中各组分质量百分含量： Mo：45%-50%、P≤0.015%、Al≤0.006%、Ti≤0.004%，其余为Fe和其他不可避免的杂质组分。
进一步的，所述步骤3转炉出钢中硅酸钙合成渣加入量8—10kg/t，各组分质量百分含量为： CaO 45%-55%、SiO2 35%-45%、Al2O3≤2%、MgO 3%-5%，以及其他不可避免的组分。
进一步的，所述步骤3转炉出钢中超细粉石灰加入量3—5kg/t，CaO≥95%，以及其他不可避免组分，粒度1—5mm占比≥90%，最大粒度不超过10mm。
进一步的，所述步骤5中RH真空精炼中硫铁合金中S质量百分含量：30%-40%，其余为铁和其他不可避免的组分；
所述电石加入量0.3—0.6kg/t，铝酸钙合成渣加入量1—2kg/t，铝酸钙合成渣按质量百分数计包括：Al：40%-50%、Al2O3：15%-25%、CaO：30%-40%、CaF2：2%-5%，以及其他不可避免的组分。
本发明的核心发明点技术原理和有益效果是：
铁水预处理KR不脱硫处理，获得高硫铁水，与含硫的普通废钢一起兑入转炉冶炼，增加初始原料中的硫含量。转炉冶炼后期加入含硫渣，增大渣中硫含量，促进炉渣向钢水中增硫，或者避免炉渣脱硫，增大转炉出钢时钢水硫含量。
转炉出钢过程先加部分硅、锰合金弱脱氧，同时出钢过程不加石灰等造渣料，脱氧产物主要是SiO2，形成超低碱度的酸性渣，可避免炉渣脱硫。同时加入含硫渣，遇到脱氧形成的SiO2超低碱度渣，结合大底吹搅拌，促进含硫渣中的S元素快速回到钢水中。低碱度合成渣（硅酸钙合成渣）加入钢水表面后适当降低底吹搅拌强度，避免炉渣脱硫。
LF精炼过程全程开中小底吹，钢水温度和成分、炉渣成分达到目标，然后再调节碱度，避免先调整炉渣碱度，在调整钢水成分时底吹搅拌作用造成大量脱硫，在LF精炼出钢前加超细粉石灰将炉渣碱度快速升高，但不进行搅拌，避免炉渣脱硫，超细粉石灰加入到低碱度精炼渣中可以快速熔化成渣。RH真空条件下先加碳粉，利用高真空条件下C元素深脱氧，然后加入余下的硅铁合金，进一步加强脱氧，同时长时间深真空处理，去除钢水中的夹杂物。另外，在RH脱氧合金化时，向钢包渣面加入电石、铝酸钙渣面脱氧剂进一步脱除炉渣中的氧，避免连铸过程中氧化钢水中的合金元素，造成钢水二次污染，进一步提高钢水洁净度。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本超低氧易切削合金模具钢主要化学成分按质量百分数计包括：C：0.25%-0.55%、Si：0.20%-0.60%、Mn：1.25%-1.85%、Cr：1.7%-2.2%、Mo：0.10%-0.40%、S：0.05%-0.15%、Ni≤0.02%、Cu≤0.015%、P≤0.015%、T.O≤0.0010%、N≤0.0025%、H≤0.0002%、Alt≤0.0025%、Ti≤0.0010%，以及Fe和其他不可避免的组分，本超低T.O易切削合金模具钢的冶炼方法中洁净度控制方法具体如下：
按高炉冶炼—转炉冶炼—LF精炼—RH真空处理—连铸流程生产。
高炉冶炼：选用高硫铁矿在高炉渣炼铁，获得铁水，出铁进入铁包，运至转炉冶炼，铁包中的铁水中成分按质量百分数计包括：C：4.10%-4.45%、Si：0.30%-0.75%、P≤0.10%、S：0.03%-0.08%，温度1360-1420℃。
下面给出本方法应用时的具体实施例，高炉冶炼出铁时的铁水部分成分及温度如表1所示。
表1
转炉冶炼：转炉装入量为200±5t，废钢比15%-20%，选用普通废钢冶炼，转炉吹炼结束前5min加入含硫渣，1min内加完，转炉冶炼结束，钢水温度1590-1630℃，C含量0.08%-0.15%时，O含量0.020%-0.035%，S含量0.025%-0.070%，停止吹炼，采用滑板挡渣，然后出钢；
普通废钢中S：0.015%-0.055%，其余为Fe和其他常规成分；含硫渣中S：2.5%-4.5%、CaO：35%-45%、SiO2：45%-55%，以及其他不可避免的组分，加入量10—20kg/t。
下面给出本方法应用时的具体实施例，转炉冶炼过程的部分参数如表2所示。
表2
转炉出钢：转炉出钢20-30%时，先向钢包中加入30-40%硅合金、50-60%锰合金脱氧合金化，同时加入含硫渣造渣，然后再加入全部的铬铁合金、钼铁合金、40-50%碳粉进行合金化，出钢过程底吹流量为500-700NL/min，出钢结束搅拌1-3min后再加硅酸钙合成渣造渣，控制炉渣碱度CaO/SiO2=0.8-1.3，加合成渣时底吹流量200-400NL/min，再搅拌小于1min，然后运至LF炉进行处理；
下面给出本方法应用时的具体实施例，转炉出钢过程的部分参数如表3所示。
表3
LF精炼：全程开启底吹氩气，通电升温，加锰合金、铬铁合金、钼铁合金将钢水成分、温度全部调节达标，加料与合金化时透气砖氩气流量200-300NL/min，升温期间透气砖氩气流量为350-450NL/min，其余时间透气砖氩气流量为100-150NL/min；钢水合金成分和温度、炉渣成分全部达标后，加入细粉颗粒石灰，将钢包渣碱度控制在2.5以上，T.Fe+MnO≤2%，运至RH处理；
转炉出钢和LF精炼所用硅合金Si 73%—78%、P≤0.013%、Al≤0.0055%、Ti≤0.002%，其余为Fe和其他不可避免的组分；锰合金主要成分包括Mn≥98%、P≤0.010%、Al≤0.0035%、Ti≤0.0025%，其余为Fe和其他不可避免的杂质组分；铬铁合金Cr：60%-65%、P≤0.012%，Al≤0.0035%、Ti≤0.002%，其余为Fe和其他不可避免的杂质组分；钼铁合金 Mo：45%-50%、P≤0.015%、Al≤0.006%、Ti≤0.004%，其余为Fe和其他不可避免的杂质组分；含硫渣加入量3.5—5.5kg/t，S：2.5%-4.5%、CaO：35%-45%、SiO2：45%-55%，以及其他不可避免的组分；硅酸钙合成渣加入量8—10kg/t，主要成分包括 CaO 45%-55%、SiO2 35%-45%、Al2O3≤2%、MgO 3%-5%，以及其他不可避免的组分；超细粉石灰加入量3—5kg/t，CaO≥95%，以及其他不可避免组分，粒度1—5mm占比≥90%，最大粒度不超过10mm。
下面给出本方法应用时的具体实施例，LF精炼过程的部分参数如表4所示。
表4
RH真空精炼：RH进站快速抽真空处理，真空度在5mbar以下时开始加碳粉，提升气体流量为100-150Nm3/h，将碳含量调节达标，再加入硅铁合金，若S含量不达标再加入硫铁合金，使其达到目标成分，同时向RH两个浸渍管与钢包围成的三角区加入电石、铝酸钙合成渣脱氧，钢水炉渣脱氧合金化结束提升气体流量改为150-200Nm3/h，真空度降至2mbar以下，处理时间≥15min，然后RH净循环、破空出钢，出钢后软搅拌和镇静处理，再运至连铸浇注。
硫铁合金S：30%-40%，其余为铁和其他不可避免的组分；电石加入量0.3—0.6kg/t，铝酸钙合成渣加入量1—2kg/t，按质量百分数计包括：Al：40%-50%、Al2O3：15%-25%、CaO：30%-40%、CaF2：2%-5%，以及其他不可避免的组分。
下面给出本方法应用时的具体实施例，RH真空精炼过程的部分参数如表5所示。
表5
连铸：采用板坯连铸机保护浇注。
上述3个实施例得到的超低氧易切削合金模具钢钢坯的部分性能如下表6所示。
表6
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (8)
1.一种超低氧易切削合金模具钢，化学成分按质量百分数计包括：C：0.25%-0.55%、Si：0.20%-0.60%、Mn：1.25%-1.85%、Cr：1.7%-2.2%、Mo：0.10%-0.40%、S：0.05%-0.15%、Ni≤0.02%、Cu≤0.015%、P≤0.015%、N≤0.0025%、H≤0.0002%、Ti≤0.0010%，以及Fe和其他不可避免的组分，其特征在于，以下元素含量：T.O≤0.0010%、Alt≤0.0025%。
2.权利要求1所述的超低氧易切削合金模具钢的冶炼方法，其特征在于，按高炉冶炼—转炉冶炼—转炉出钢—LF精炼—RH真空精炼—连铸流程生产，具体为：
步骤1：高炉冶炼：选用高硫铁矿在高炉渣炼铁，获得铁水，出铁进入铁包，运至转炉冶炼，铁包中的铁水中成分按质量百分数计包括：C：4.10%-4.45%、Si：0.30%-0.75%、P≤0.10%、S：0.03%-0.08%，温度1360-1420℃；
步骤2：转炉冶炼：转炉装入量为200±5t，废钢比15%-20%，选用普通废钢冶炼，转炉吹炼结束前5min加入含硫渣，1min内加完，转炉冶炼结束，钢水温度1590-1630℃，C含量0.08%-0.15%时，O含量0.020%-0.035%，S含量0.025%-0.070%，停止吹炼，采用滑板挡渣，然后出钢；
步骤3：转炉出钢：转炉出钢20-30%时，先向钢包中加入30-40%硅合金、50-60%锰合金脱氧合金化，同时加入含硫渣造渣，然后再加入铬铁合金26-36kg/t、钼铁合金2-8kg/t、40-50%碳粉进行合金化，出钢过程底吹流量为500-700NL/min，出钢结束搅拌1-3min后再加硅酸钙合成渣造渣，控制炉渣碱度CaO/SiO2=0.8-1.3，加硅酸钙合成渣时底吹流量200-400NL/min，再搅拌小于1min，然后运至LF炉进行处理；
步骤4：LF精炼：全程开启底吹氩气，通电升温，加步骤3余下的锰合金、铬铁合金、钼铁合金将钢水成分、温度全部调节达标，升温期间透气砖氩气流量为350-450NL/min，加合金与合金化时透气砖氩气流量200-300NL/min，其余时间透气砖氩气流量为100-150NL/min；钢水合金成分和温度、炉渣成分全部达标后，加入超细粉石灰，将钢包渣碱度控制在2.5以上，T.Fe+MnO≤2%，运至RH处理；
步骤5：RH真空精炼：RH进站快速抽真空处理，真空度在5mbar以下时开始加步骤3余下的碳粉，提升气体流量为100-150Nm3/h，将碳含量调节达标（C：0.25%-0.55%），再加入步骤3余下的硅铁合金，若S含量不达标（S：0.05%-0.15%）再加入硫铁合金，使其达到目标成分，同时向RH两个浸渍管与钢包围成的三角区加入电石、铝酸钙合成渣脱氧，钢水炉渣脱氧合金化结束后提升气体流量改为150-200Nm3/h，真空度降至2mbar以下，处理时间≥15min，然后RH净循环、破空出钢，出钢后软搅拌和镇静处理，再运至连铸浇注；
步骤6：连铸：采用板坯连铸机保护浇注。
3.根据权利要求2所述的冶炼方法，其特征在于，所述转炉冶炼中，所述步骤2转炉冶炼中普通废钢中S质量百分含量：0.015%-0.055%，其余为Fe和其他常规成分；
含硫渣中各组分质量百分含量：S：2.5%-4.5%、CaO：35%-45%、SiO2：45%-55%，以及其他不可避免的组分，步骤2转炉冶炼中含硫渣加入量10—20kg/t，步骤3转炉出钢中含硫渣加入量3.5—5.5kg/t。
4.根据权利要求2所述的冶炼方法，其特征在于，所述步骤3中转炉出钢和步骤4中LF精炼所用硅合金中各组分质量百分含量：Si含量为73%—78%、P≤0.013%、Al≤0.0055%、Ti≤0.002%，其余为Fe和其他不可避免的组分。
5.根据权利要求2所述的冶炼方法，其特征在于，所述锰合金中各组分质量百分含量：Mn≥98%、P≤0.010%、Al≤0.0035%、Ti≤0.0025%，其余为Fe和其他不可避免的杂质组分；
所述铬铁合金中各组分质量百分含量：Cr：60%-65%、P≤0.012%，Al≤0.0035%、Ti≤0.002%，其余为Fe和其他不可避免的杂质组分；
所述钼铁合金中各组分质量百分含量： Mo：45%-50%、P≤0.015%、Al≤0.006%、Ti≤0.004%，其余为Fe和其他不可避免的杂质组分。
6.根据权利要求2所述的冶炼方法，其特征在于，所述步骤3转炉出钢中硅酸钙合成渣加入量8—10kg/t，各组分质量百分含量为： CaO 45%-55%、SiO2 35%-45%、Al2O3≤2%、MgO3%-5%，以及其他不可避免的组分。
7.根据权利要求2所述的冶炼方法，其特征在于，所述步骤3转炉出钢中超细粉石灰加入量3—5kg/t，CaO≥95%，以及其他不可避免组分，粒度1—5mm占比≥90%，最大粒度不超过10mm。
8.根据权利要求2所述的冶炼方法，其特征在于，所述步骤5中RH真空精炼中硫铁合金中S质量百分含量：30%-40%，其余为铁和其他不可避免的组分；
所述电石加入量0.3—0.6kg/t，铝酸钙合成渣加入量1—2kg/t，铝酸钙合成渣按质量百分数计包括：Al：40%-50%、Al2O3：15%-25%、CaO：30%-40%、CaF2：2%-5%，以及其他不可避免的组分。
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