專利名稱：控制中碳含鉻模具鋼鋼錠中氮含量的冶煉方法及其鋼錠的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鐵基模具鋼鋼錠的制造領域，更具體地講，涉及一種控制中碳含鉻模具鋼鋼錠中氮含量的冶煉方法及其鋼錠。
背景技術：
氮含量高的模具鋼長時間放置將會變脆，同時使鋼的沖擊韌性、塑性、冷加工性能、成型性、延伸率、焊接性能顯著降低，這一現象稱為“老化”、“時效”或“鋼的冷脆”，原因是鋼中緩慢析出的氮化物將逐漸降低鋼的性能。在中、低碳模具鋼中，因鋼錠氮含量高產生的脆性比磷還嚴重。本發(fā)明所用的研究用鋼是一種中碳含5被％鉻模具鋼且為通用熱作模具鋼，該鋼·含有Cr、Si、Mn、Mo、V等合金元素，具有很高的淬透性；并且，由于該鋼含Cr、V等合金元素，該二元素與氮共生，在生產時極易吸氮。現有技術中，控制模具鋼鋼錠氮含量的生產工藝主要采用爐外精煉常規(guī)鑄造鋼錠，只是在VD真空精煉爐中喂入鋁線降低鋼中的氮含量，該工藝生產的鋼錠中B類非金屬夾雜物大于2. 5級，鋼錠中氮含量在IlOppm以上。目前國內對降低模具鋼中的氮含量的相關研究很少，本發(fā)明的目的旨在克服上述現有技術中的不足。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種有效控制模具鋼鋼錠中的氮含量小于60ppm的冶煉方法，以大幅度提聞|吳具鋼的使用壽命。為了實現上述目的，本發(fā)明的一方面提供了一種控制中碳含鉻模具鋼鋼錠中氮含量的冶煉方法，所述冶煉方法包括如下步驟:A、采用偏心爐底出鋼電爐進行初次冶煉，獲得氮含量小于或等于45ppm的鋼液；B、采用精煉爐進行大渣量精煉，并通過喂鋁線和加鈦鐵的方式來控制鋼液中的氮含量至SOppm以下；C、采用真空精煉爐進行二次精煉，并在真空處理過程中，保證在極限真空度小于67pa的時間大于18分鐘，使鋼液中的氮含量小于或等于40ppm ;D、模鑄時采用下注法，并在水口用氬氣保護澆鋼過程，得到氮含量小于或等于60ppm的鋼錠。根據本發(fā)明的控制中碳含鉻模具鋼鋼錠中氮含量的冶煉方法的一個實施例，所述冶煉方法采用優(yōu)質生鐵及廢鋼進行配料。根據本發(fā)明的控制中碳含鉻模具鋼鋼錠中氮含量的冶煉方法的一個實施例，在步驟A中，出鋼溫度控制為高于1650°C。根據本發(fā)明的控制中碳含鉻模具鋼鋼錠中氮含量的冶煉方法的一個實施例，在步驟C中，在真空處理前去渣50%。根據本發(fā)明的控制中碳含鉻模具鋼鋼錠中氮含量的冶煉方法的一個實施例，在步驟C中，采用Al、Ca進行脫氧處理。
根據本發(fā)明的控制中碳含鉻模具鋼鋼錠中氮含量的冶煉方法的一個實施例，在步驟D中，在澆鋼前向鋼錠模內吹入氬氣以排出空氣。本發(fā)明的另一方面提供了一種氮含量小于或等于60ppm的模具鋼鋼錠，所述模具鋼鋼錠采用上述的控制中碳含鉻模具鋼鋼錠中氮含量的冶煉方法制造。根據本發(fā)明的氮含量小于或等于60ppm的模具鋼鋼錠的一個實施例，所述模具鋼鋼錠為中碳含5wt%鉻的模具鋼鋼錠。本發(fā)明工藝簡單、控制方便，可以有效控制模具鋼鋼錠中的氮含量至較低水平，有利于提高并保持模具鋼的沖擊韌性、塑性、冷加工性能、成型性、延伸率、焊接性能等性能，具有良好的應用前景。
具體實施例方式在下文中，將結合示例性實施例來詳細說明本發(fā)明?！じ鶕景l(fā)明一方面的控制中碳含鉻模具鋼鋼錠中氮含量的冶煉方法包括步驟:A、采用偏心爐底出鋼電爐進行初次冶煉，獲得氮含量小于或等于45ppm的鋼液；B、采用精煉爐進行大渣量精煉，并通過喂鋁線和加鈦鐵的方式來控制鋼液中的氮含量至SOppm以下；
C、采用真空精煉爐進行二次精煉，并在真空處理過程中，保證在極限真空度小于67pa的時間大于18分鐘，使鋼液中的氮含量小于或等于40ppm ;D、模鑄時采用下注法，并在水口用氬氣保護澆鋼過程，得到氮含量小于或等于60ppm的鋼錠。優(yōu)選地，上述冶煉方法采用優(yōu)質生鐵及廢鋼進行配料。并且，要求生鐵及廢鋼清潔、干燥、無油污、塊度適當，由于原料中的P、S及五害元素很低，完全滿足模具鋼對殘余元素的要求。其中，采用EBT偏心爐底出鋼電爐進行初次冶煉。在熔化期采用大功率送電熔化、迅速造好氧化渣進行快速脫磷、保證氧化溫度大于1580°C，并在氧化末期保證一定的鋼液碳含量，此時采用增大氧氣流量的方法一方面快速脫碳，另一方面在脫碳的同時并在鋼液中的氧含量過飽和的情況下盡可能去除鋼液中的氮，使實際生產時偏心爐底出鋼電爐的初次冶煉末期鋼液中氮含量在40ppm以下。優(yōu)選地，將出鋼溫度控制為高于1650°C。由于該類鋼在精煉時合金的加入量在5000Kg以上，合金加入量大，而若出鋼溫度低于1650°C，則精煉時間將很長，鋼液吸氮嚴重；相反，若出鋼溫度高于1650°C，精煉時間將大幅縮短，鋼液中的氮含量將有效地控制在80ppm以內。采用LF鋼包爐進行精煉，鋼包入LF精煉爐后，調整氬氣流量并送電精煉。為了防止在精煉時空氣中的氮氣進入鋼液導致吸氮，宜在精煉時采用大渣量并快速升溫，主要以碳粉還原為主，迅速造好精煉渣、進行合金化并保證鋼液脫氧、脫硫良好，控制S ( 0. 008%、S+P ( 0. 020%，最后視鋼液中的氮含量通過喂鋁線和加鈦鐵的方式來控制鋼液中的氮含量至80ppm以下。采用VD真空精煉爐進行二次精煉，為了保證VD真空精煉爐的去氣效果，在鋼液真空處理前適當減少渣量，例如在真空處理前去渣50%，以保證在真空處理時爐渣透氣性良好，并通過真空處理及采用Al、Ca進行脫氧處理以使鋼中氧含量及夾雜物降到盡可能低的水平。在真空處理過程中，保證在極限真空度小于67pa的時間大于18分鐘以使鋼液中氮含量在40ppm以下，同時經過VD真空處理使鋼中氮、氫含量盡可能地降低。
模鑄時采用下注法，并在水口用氬氣保護澆鋼過程，一方面在澆鋼前通過在鋼錠模內吹入氬氣的方式排出鋼錠模內的空氣，以防止空氣中的氮氣進入鋼液導致增氮；另一方面通過在水口用氬氣保護澆鋼過程，有效地防止了鋼液在澆鋼過程中的增氮。根據本發(fā)明另一方面的氮含量小于或等于60ppm的模具鋼鋼錠則是采用上述控制中碳含鉻模具鋼鋼錠中氮含量的冶煉方法制造。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，所述模具鋼鋼錠為中碳含5wt%鉻的模具鋼鋼錠。為了更好地理解本發(fā)明、下面結合具體示例進行詳細描述。實施例I :a、配料采用優(yōu)質生鐵及廢鋼配料。配比優(yōu)質生鐵40%，廢鋼60%。
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b、EBT偏心爐冶煉工藝流程裝料、送電熔化、造高堿度(R=4. 8-6. 0)硅酸鹽氧化渣低溫(1520-1550°C)脫磷至0. 006%以下、氧化脫碳(氧化溫度大于1580°C，脫碳量彡0. 40%)。要求氧化期做到高溫氧化，劇烈沸騰。鋼液純沸騰時間在8分鐘以上，以利于鋼中氣體及夾雜物的上浮。要求造泡沫渣，以防止電弧區(qū)空氣離解造成鋼液嚴重吸氮。氧化末期取樣分析N含量，控制EBT爐氧化末期鋼液中N含量小于45ppm并且通過偏心爐底出鋼至鋼包。出鋼過程向鋼包中加入脫氧劑，脫氧劑Fe-Si 2Kg/t、Al塊2Kg/t ;合金根據爐中終點碳含量，加烤紅的高Cr或低Cr2. Ot ;渣料烤紅且無粉末石灰400Kg，螢石lOOKg。通過電爐初次冶煉，可獲得氮含量小于45ppm的鋼液。C、LF鋼包爐精煉工藝流程入罐、測溫，根據包中鋼液溫度及渣量的情況，補加石灰500Kg、螢石60Kg。送電升溫，LF鋼包精煉爐按白渣操作，用碳粉保持，白渣保持時間> 15min，碳粉用量為I. 5-3. OKg/t，碳粉還原后補加適量Si粉和Al粉，進行深度脫氧去硫。白渣流動性及鋼液脫氧良好，溫度> 1600°C,S^ 0. 008%，取樣全分析，調整成分，取樣全分析(包括氮含量分析)，確保成分完全進入以滿足要求。LF爐還原的后期，根據爐渣情況，加入60-100Kg/爐的硅石以適當降低爐渣堿度。通過喂鋁線方式添加0. 06%鋁并加Ti-Fe50Kg，通過大渣量精煉及添加0. 06%鋁和50KgTi-Fe，可獲得氮含量小于80ppm的精煉鋼液。d、VD真空精煉爐精煉在真空處理過程中，一方面為保證精煉渣的透氣率及脫氮效果，要求真空處理前精煉鋼液溫度> 1670°C除渣50%方可抽空，要求入VD真空精煉爐渣厚度彡40mm;另一方面為控制鋼液中的非金屬夾雜物，提高冶金質量，要求VD真空精煉之前根據鋼中硅含量，喂硅鈣線200米/爐。極限真空度彡67Pa下的保持時間彡15min，真空處理過程中合理調整氬氣流量，具體的調整步驟可以為，在一個大氣壓至67Pa，的條件下使氬氣流量由30N1/min到120Nl/min逐漸升高，在極限真空度彡67Pa時并保持時間15min過程中，氬氣流量控制在120Nl/min到200Nl/min，這樣可使去氮率達50%以上。實際生產時，在真空處理過程中，鋼液中的氮含量由真空精煉前的80ppm降低為40ppm。通過真空處理可獲得氮含量小于40ppm的優(yōu)質精煉鋼液。e、模鑄模鑄時采用下注法，并在水口用氬氣(流量80Nl/min)全程保護澆鋼和澆注過程并在模內吹氬氣排除空氣相結合的方法，同時還確保鋼包水口離中注管口高度< 60mm，保證自動開澆。由此，可獲得氮含量小于60ppm的優(yōu)質鋼錠。采用本實施例的方法制備3. 24t方錠、3. 50t方錠、4. OOt八角錠、小430mm電極母材(3. 42t)，之后分別對模鑄的鋼錠進行氮和氧含量檢測，結果分別為氮含量為60ppm、氧含量為16ppm ;氮含量為56ppm、氧含量為15ppm ;氮含量為59ppm、氧含量為18ppm ;氮含量為60ppm、氧含量為16ppm。綜上所述，本發(fā)明的中碳含鉻模具鋼鋼錠中氮含量的冶煉方法工藝簡單，實用性強，可以有效控制模具鋼鋼錠中的氮含量至較低水平，有利于提高并保持模具鋼的沖擊韌性、塑性、冷加工性能、成型性、延伸率、焊接性能等性能，具有良好的應用前景；根據本發(fā)明的冶煉方法制造的模具鋼鋼錠中的氮含量則能夠達到小于或等于60ppm的水平。盡管上面已經結合示例性實施例描述了本發(fā)明的中碳含鉻模具鋼鋼錠中氮含量的冶煉方法及其鋼錠，但是本領域普通技術人員應該清楚，在不脫離權利要求的精神和范·圍的情況下，可以對上述實施例進行各種修改。
權利要求
1.一種控制中碳含鉻模具鋼鋼錠中氮含量的冶煉方法，其特征在于，所述冶煉方法包括如下步驟 A、采用偏心爐底出鋼電爐進行初次冶煉，獲得氮含量小于或等于45ppm的鋼液； B、采用精煉爐進行大渣量精煉，并通過喂鋁線和加鈦鐵的方式來控制鋼液中的氮含量至80ppm以下； C、采用真空精煉爐進行二次精煉，并在真空處理過程中，保證在極限真空度小于67pa的時間大于18分鐘，使鋼液中的氮含量小于或等于40ppm ； D、模鑄時采用下注法，并在水口用氬氣保護澆鋼過程，得到氮含量小于或等于60ppm的鋼錠。
2.根據權利要求I所述的控制中碳含鉻模具鋼鋼錠中氮含量的冶煉方法，其特征在于，所述冶煉方法采用優(yōu)質生鐵及廢鋼進行配料。
3.根據權利要求I所述的控制中碳含鉻模具鋼鋼錠中氮含量的冶煉方法，其特征在于，在步驟A中，將出鋼溫度控制為高于1650°C。
4.根據權利要求I所述的控制中碳含鉻模具鋼鋼錠中氮含量的冶煉方法，其特征在于，在步驟C中，在真空處理前去渣50wt%。
5.根據權利要求I所述的控制中碳含鉻模具鋼鋼錠中氮含量的冶煉方法，其特征在于，在步驟C中，采用Al、Ca進行脫氧處理。
6.根據權利要求I所述的控制中碳含鉻模具鋼鋼錠中氮含量的冶煉方法，其特征在于，在步驟D中，在澆鋼前向鋼錠模內吹入氬氣以排出空氣。
7.一種氮含量小于或等于60ppm的模具鋼鋼錠，其特征在于，所述模具鋼鋼錠采用如權利要求I至6中任一項所述的控制中碳含鉻模具鋼鋼錠中氮含量的冶煉方法制造。
8.根據權利要求7所述的氮含量小于或等于60ppm的模具鋼鋼錠，其特征在于，所述模具鋼鋼錠為中碳含5wt%鉻的模具鋼鋼錠。
全文摘要
本發(fā)明的控制中碳含鉻模具鋼鋼錠中氮含量的冶煉方法包括如下步驟A、采用偏心爐底出鋼電爐進行初次冶煉，獲得氮含量小于或等于45ppm的鋼液；B、采用精煉爐進行大渣量精煉，并通過喂鋁線和加鈦鐵的方式來控制鋼液中的氮含量至80ppm以下；C、采用真空精煉爐進行二次精煉，并在真空處理過程中，保證在極限真空度小于67pa的時間大于18分鐘，使鋼液中的氮含量小于或等于40ppm；D、模鑄時采用下注法，并在水口用氬氣保護澆鋼過程，得到氮含量小于或等于60ppm的鋼錠。本發(fā)明的氮含量小于或等于60ppm的模具鋼鋼錠則采用上述冶煉方法制備。本發(fā)明可以有效控制模具鋼鋼錠中的氮含量至較低水平，有利于提高并保持模具鋼的綜合性能，具有良好的應用前景。
文檔編號C21C7/10GK102787206SQ20121028436
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月6日 優(yōu)先權日2012年8月6日
發(fā)明者岳振峰, 張來明, 蔡武, 謝珍勇 申請人:攀鋼集團江油長城特殊鋼有限公司