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CN106947908B - 一种连铸电渣生产4Cr5MoSiV1模具用钢的方法 - Google Patents

一种连铸电渣生产4Cr5MoSiV1模具用钢的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钢种生产方法技术领域，特别提供了一种连铸电渣生产4Cr5MoSiV1模具用钢的方法，包括如下步骤：电弧炉冶炼钢水、钢包精炼炉精炼钢水、真空脱气炉精炼钢水、连铸235mm×265mm中方坯、电渣重熔、加热轧制、退火，所述步骤中的钢水成分按质量百分比计控制为C：0.37～0.43％、Mn：0.30～0.50％、Si：0.90～1.20％、P：＜0.025％、S：0.010％、Cr：4.80～5.50％、Mo：1.20～1.50％、V：0.90～1.10％、Cu：＜0.25％、Ni：＜0.25％，余量为铁和不可避免的杂质。本发明采用连铸中方坯+电渣重熔+以轧代锻工艺，制造生产4Cr5MoSiV1模具用钢，既保证了4Cr5MoSiV1模具用钢的各项综合力学性能，又提高了4Cr5MoSiV1模具用钢的成材率，从而降低了生产成本并提升生产效率。

Description

一种连铸电渣生产4Cr5MoSiV1模具用钢的方法
技术领域
本发明属于钢种生产方法技术领域，特别提供了一种连铸电渣生产4Cr5MoSiV1模具用钢的方法。
背景技术
模具钢材是模具加工制造业中的重要材料，其直接影响模具加工、模具质量以及产品质量。用模具加工成型零件具有生产效率高、质量好、节约材料和成本低等一系列优点，应用范围极其广泛。热作模具钢是一类重要的模具材料，由于热作模具是在高温下长时间工作的，随着服役时间的延长其组织将发生变化，性能也会相应地发生改变，因此，这就要求热作模具钢具有良好的强韧性、冷热疲劳性能及高温热稳定性等。
4Cr5MoSiV1相当于ASTM中的H13、DIN标准中1.2344、JIS标准中的SKD61、ISO中的40CrMoV5等牌号，是既可用于热锻模具，又可用于热挤压模具，还可以用于压铸模具的中合金热作模具钢。其中4Cr5MoSiV1钢作为模具用钢的典型钢种，在模具加工制造业中得到了长足地发展和广泛地应用。4Cr5MoSiV1钢是一种5％Cr系中的中碳合金热作模具钢，其被大量地应用于热锻模具加工领域。该4Cr5MoSiV1钢具有优异的韧性和良好的冷热疲劳性能，其在600℃工作条件下与室温下的机械性能基本相同，适合用于制造工作温度为600℃，对韧性和塑性都具有较高要求的模具。4Cr5MoSiV1最早由美国在上世下半叶开发，由于其具有十分优异的淬透性，以及韧性好、耐磨性高、抗热疲劳好等特点，在热作模具钢中，4Cr5MoSiV1钢的综合性能表现十分突出，因此，它迅速被生产厂家所接受并成为主流热作模具钢，并陆续被世界各发达国家所采用。4Cr5MoSiV1钢的主要特性是：具有高的淬透性和高的韧性；优良的抗热裂能力，具有中等耐磨损能力，热处理的变形小，中等和高的切削加工性，中等抗脱碳能力。
基于上述的钢种特性，国内外都正在努力探究和拓展制造方法，以获得具有较低冶炼成本、合金化最合理的、具有最佳组织结构及优良综合性能的4Cr5MoSiV1钢。目前4Cr5MoSiV1钢的现有生产工艺主要有以下3种：
(1)电炉(转炉)→炉外精炼→模铸→锻打→热处理，是最为传统的一种方式。自80年代以来，国内大部分特殊钢厂都采用这种方法，它是较为传统的一种工艺模式。
(2)电炉→炉外精炼→模铸→初轧棒材→热处理，这种生产工艺采用以轧代锻工艺使得生产能耗降低较多，同时生产收得率也有所提高。
(3)电炉→炉外精炼→模铸→电渣重熔→锻打→热处理，这样的工艺通常是为了生产纯净度要求更高、致密度、综合性能均匀以及偏析程度较好的用途材料，其也是目前世界上公认生产高品质H13模具用钢最广泛的工艺流程。
但是，上述三种生产工艺都存在较多缺点。第一，通过模铸工艺生产钢锭，4Cr5MoSiV1模具用钢的成材率受到一定限制；第二，通过锻造方式来生产4Cr5MoSiV1模具用钢，虽然可以有效地改善钢坯内部组织，但是锻造方式的生产效率较低，并且成品模具用钢的尺寸精度不高；第三，模铸+电渣重熔钢锭生产的高端用途产品，其生产成本较高。
随着汽车制造、设备制造等行业的迅猛增长，4Cr5MoSiV1模具用钢应用于民用领域的市场需求量也随之增长，因此，能够获得一种高效率、高品质及低成本的4Cr5MoSiV1模具用钢生产工艺成为了相关生产企业的为之努力的方向。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种连铸电渣生产4Cr5MoSiV1模具用钢的方法，采用连铸中方坯+电渣重熔+以轧代锻工艺，制造生产4Cr5MoSiV1模具用钢，既保证了4Cr5MoSiV1模具用钢的各项综合力学性能，又提高了4Cr5MoSiV1模具用钢的成材率，从而降低了生产成本并提升生产效率。
本发明是这样实现的，一种连铸电渣生产4Cr5MoSiV1模具用钢的方法，包括如下步骤：电弧炉冶炼钢水、钢包精炼炉精炼钢水、真空脱气炉精炼钢水、连铸235mm×265mm中方坯、电渣重熔、加热轧制、退火，所述步骤中的钢水成分按质量百分比计控制为C：0.37～0.43％、Mn：0.30～0.50％、Si：0.90～1.20％、P：＜0.025％、S：0.010％、Cr：4.80～5.50％、Mo：1.20～1.50％、V：0.90～1.10％、Cu：＜0.25％、Ni：＜0.25％，余量为铁和不可避免的杂质。
进一步地，电炉冶炼钢水步骤采用废钢加铁水作为炉料，按质量百分比计，废钢占10～30％，铁水占70～90％；配C量1.10～1.30％，氧气氧化，激烈沸腾、自动流渣，氧化温度1550～1580℃，脱碳重量0.25～0.30％，出钢时候，C为0.05～0.25％，P≤0.010％，温度1630～1670℃，出钢1/4～1/3时加入渣料、预脱氧剂、铁合金。
进一步地，钢包精炼炉精炼钢水步骤分批加入C粉、FeSi粉2～4kg/t脱氧剂，每批间隔时间5～10min；全分析后继续扩散脱氧，保持还原气氛至吊包，白渣保持时间20min；脱氧后按控制成分下限C:0.37％、Mn：0.30％、Si：0.90％、Cr：4.80％、Mo：1.20％、V：0.90％，加入烘烤的铬铁、钼铁、钒铁合金，将成分调整到目标含量，即C：0.39％、Mn：0.40％、Si：1.00％、P：0.015％、S：0.005％、Cr：5.05％、Mo：1.40％、V：1.00％；全程控制氩气压力0.2～0.3MPa，防止钢水裸露造成二次氧化。
进一步地，真空脱气炉精炼钢水步骤中，入真空脱气炉温度1630～1660℃，真空度达到100Pa以下，保持时间15～25min；破真空后终脱氧，喂入CaSi线0.5kg/t；喂线后静吹氩时间20～30min，氩气压力0.1～0.3MPa，以渣面微动，钢水不裸露为准，防止二次氧化；吊包温度控制在1560～1570℃。
进一步地，连铸步骤中，大包第一炉温度1565～1575℃、连浇1545～1555℃，中间包温度1515～1525℃，拉速0.80～0.85m/min，二冷水比水量0.23L/kg，结晶器电磁搅拌电流400A，末端电磁搅拌电流330A，频率8Hz；全过程保护浇铸，结晶器保护渣使用中碳钢保护渣；铸坯切割采用自动加人工相结合的方式，连铸坯红钢垫底，上压两炉铸坯保证平直度，保温时间30～40h。
进一步地，电渣重熔步骤中，制造为235mm×265mm连铸坯；结晶器尺寸为上口630mm×下口660mm×高1600mm，结晶器上口设有氩气密封圈，并作如下控制要点：
1)渣系渣量：采用二元渣，渣比CaF2：Al2O3＝70％：30％，渣量：100kg；
2)设定电流：12500A；设定电压：61V；
3)钢锭冷却方式：模冷60min，罩冷48h。
进一步地，加热轧制步骤中，加热采用四角烧嘴换热式均热炉加热，加热温度1230℃，保温时间12～14h；轧制采用的是800初轧机，650精轧机，其中初轧温度1050～1080℃，连轧温度960～1000℃，减小轧机辊道冷却水流量，避免钢材开裂。
进一步地，退火步骤中，轧制结束后在保温12h后进行退火热处理，控制退火温度为870℃，退火保温5h，然后冷却至500℃出炉空冷。
与现有技术相比，本发明的优点在于，采用连铸中方坯+电渣重熔工艺生产4Cr5MoSiV1模具用钢，摒弃了现有技术中所采用的模铸+电渣重熔方法，而是采用连铸中方坯+电渣重熔+以轧代锻工艺生产，在大大提高高端4Cr5MoSiV1模具用钢的成材率并降低生产成本的同时，还保证了所获得的4Cr5MoSiV1模具用钢在成分控制、低倍组织，金相组织，非金属夹杂物、显微硬度及综合力学性能等方面都与采用现有模铸+电渣重熔工艺所制造的4Cr5MoSiV1模具用钢相当，满足4Cr5MoSiV1模具用钢的市场需求。
与现有技术生产4Cr5MoSiV1模具用钢相比较，本发明所述的采用连铸中方坯+电渣重熔工艺生产4Cr5MoSiV1模具用钢的方法所具备的优点如下：
1)各项综合力学性能优良；
2)非金属夹杂物含量低，钢材纯净度高；
3)生产工艺实施简单；
4)钢材成材率高，提高经济效益；
5)提高产品质量水平。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例、
采用本发明的技术方案制造4Cr5MoSiV1模具用钢的实际生产步骤如下：
1)电炉冶炼
44.3t铁水配6t废钢；氧气氧化，激烈沸腾、自动流渣，氧化温度1578℃，出钢时C为0.10％，P为0.005％，其它残余元素合格，温度1673℃，出钢1/4时加入渣料300kg，预脱氧剂铝铁80kg。
2)LF精炼
全程吹氩，采用活性石灰450kg，氧化铝球200kg造渣，使用碳粉、硅铁粉2～4kg/t粉状脱氧剂，每批间隔时间5～10min。白渣精炼，保持还原气氛至吊包，白渣保持时间不少于20min。脱氧良好后按控制成分下限加入烘烤的铬铁、钼铁、钒铁等合金，将成分调整到目标。全程控制氩气压力0.2～0.3MPa，防止钢水裸露造成二次氧化。吊包温度1665℃。
3)VD真空脱气
入VD温度1654℃，真空度达到100Pa以下，保持时间15min。破真空后终脱氧，喂入CaSi线120m。喂线后静吹氩时间30min，氩气压力0.1～0.3MPa，以渣面微动，钢水不裸露为准，防止二次氧化。吊包温度1565℃。
4)连铸
大包第一炉温度1560℃,中间包温度1520～1530℃，拉速0.80m/min，二冷水比水量0.23L/kg，结晶器电磁搅拌电流400A，末端电磁搅拌电流330A，频率8Hz。
5)电渣重熔
采用两节3.2m长235mm×265mm连铸坯并排焊接作为电极，焊接前要将铸坯表面进行修磨，清除表面氧化铁皮；使用辅助电极将二元渣(CaF2+Al2O3)100kg熔化，熔化后升温10min转为自耗电极，并调整电流正常熔炼，电流12500A，电压61V；熔炼后电渣锭模冷60min，罩冷48h。
6)加热轧制
加热温度1230℃，保温时间14h。初轧温度1080℃，终轧温度980℃；轧制规格≤Ф180mm。
7)退火
轧制结束后在保温12h后进行退火热处理，退火温度为870℃，退火保温6h，500℃出炉空冷。

Claims (6)

1.一种连铸电渣生产4Cr5MoSiV1模具用钢的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：电弧炉冶炼钢水、钢包精炼炉精炼钢水、真空脱气炉精炼钢水、连铸235mm×265mm中方坯、电渣重熔、加热轧制、退火，所述步骤中的钢水成分按质量百分比计控制为C：0.37～0.43％、Mn：0.30～0.50％、Si：0.90～1.20％、P：＜0.025％、S：0.010％、Cr：4.80～5.50％、Mo：1.20～1.50％、V：0.90～1.10％、Cu：＜0.25％、Ni：＜0.25％，余量为铁和不可避免的杂质；
所述电渣重熔步骤中，制造为235mm×265mm连铸坯；结晶器尺寸为上口630mm×下口660mm×高1600mm，结晶器上口设有氩气密封圈，并作如下控制要点：
1)渣系渣量：采用二元渣系，渣比CaF2：Al2O3＝70％：30％，渣量：100kg；
2)设定电流：12500A；设定电压：61V；
3)钢锭冷却方式：模冷60min，罩冷48h。
所述电弧炉冶炼钢水步骤采用废钢加铁水作为炉料，按质量百分比计，废钢占10～30％，铁水占70～90％；配C量1.10～1.30％，氧气氧化，激烈沸腾、自动流渣，氧化温度1550～1580℃，脱碳重量0.25～0.30％，出钢时候C为0.05～0.25％，P≤0.010％，温度1630～1670℃，出钢1/4～1/3时加入渣料、预脱氧剂、铁合金。
2.如权利要求1所述的连铸电渣生产4Cr5MoSiV1模具用钢的方法，其特征在于，所述钢包精炼炉精炼钢水步骤分批加入C粉、FeSi粉2～4kg/t脱氧剂，每批间隔时间5～10min；全分析后继续扩散脱氧，保持还原气氛至吊包，白渣保持时间不少于20～30min；脱氧后按控制成分下限C:0.37％、Mn：0.30％、Si：0.90％、Cr：4.80％、Mo：1.20％、V：0.90％，加入烘烤的铬铁、钼铁、钒铁合金，将成分调整到目标含量，即C：0.39％、Mn：0.40％、Si：1.00％、P：0.015％、S：0.005％、Cr：5.05％、Mo：1.40％、V：1.00％；全程控制氩气压力0.2～0.3MPa，防止钢水裸露造成二次氧化。
3.如权利要求1所述的连铸电渣生产4Cr5MoSiV1模具用钢的方法，其特征在于，所述真空脱气炉精炼钢水步骤中，入真空脱气炉温度1630～1660℃，真空度达到100Pa以下，保持时间15～25min；破真空后终脱氧，喂入CaSi线0.5kg/t；喂线后静吹氩时间20～30min，氩气压力0.1～0.3MPa，以渣面微动，钢水不裸露为准，防止二次氧化；吊包温度控制在1560～1570℃。
4.如权利要求1所述的连铸电渣生产4Cr5MoSiV1模具用钢的方法，其特征在于，所述连铸步骤中，大包第一炉温度1565～1575℃、连浇1545～1555℃，中间包温度1515～1525℃，拉速0.80～0.85m/min，二冷水比水量0.23L/kg，结晶器电磁搅拌电流400A，末端电磁搅拌电流330A，频率8Hz；全过程保护浇铸，结晶器保护渣使用中碳钢保护渣；铸坯切割采用自动加人工相结合的方式，连铸坯红钢垫底，上压两炉铸坯保证平直度，保温时间30～40h。
5.如权利要求1所述的连铸电渣生产4Cr5MoSiV1模具用钢的方法，其特征在于，所述加热轧制步骤中，加热采用四角烧嘴换热式均热炉加热，加热温度1230℃，保温时间12～14h；轧制采用的是800初轧机，650精轧机，其中初轧温度1050～1080℃，连轧温度960～1000℃，减小轧机辊道冷却水流量，避免钢材开裂。
6.如权利要求1所述的连铸电渣生产4Cr5MoSiV1模具用钢的方法，其特征在于，所述退火步骤中，轧制结束后在保温12h后进行退火热处理，控制退火温度为870℃，退火保温5h，然后冷却至500℃出炉空冷。
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CN103494686A (zh) * 2013-10-23 2014-01-08 南京市秦淮医院 方便移送病人的病床
CN105886699A (zh) * 2016-05-16 2016-08-24 西宁特殊钢股份有限公司 一种降低热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量的冶炼方法

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