阅读说明：本技术 Cr12冷作模具钢精炼稀土添加方法 (Rare earth adding method for Cr12 cold work die steel refining ) 是由 吴铖川 王洪利 王唐林 杜思敏 于 2020-04-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及Cr12冷作模具钢精炼稀土添加方法,属于模具钢冶金技术领域。本发明解决的技术问题是对于Cr12冷作模具钢目前还没有相适宜的稀土添加方法在提升稀土收得率的同时满足夹杂物要求。本发明的技术方案是采用EF电炉冶炼+LF精炼+VD真空精炼冶炼Cr12冷作模具钢,LF精炼完成脱氧、合金化后添加稀土,VD真空精炼破空后立即添加稀土,出钢,模铸浇注。本发明稀土收得率≥50％,夹杂物按GB/T10561-2005的A法检验与评级,A、B、C、D粗/细系及Ds各类非金属夹杂物级别≤2.0级的达标率≥85％,能开发出各类夹杂物≤1.0级的高端冷作模具钢。(The invention relates to a method for adding Cr12 cold-work die steel refining rare earth, belonging to the technical field of die steel metallurgy. The invention solves the technical problem that no appropriate rare earth adding method for Cr12 cold-work die steel can meet the requirement of inclusions while improving the yield of rare earth. The technical scheme of the invention is that EF electric furnace smelting, LF refining and VD vacuum refining are adopted to smelt Cr12 cold work die steel, rare earth is added after LF refining is performed to deoxidize and alloy, rare earth is immediately added after VD vacuum refining is broken, tapping is performed, and die casting pouring is performed. The yield of the rare earth is more than or equal to 50 percent, the inclusions are inspected and graded according to the GB/T10561-2005 method A, the standard reaching rate of A, B, C, D coarse/fine series and Ds various non-metallic inclusions with the grade less than or equal to 2.0 is more than or equal to 85 percent, and high-end cold-work die steel with various inclusions less than or equal to 1.0 grade can be developed.)

Cr12冷作模具钢精炼稀土添加方法

技术领域

本发明属于模具钢冶金技术领域，具体涉及Cr12冷作模具钢精炼稀土添加方法。

背景技术

现有市场上应用最广泛的冷作模具钢材料主要为高碳高铬冷作模具钢Cr12、Cr12MoV等，其具有较高的淬透性、淬硬性、耐磨性，高温抗氧化性能好，因此作为通用型冷作模具钢材料广泛应用于制造各种用途的冷作模具，例如形状复杂的冲孔凹模、冷挤压模、滚螺纹轮、冷剪切刀和精密量具等。因而对冷作模具钢的性能要求较高，同时对冷作模具钢中夹杂物的控制也提出了较高的要求，要求冷作模具钢中不能有较大尺寸的硬性夹杂，尤其是大于20μm的夹杂物，因为在产品使用过程中很容易由于高压以及磨蚀等引起夹杂物脱落，从而形成裂纹源，降低产品使用寿命，甚至发生事故。

冷作模具钢中的夹杂物含量高，极易引起冷作模具钢产品在使用过程中出现麻坑以及疲劳断裂等质量问题，严重影响产品的使用寿命。尤其是高熔点的Al₂O₃夹杂物以及硫化物类夹杂物，Al₂O₃夹杂物在轧制过程中由于其变形率较小，会导致产品疲劳强度降低以及产生表面缺陷，硫化物类夹杂极易溶解于含Cl离子水中，降低钢的抗腐蚀性能，另一方面还降低钢的塑性、韧性和抗疲劳性能，如果钢种硫化物含量超过一定标准，在冶炼生产和轧制过程将会造成铸坯裂纹，严重影响产品质量。因此，提高冷作模具钢洁净度，降低其夹杂物含量，对于提高冷作模具钢产品品质具有重要作用。

稀土元素对钢水的脱氧、脱硫、夹杂物变性处理、凝固组织及钢材性能均具有重要影响。大量研究表明，在冷作模具钢中添加稀土元素，可以对钢液中的氧化物和硫化物夹杂进行变性处理，生成细小、接近球形的稀土化合物。同时，稀土元素能细化铸态莱氏体组织，消除沿晶界偏聚的硫磷等有害元素，使碳化物分布均匀，使晶粒得到细化，组织更加均匀，从而可大大提高钢的力学性能。故国内外高端冷作模具钢大多采取添加微量稀土元素的方式来提高钢的洁净度水平及综合力学性能。目前国内在钢的冶炼或轧制控制夹杂物方面的专利或文章较多，但是针对钢的冶炼过程中还没有相适宜的稀土加入方法能够在提升稀土收得率的同时满足控制夹杂物的要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是对于Cr12冷作模具钢目前还没有相适宜的稀土添加方法，在提升稀土收得率的同时满足钢种夹杂物控制要求。

本发明提供Cr12冷作模具钢精炼稀土添加方法，采用EF电炉冶炼+LF精炼+VD真空精炼生产Cr12冷作模具钢，其中LF精炼完成脱氧、合金化后添加稀土，VD真空精炼破空后立即添加稀土，出钢，模铸浇注。

其中，LF精炼完成脱氧、合金化后化学成分以质量百分数计为Al 0.01-0.04％，S≤0.005％、O≤0.0020％。

其中，VD真空精炼破空后以插杆插入的加入方式加入稀土。

其中，LF精炼结束后稀土添加量控制在0.05-0.0.075kg/t钢。

其中，VD真空精炼破空后稀土添加量控制在0.05-0.0.075kg/t钢。

其中，LF精炼结束后控制炉渣中SiO₂的含量以质量百分数计≤10％。

其中，VD真空精炼极限真空度≤67Pa，极限真空下保持时间≥15min。

其中，VD真空精炼极限真空下吹Ar，Ar流量≥120L/min，破空前约1～2min，将Ar流量调到20～40L/min。

其中，VD真空精炼破空后立即取样分析，控制[H]≤2.5ppm，然后软吹、添加稀土。

其中，VD真空精炼破空后软吹氩时间控制在30～50min。

其中，软吹流量控制在15-30L/min。

本发明的有益效果：

采用本发明稀土添加方法生产Cr12MoV冷作模具钢，稀土收得率≥50％，夹杂物按GB/T10561-2005的A法检验与评级，A、B、C、D粗/细系及Ds各类非金属夹杂物级别≤2.0级的达标率≥85％，能开发出各类夹杂物≤1.0级的高端冷作模具钢；

本发明稀土的加入使得钢中夹杂物类型及形貌得到控制，由原来B类(串状、链状的Al₂O₃)、A类(硫化物类夹杂)转变为D类(圆形、椭圆形的稀土氧化物、稀土硫化物、铝酸稀土及稀土氧硫化物)；

通过本方法生产得到的Cr12系列冷作模具钢纯净度得到大幅提升，钢中夹杂物类型最佳，尺寸分布细小弥散，降低夹杂物级别，最终达到提高冷作模具钢产品质量的目的。

具体实施方式

本发明提供Cr12冷作模具钢精炼稀土添加方法，采用EF电炉冶炼+LF精炼+VD真空精炼生产Cr12冷作模具钢，具体可按照如下操作和要求进行：

工艺流程：EF→LF→VD→模铸。

原材料要求：各种原材料以及钢种成分符合GB/T1299-2014中Cr12MoV和美标ASTMA686/ASTM A681中D2，日标JIS G4401/JIS G4404中SKD11钢种成分的要求。

EF电炉冶炼：

按照钢种成分要求加入原料进行冶炼，炉料全部融化后，钢液温度≥1580℃时，单管低压深吹氧，流渣去Si、去Mn，充分搅拌取样全分析满足钢种要求后出钢，进入下一工序；

LF精炼：

承接上一工序，出钢后钢包及时除渣进LF精炼，其中入LF条件为温度≥1550℃，渣厚≤20mm，测温，喂Al线100m/炉，调整好氩气流量，还原彻底呈渣白后取样分析，控制化学成分满足标准，确保合金化，其中，[S]≤0.005％、[O]≤0.0020％，根据样回调整全Al含量至0.01-0.04％范围内，然后按0.075kg/吨钢的添加量加入稀土，LF精炼完成后控制炉渣中SiO₂的含量≤10％；

VD真空精炼：

承接上一工序，吊包温度≥1560℃后除渣约1/2到VD进行真空处理，抽空要求极限真空度≤67Pa，极限真空下保持时间≥15min，极限真空下大流量吹Ar(吹Ar流量≥120L/min)，破空前约1～2min，将吹Ar流量调到20～40L/min，破空后立即按0.075kg/吨钢的添加量加入稀土，稀土的加入方式采用专用插杆插入，破空后软吹氩时间控制在30～50min之间；

VD真空精炼后采用常规的浇注工艺即可，作为优选的，可按照如下操作进行：

浇注前向中注管内通氩气3～5min，浇注时采用Ar气保护浇注，水口和浇口准确对中，并且水口和浇口之间高度不能过高，目测后高度尽量控制在≤100mm，减少钢液的二次污染。使用的中注管高度需比锭模高300mm以上，以保证钢水浇注时有足够的静压力，锭身浇注要求液面平稳上升，帽口补缩要慢且充分。

本发明加入稀土的时机和条件很关键，在LF后期加入稀土以及VD真空精炼破空后加入稀土，原因在于稀土的脱氧、脱硫能力很强，在LF后期加入稀土，可提前对钢液进行深脱硫和脱氧，然后在VD真空精炼破空后直接加稀土，此时钢液中的条件最好，钢种O、S含量低，稀土收得率高。具体的，稀土加入后，一是对钢液中Al₂O₃和MnS夹杂物进行变性处理；二是对钢液进行进一步的脱氧、脱硫；三是残余一些稀土在钢种，固溶到基体中，细化铸态莱氏体组织，消除沿晶界偏聚的硫磷等有害元素，使碳化物分布均匀，使晶粒得到细化，组织更加均匀，从而可大大提高钢的力学性能。

除了稀土的加入时机和条件，LF精炼结束后稀土含量少，稀土进行脱氧、脱硫、变性夹杂物的含量不够，稀土含量多，稀土过多，会有还原渣SiO₂的趋势，稀土有持续被氧化的倾向，稀土收得率会下降；VD真空精炼破空后稀土含量少，钢中残余的稀土含量少，稀土起的有利作用不够，稀土含量多，钢中残余的稀土夹杂物含量增加，对钢的成品探伤和性能有不利影响。

另外，本发明VD工序以插杆插入的加入方式，稀土的收得率比较高，稀土的高收得率说明钢中稀土生产的含稀土夹杂物比较少，钢中稀土残余量和稀土夹杂物含量二者对稀土钢的性能起着决定性的因素。

以下通过实施例对本发明作进一步的解释和说明

实施例1

炉号419V2-1520，钢种Cr12MoV；

EF炉料全熔，温度1630℃，单管低压深吹氧，流渣去Si、去Mn，充分搅拌，1670℃钢渣混冲出钢，出完钢钢包及时除渣进LF精炼，入LF条件：温度1570℃，渣厚20mm；

LF喂Al线100m/40t炉，调整好氩气流量30L/min，LF还原彻底，渣白，取样分析后(包括全Al)，样回，全Al 0.015％，添加稀土2.5kg/40t炉，LF出钢即将钢包吊至下一工位成分：C1.50、Cr11.85、Mo0.45、V0.20、Mn0.30、Si0.33、S0.005、P0.015，LF吊包至VD温度1580℃；

VD极限真空压力67pa，极限真空时间25min，极限真空下大流量吹Ar，吹Ar流量为150L/min，破空前2min，将吹Ar流量调到30L/min，破空后及时对钢液进行测温并取[H]样，[H]为1.2ppm，破空后在钢液中以插杆插入的加入方式加入稀土，加入量为2.5kg/40t炉，VD破空后总软吹时间控制为35min，温度1460℃吊包出钢，浇铸。

通过上述控制方法生产的Cr12MoV冷作模具钢，对成品夹杂物进行检验，稀土收得率57％，按GB/T10561-2005的A法检验与评级：A类(硫化物类)夹杂细系、粗系均为1.0级；B类(氧化铝类)夹杂细系为1.0级，粗系为0.5级；D类(单颗粒球状类)夹杂细系为1.0级，粗系为1.0级。

实施例2

炉号419V2-1521，钢种Cr12MoV；

EF炉料全熔，温度1633℃，单管低压深吹氧，流渣去Si、去Mn，充分搅拌，1670℃钢渣混冲出钢，出完钢钢包及时除渣进LF精炼，入LF条件：温度1573℃，渣厚20mm；

LF喂Al线100m/40t炉，调整好氩气流量30L/min，LF还原彻底，渣白，取样分析后(包括全Al)，样回，全Al 0.015％，添加稀土2.5kg/40t炉，LF出钢将钢包吊至下一工位成分：C1.51、Cr11.85、Mo0.45、V0.22、Mn0.29、Si0.35、S0.002、P0.013，LF吊包至VD温度1585℃；

VD极限真空压力67pa，极限真空时间25min，极限真空下大流量吹Ar，吹Ar流量为150L/min，破空前2min，将吹Ar流量调到30L/min，破空后及时对钢液进行测温并取[H]样，[H]为1.0ppm，破空后在钢液中以插杆插入的加入方式加入稀土，加入量为2.5kg/40t炉，VD破空后总软吹时间控制为40min，温度1462℃吊包出钢，浇铸。

通过上述控制方法生产的Cr12MoV冷作模具钢，对成品夹杂物进行检验，稀土收得率60％，按GB/T10561-2005的A法检验与评级：A类(硫化物类)夹杂细系、粗系均为1.0级；B类(氧化铝类)夹杂细系为1.0级，粗系为0.5级；D类(单颗粒球状类)夹杂细系为0.5级，粗系为0.5级。