一种模铸钢锭的制备方法

文档序号:888368 发布日期:2021-03-23 浏览:9次 >En<

阅读说明:本技术 一种模铸钢锭的制备方法 (Preparation method of die-cast steel ingot ) 是由 岳振峰 唐远昭 陈小波 于 2020-12-07 设计创作,主要内容包括:本发明提供了一种模铸钢锭的制备方法,包括:将废钢、生铁原料采用电弧炉进行熔炼,得到钢液;将所述钢液采用LF钢包炉进行一次精炼,得到合金液;将所述合金液采用真空精炼炉进行二次精炼,得到精炼液;将所述精炼液进行浇注,得到模铸钢锭。本发明提供的方法可以有效控制塑料模具钢钢锭中的氢、氮含量至较低水平,有利于提高并保持塑料模具钢大模块的综合性能,具有良好的应用前景。(The invention provides a preparation method of a die-cast steel ingot, which comprises the following steps: smelting scrap steel and pig iron raw materials by adopting an electric arc furnace to obtain molten steel; refining the molten steel for the first time by adopting an LF ladle furnace to obtain alloy liquid; carrying out secondary refining on the alloy liquid by adopting a vacuum refining furnace to obtain refined liquid; and pouring the refining liquid to obtain a die-cast steel ingot. The method provided by the invention can effectively control the contents of hydrogen and nitrogen in the steel ingot of the plastic die steel to a lower level, is beneficial to improving and maintaining the comprehensive performance of the large module of the plastic die steel, and has good application prospect.)

一种模铸钢锭的制备方法

技术领域

本发明属于模具钢制备技术领域,尤其涉及一种模铸钢锭的制备方法。

背景技术

氢含量高是导致钢铁产品产生白点缺陷的主要原因,使产品报废;氮含量高的模具钢长时间放置将会变脆,同时使钢的冲击韧性、塑性、成型性、焊接性能显著降低。在中碳塑料模具钢中,因钢锭氢、氮含量高产生的脆性很严重。

中碳含铬塑料模具钢含有Cr、Ni、Mo等合金元素,具有很高的淬透性;并且,由于该钢含Ni、Cr等合金元素,该系列元素与氢、氮共生,在生产时极易吸氢和氮。

现有技术精炼常规模铸钢锭时主要注重化学成分的控制,在氢、氮气体控制处于薄弱环节;目前国内对降低模具钢中的氢、氮含量及化学成分相互作用影响其寿命的相关研究很少。

发明内容

有鉴于此,本发明的目的在于提供一种模铸钢锭的制备方法,本发明提供的方法能够有效控制模具钢钢锭中H和N的含量,以大幅度提高模具钢的使用寿命。

本发明提供了一种模铸钢锭的制备方法,包括:

将钢铁原料采用电弧炉进行熔炼,得到钢液;

将所述钢液采用LF钢包炉进行一次精炼,得到合金液;

将所述合金液采用真空精炼炉进行二次精炼,得到精炼液;

将所述精炼液进行浇注,得到模铸钢锭。

优选的,所述熔炼过程中的出钢温度>1650℃。

优选的,所述钢液中H的质量含量≤1.5ppm;N的质量含量≤40ppm。

优选的,所述合金液中H的质量含量为3.0~4.3ppm;N的质量含量为90~130ppm。

优选的,所述二次精炼过程中真空度<67Pa的时间>15min。

优选的,所述二次精炼包括:

将真空度从一个大气压降至67Pa时将氩气流量从50Nl/min升高至130Nl/min;

真空度≤67Pa时氩气流量控制在130~200Nl/min。

优选的,所述二次精炼包括:

采用Ca-Si线进行脱氧处理。

优选的,所述浇注前还包括:

向浇注过程中使用的铸管和锭模内吹入氩气。

优选的,所述模铸钢锭中H的质量含量≤1.2ppm,N的质量含量≤50ppm。

优选的,所述浇注的方法为下注法。

本发明采用电炉EBT+LF+VD+模铸的生产工艺,采用偏心炉底电弧炉初次冶炼,获得[H]≤1.5ppm、[N]≤30ppm的钢液;LF钢包炉精炼:采用大渣量精炼,后期通过添加纯铝线来降低钢液中的氮含量至100ppm以下;VD真空精炼炉精炼:在真空处理过程中,保证在极限真空度小于67pa时间大于15分钟使钢液中[H]≤1.0ppm和[N]≤40ppm;模铸时采用下注法,可获得[H]≤1.2ppm和[N]≤50ppm的特殊钢(塑料模具钢)40t商品钢锭。本发明提供的方法为大型模具生产提供优质的钢锭,采用本发明提供的方法,使塑料行业大型塑料模具实现国产化,能够全面满足客户的要求,具有良好的应用和推广前景;能够满足塑料行业大型模具的急需,为我国模具工业的发展提供了技术保障。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例,都属于本发明保护的范围。应理解,本发明实施例仅用于说明本发明的技术效果,而非用于限制本发明的保护范围。实施例中,所用方法如无特别说明,均为常规方法。

本发明提供了一种模铸钢锭的制备方法,包括:

将废钢、生铁原料采用电弧炉进行熔炼,得到钢液;

将所述钢液采用LF钢包炉进行一次精炼,得到合金液;

将所述合金液采用真空精炼炉进行二次精炼,得到精炼液;

将所述精炼液进行浇注,得到模铸钢锭。

本发明提供的方法适用于塑料模具钢的模铸钢锭制造,尤其适用于中碳含铬、镍、钼的塑料模具钢钢锭的制备。

在本发明中,所述钢铁原料优选包括生铁和废钢作为铁源,所述生铁优选为优质生铁。在本发明中,所述生铁和废钢优选清洁、干燥、无油污,由于合金原料中的P、S及五害元素很低,完全满足模铸钢锭对残余元素的要求。在本发明中,所述合金原料的加入量优选>3200Kg,更优选为3200~3600Kg,更优选为3300~3500Kg,最优选为3400Kg。在本发明中,所述生铁和废钢的质量比优选为(30~50):(50~70),更优选为(35~45):(55~65),最优选为40:60。

在本发明中,所述熔炼过程中优选还包括加入合金原料;所述合金原料优选包括Ni源、Cr源、Mn源、V源和钼源。在本发明中,所述Ni源优选为Ni板,所述Ni板的纯度优选为99%;所述Cr源优选为高Cr合金,所述高Cr合金中Cr的质量含量优选为50~60%,更优选为55.6%;所述Mn源优选为高锰合金,所述高锰合金中Mn的质量含量优选为68~72%,更优选为70%;所述钒源优选为钒铁合金,所述钒铁合金中钒的质量含量优选为48~52%,更优选为50%;所述钼源优选为钼铁合金,所述钼铁合金中钼的质量含量优选为58~62%,更优选为60%。

在本发明中,所述电弧炉优选为偏心炉底电弧炉。在本发明中,所述熔炼过程中的出钢温度优选>1650℃,更优选为1650~1680℃,最优选为1660~1670℃;若出钢温度低于1650℃,则精炼时间将很长,钢液吸氢和吸氮严重;出钢温度高于1650℃,精炼时间将大幅缩短,钢液中的氮质量含量将有效地控制在100ppm以内,钢液中的氢质量含量将有效地控制在3.0~4.3ppm之间,为二次精炼真空处理创造良好的条件。

在本发明中,所述熔炼过程中的熔化期优选采用大功率送电熔化所述功率优选为525~800KW,更优选为600~750KW,最优选为650~700KW;迅速造好氧化渣快速脱磷、保证氧化温度大于1580℃,并在氧化末期保证一定的钢液碳含量,所述钢液中碳的质量含量优选为0.50~0.80%,更优选为0.6~0.7%;此时采用增大氧气流量的方法快速脱碳,在脱碳的同时尽可能去除钢液中的氢和氮(高温下C-O反应生成大量的CO气泡去除钢液中的氢和氮),使电弧炉熔炼末期钢液中氢质量含量在1.5ppm以下,氮质量含量在30ppm以下。在本发明中,所述钢液中H(氢)的质量含量优选≤1.5ppm,N(氮)的质量含量优选≤30ppm。

在本发明中,所述熔炼的方法优选包括:

将废钢、生铁原料装料、送电熔化、造高碱度硅酸盐氧化渣低温脱磷、氧化脱碳、造泡沫渣、氧化末期取样分析、出钢。

在本发明中,所述高碱度硅酸盐氧化渣的碱度优选为4.8~6.0,更优选为5~5.5;所述高碱度硅酸盐氧化渣的成分优选包括:

55~60wt%的CaO;

10~13wt%的SiO2

6~9%wt%的FeO。

在本发明中,所述CaO的质量含量优选为56~59%,更优选为57~58%,最优选为58%;所述SiO2的质量含量优选为11~12%,更优选为11%;所述FeO的质量含量优选为6.5%。

在本发明中,所述低温脱磷的温度优选为1520~1550℃,更优选为1530~1540℃,最优选为1535℃。

在本发明中,所述氧化脱碳过程中的氧化温度优选>1580℃,更优选为1580~1600℃,最优选为1590℃;脱碳量优选≥0.30wt%,更优选为0.30~0.50wt%,最优选为0.4wt%。在本发明中,所述氧化脱碳过程中氧化期优选为高温氧化,剧烈沸腾,钢液纯沸腾时间优选在10分钟以上,以利于钢中气体及夹杂物的上浮。

在本发明中,所述造泡沫渣的方法优选包括:

在造上述高碱度硅酸盐氧化渣时,向渣面喷碳粉。

在本发明中,所述碳粉的喷量优选为300~400Kg,更优选为350Kg。

本发明采用造泡沫渣以防止电弧区空气离解造成钢液严重吸氢和氮。

在本发明中,优选氧化末期取样分析钢液中H和N的质量含量,控制电弧炉氧化末期钢液中H的质量含量≤1.5ppm,N的质量含量≤30ppm。

在本发明中,所述出钢过程中优选向钢液中加入脱氧剂,所述脱氧剂优选为Al,更优选为Al块,所述脱氧剂的加入量优选为2.5~3.5Kg/t钢液,更优选为3Kg/t钢液。

在本发明中,所述出钢过程中优选向钢液中加入合金,所述合金优选为低铬合金,所述低铬合金中铬的质量含量优选为50~55%,更优选为52~53%;更优选为烤红的合金。

在本发明中,所述出钢过程中优选向钢液中加入渣料,所述渣料优选包括石灰和萤石,所述石灰和萤石的质量比优选为(1000~1500):100,更优选为(1100~1400):100,最优选为(1200~1300):100;所述渣料优选为烤红且无粉末的渣料。在本发明中,所述渣料的加入量优选为45~55Kg/t钢液,更优选为48~52Kg/t钢液,最优选为50Kg/t钢液。

在本发明中,所述一次精炼优选为大渣量精炼,即在一次精炼过程中加入大量的渣料;所述渣料优选包括石灰和萤石;所述石灰和萤石的质量比优选为(1000~1400):(100~300),更优选为(1100~1300):(150~250),最优选为1200:200;所述渣料的加入量优选为450~670Kg/t钢液,更优选为500~600Kg/t钢液,最优选为550Kg/t钢液。

在本发明中,所述一次精炼过程中优选钢液进行合金化及温度场控制,获得满足要求的合金液;所述合金化的方法优选包括:

向所述钢液中加入Ni源、Cr源、Mn源、V源和钼源。

在本发明中,所述Ni源优选为Ni板,所述Ni板的纯度优选为99%;所述Cr源优选为高Cr合金,所述高Cr合金中Cr的质量含量优选为50~60%,更优选为55.6%;所述Mn源优选为高锰合金,所述高锰合金中Mn的质量含量优选为68~72%,更优选为70%;所述钒源优选为钒铁合金,所述钒铁合金中钒的质量含量优选为48~52%,更优选为50%;所述钼源优选为钼铁合金,所述钼铁合金中钼的质量含量优选为58~62%,更优选为60%。

在本发明中,所述Ni源、Cr源、Mn源、V源和钼源的质量比优选为(380~420):(1000~1400):(480~520):(55~65):(80~120),更优选为(390~410):(1100~1300):(490~510):(58~62):(90~110),最优选为400:1200:500:60:100。

在本发明中,所述温度场控制优选为控制一次精炼的温度为1670~1690℃,更优选为1675~1685℃,最优选为1680℃。

在本发明中,所述一次精炼过程中钢液进入LF钢包精炼炉后,优选调整氩气流量并送电精炼,所述调整氩气流量优选为50~80Nl/min,更优选为60~70Nl/min,最优选为65Nl/min。

在本发明中,为了防止在一次精炼时空气中的氮气进入钢液导致吸氮,优选在一次精炼时采用大渣量并快速升温,所述升温的速度优选为2~4℃/min,更优选为3℃/min,主要以碳粉还原为主,迅速造好精炼渣(渣料CaO:500Kg、精炼渣400Kg),进行合金化并保证钢液脱氧、脱硫良好,优选控制S≤0.007wt%、S+P≤0.018wt%;视钢液中的氮质量含量优选通过喂铝线的方式来控制钢液中的氮质量含量降至100ppm以下;优选通过大幅缩短精炼时间将钢液中的氢质量含量有效地控制在4.3ppm以下;所述精炼时间优选为40~60min,更优选为45~55min,最优选为50min。

在本发明中,所述一次精炼过程中钢液全程属于增氢和增氮过程,得到的合金液中氢质量含量优选为3.0~4.3ppm,更优选为3.5~4.0ppm;氮的质量含量优选为80~110ppm,更优选为90~100ppm。

在本发明中,所述一次精炼的方法优选包括:

将钢液入罐、测温、造精炼渣。

在本发明中,所述一次精炼的方法更优选包括:

向钢液中加入石灰和萤石,送电升温,按白渣操作,用碳粉还原精炼,取样分析、微调成分和取样全分析。

在本发明中,所述石灰的加入量优选为400~600Kg/t钢液,更优选为450~550Kg/t钢液,最优选为500Kg/t钢液;所述萤石的加入量优选为50~70Kg/t钢液,更优选为55~65Kg/t钢液,最优选为60Kg/t钢液。

在本发明中,所述送电升温的温度优选为1670~1690℃,更优选为1675~1685℃,最优选为1680℃。

在本发明中,所述白渣操作的方法优选包括:

向钢液中加入渣料CaO、精炼渣和钢渣友,精炼渣由淡绿色变为白色。

所述CaO、精炼渣和钢渣友的质量比优选为(480~520):(380~420):(130~170),更优选为(490~510):(390~410):(140~160),最优选为500:400:150。

在本发明中,所述白渣操作过程中白渣的保持时间优选≥15min,更优选为15~30min,最优选为20~25min。

在本发明中,所述碳粉的用量优选为2~3Kg/t钢液,更优选为2.5Kg/t钢液。

在本发明中,所述取样分析优选在白渣流动性及钢液脱氧良好,温度≥1670℃,S≤0.008wt%时进行。

在本发明中,所述微调成分过程中优选控制钢液中铝质量含量为0.05~0.07%,更优选为0.06%;氮质量含量<100ppm。

在本发明中,所述取样全分析优选合金液化学成分满足要求。

在本发明中,优选采用VD真空精炼炉进行二次精炼。

在本发明中,为了保证VD真空精炼炉的去气效果,保证精炼渣的透气率及脱氢和脱氮效果,优选在合金液真空处理前适当减少渣量,以保证在真空处理时炉渣透气性良好。在本发明中,所述二次精炼过程中真空处理前优选还包括:除渣40~60%,更优选为45~60%,最优选为60%。

在本发明中,所述二次精炼过程中的炉渣厚度优选控制≤40mm,更优选为30~40mm,最优选为35mm。

在本发明中,所述二次精炼过程中优选钢液≥1680℃进行真空处理,更优选1680~1690℃进行真空处理。

在本发明中,优选通过真空处理及采用Ca-Si进行脱氧处理以使合金液中氧含量及夹杂物降到尽可能低的水平。本发明通过真空处理使合金液中氢质量含量有效地控制在1.0ppm以下、氮质量含量在50ppm以下,同时经过VD真空处理使合金液中氮、氢含量尽可能地降低。

在本发明中,所述二次精炼过程中真空处理时优选真空度<67Pa的时间>15分钟,所述真空度优选为<50Pa,所述时间优选为16~22分钟,使精炼液中的氮质量含量优选≤40ppm,精炼液中氢的质量含量优选≤1.0ppm。

在本发明中,所述二次精炼真空处理过程中优选合理调整氩气流量,所述调整氩气流量的方法优选包括:

所述真空处理过程中将一个大气压降至67Pa时,将氩气流量从50Nl/min升高到130Nl/min;在真空度≤67Pa时,将氩气流量控制在130~200Nl/min。

在本发明中,所述氩气流量优选控制在140~190Nl/min,更优选为150~180Nl/min,最优选为160~170Nl/min。

本发明通过上述氩气流量控制可使去氢率达70%以上,去氮率达50%以上。

在本发明中,所述二次精炼过程中优选包括:

采用Ca-Si线进行脱氧处理。

在本发明中,所述Ca-Si线的成分优选包括:

20~30wt%的Ca;

50~70wt%的Si。

在本发明中,所述Ca的质量含量优选为25%Ca;所述Si的质量含量优选为55~65%,更优选为60%。

在本发明中,所述Ca-Si线的加入量优选为180~220m。

在本发明中,所述二次精炼优选使合金液中氢的质量含量由二次精炼前的4.0ppm降低为1.10ppm;氮的质量含量由二次精炼前的100ppm降低为40ppm以下。

在本发明中,所述下注法优选包括:

精炼液注入中注管后通过模底孔流入钢锭模。

在本发明中,所述浇注前优选向浇注过程中的铸管或锭模具中吹入氩气以排出空气,防止铸模过程中钢液吸气,有效地防止了精炼液在浇注过程中的增氢和增氮;得到铸模钢锭中氢的质量含量优选≤1.2ppm,N的质量含量优选≤50ppm。

在本发明中,所述塑料模具钢钢锭的成分优选包括:

0.35~0.45wt%的碳;

1.5~2.0wt%的铬;

1.0~1.2wt%的镍;

0.15~0.25wt%的钼;

H质量含量≤1.2ppm;

N质量含量≤50ppm;

O质量含量≤15ppm;

余量为铁。

在本发明中,所述碳的质量含量优选为0.38~0.42%,更优选为0.4%;所述铬的质量含量优选为1.6~1.9%,更优选为1.7~1.8%;所述镍的质量含量优选为1.1%;所述钼的质量含量优选为0.18~0.22%,最优选为0.20%。

在本发明中,所述铸模钢锭的质量优选为35~45吨,更优选为38~42吨,最优选为40吨。

本发明提供的模铸钢锭的制备方法工艺简单、控制方便,可以有效控制特殊钢(铁基塑料模具钢)钢锭中的氢、氮含量至较低水平,使塑料行业大型塑料模具实现国产化,具有良好的应用前景。

实施例1

配料:采用优质生铁及废钢、纯度99%Ni板、50.6wt%高Cr合金、70wt%高锰合金、50wt%钒铁合金、60wt%钼铁合金配料,优质生铁(C≥3.5wt%、Mn≤0.50wt%、P≤0.10wt%)在优质生铁和废钢中的质量含量为40%,废钢(C≤0.5wt%、Mn≤0.50wt%、P≤0.05wt%)在优质生铁和废钢中的质量含量为60%。

偏心炉底电弧炉冶炼:

工艺流程:装料、送电熔化、造高碱度(R=5.5)硅酸盐氧化渣(组分包括CaO58wt%,SiO2 11wt%,FeO 6.5wt%)低温(1530℃)脱磷至0.006wt%以下、氧化脱碳(氧化温度1590℃,脱碳量0.4wt%);要求氧化期做到高温氧化,剧烈沸腾,钢液纯沸腾时间在10分钟以上,以利于钢中气体及夹杂物的上浮;造泡沫渣(造高碱度硅酸盐氧化渣时,向渣面喷350Kg碳粉),以防止电弧区空气离解造成钢液严重吸氢和氮;氧化末期取样分析[H]、[N]含量,控制电弧炉氧化末期钢液中[H]≤1.5ppm、[N]≤30ppm且通过偏心炉底出钢至钢包,出钢过程向钢包中加入脱氧剂:Al块3Kg/t钢液;合金:加烤红的低Cr合金(Cr质量含量为52%)1.0t;渣料:烤红且无粉末石灰10Kg/t钢液、萤石2.0Kg/t钢液。

LF钢包炉精炼:

工艺流程:入罐、测温,造精炼渣,具体为:向钢液中补加石灰CaO:13Kg/t钢液、精炼渣10Kg/t钢液、钢渣友4Kg/t钢液;送电升温1680℃,LF钢包精炼炉按白渣操作(精炼渣由淡绿色变为白色),用碳粉还原精炼,白渣保持时间20min,碳粉用量为2.5Kg/t钢液;白渣流动性及钢液脱氧良好,温度≥1670℃,S≤0.008wt%时,取样全分析;微调成分,控制钢液中铝的质量含量为0.06wt%,氮质量含量小于100ppm,取样全分析(包括氮含量分析),化学成分完全满足协议要求。

VD真空精炼炉精炼:

温度1685℃时对合金液进行真空处理(考虑真空炉处理前除渣降温),在真空处理过程中,为保证精炼渣的透气率及脱氢和脱氮效果,要求真空处理前除渣50%方可进行真空操作,炉渣厚度控制为35mm;极限真空度≤50Pa下的保持时间20min,真空处理过程中合理调整氩气流量,具体的调整步骤为:将一个大气压降至50Pa时,将氩气流量从50Nl/min逐渐升高到130Nl/min;然后在真空度≤67Pa并保持的过程中,将氩气流量控制在170Nl/min,这样可使去氢率达70%以上,去氮率达50%以上;在真空处理过程中,合金液中的氢含量由真空精炼前的4.0ppm降低为1.10ppm以下,氮含量由真空精炼前的100ppm降低为40ppm以下;通过真空处理可优质的精炼钢液。

下注法方式模铸:

模铸时采用下注法方式(精炼钢液注入中注管通过模底孔流入钢锭模),通过浇注前向铸管和钢锭模内吹入氩气以排出空气,有效地防止了精炼液在浇注过程中的增氢和增氮,可获得[H]≤1.2ppm、[N]≤50ppm的40t十六边大钢锭。

采用直读光谱仪、碳-硫分析仪、氧-氮分析仪、定氢仪对本发明实施例1制备的钢锭进行成分检测,检测结果为:0.38wt%的碳、1.6wt%的铬、1.05wt%的镍、0.20wt%的钼、0.05wt%的钒,氢质量含量1.2ppm,氮质量含量50ppm,氧质量含量13ppm,余量为铁。

实施例2

配料:采用优质生铁及废钢、纯度99%Ni板、50.6wt%高Cr合金、70wt%高锰合金、50wt%钒铁合金、60wt%钼铁合金配料,优质生铁(C≥3.5wt%、Mn≤0.50wt%、P≤0.10wt%)在优质生铁和废钢中的质量含量为45%,废钢(C≤0.5wt%、Mn≤0.50wt%、P≤0.05wt%)在优质生铁和废钢中的质量含量为55%。

偏心炉底电弧炉冶炼:

工艺流程:装料、送电熔化、造高碱度(R=4.8)硅酸盐氧化渣(组分包括CaO56wt%,SiO2 10wt%,FeO 8wt%)低温(1520℃)脱磷至0.006wt%以下、氧化脱碳(氧化温度1580℃,脱碳量0.30wt%);要求氧化期做到高温氧化,剧烈沸腾,钢液纯沸腾时间在10分钟以上,以利于钢中气体及夹杂物的上浮;造泡沫渣(造高碱度硅酸盐氧化渣时,向渣面喷350Kg碳粉),以防止电弧区空气离解造成钢液严重吸氢和氮;氧化末期取样分析[H]、[N]含量,控制电弧炉氧化末期钢液中[H]≤1.5ppm、[N]≤30ppm且通过偏心炉底出钢至钢包,出钢过程向钢包中加入脱氧剂:Al块3Kg/t钢液;合金:加烤红的低Cr合金(Cr质量含量为52%)1.0t;渣料:烤红且无粉末石灰11Kg/t钢液、萤石1.8Kg/t。

LF钢包炉精炼:

工艺流程:入罐、测温,造精炼渣,具体为:向钢液中补加石灰CaO:15Kg/t钢液、精炼渣10Kg/t钢液、钢渣友3.8Kg/t钢液;送电升温1670℃,LF钢包精炼炉按白渣操作(精炼渣由淡绿色变为白色),用碳粉还原精炼,白渣保持时间15min,碳粉用量为2.5Kg/t钢液;白渣流动性及钢液脱氧良好,温度≥1670℃,S≤0.008wt%时,取样全分析;微调成分,控制钢液中铝的质量含量为0.06wt%,氮质量含量小于100ppm,取样全分析(包括氮含量分析),化学成分完全满足协议要求。

VD真空精炼炉精炼:

温度1680℃时对合金液进行真空处理(考虑真空炉处理前除渣降温),在真空处理过程中,为保证精炼渣的透气率及脱氢和脱氮效果,要求真空处理前除渣50%方可进行真空操作,炉渣厚度控制30mm;极限真空度≤67Pa下的保持时间16min,真空处理过程中合理调整氩气流量,具体的调整步骤为:将一个大气压降至67Pa时,将氩气流量从50Nl/min逐渐升高到130Nl/min;然后在真空度≤67Pa并保持的过程中,将氩气流量控制在120Nl/min,这样可使去氢率达72%以上,去氮率达50%以上;在真空处理过程中,合金液中的氢含量由真空精炼前的4.1ppm降低为1.10ppm以下,氮含量由真空精炼前的90ppm降低为40ppm以下;通过真空处理可优质的精炼钢液。

下注法方式模铸:

模铸时采用下注法方式(精炼钢液注入中注管通过模底孔流入钢锭模),通过浇注前向铸管和钢锭模内吹入氩气以排出空气,有效地防止了精炼液在浇注过程中的增氢和增氮,可获得[H]≤1.2ppm、[N]≤50ppm的39t十二边大钢锭。

采用直读光谱仪、碳-硫分析仪、氧-氮分析仪、定氢仪对本发明实施例2制备的钢锭进行成分检测,检测结果为:0.39wt%的碳、1.63wt%的铬、1.08wt%的镍、0.21wt%的钼、0.05wt%的钒,氢质量含量1.0ppm,氮质量含量48ppm,氧质量含量12ppm,余量为铁。

实施例3

配料:采用优质生铁及废钢、纯度99%Ni板、50.6wt%高Cr合金、70wt%高锰合金、50wt%钒铁合金、60wt%钼铁合金配料,优质生铁(C≥3.5wt%、Mn≤0.50wt%、P≤0.10wt%)在优质生铁和废钢中的质量含量为50%,废钢(C≤0.5wt%、Mn≤0.50wt%、P≤0.05wt%)在优质生铁和废钢中的质量含量为50%。

偏心炉底电弧炉冶炼:

工艺流程:装料、送电熔化、造高碱度(R=6.0)硅酸盐氧化渣(组分包括CaO60wt%,SiO2 12wt%,FeO 6wt%)低温(1550℃)脱磷至0.005wt%以下、氧化脱碳(氧化温度1600℃,脱碳量0.5wt%);要求氧化期做到高温氧化,剧烈沸腾,钢液纯沸腾时间在10分钟以上,以利于钢中气体及夹杂物的上浮;造泡沫渣(造高碱度硅酸盐氧化渣时,向渣面喷400Kg碳粉),以防止电弧区空气离解造成钢液严重吸氢和氮;氧化末期取样分析[H]、[N]含量,控制电弧炉氧化末期钢液中[H]≤1.5ppm、[N]≤30ppm且通过偏心炉底出钢至钢包,出钢过程向钢包中加入脱氧剂:Al块3Kg/t钢液;合金:加烤红的低Cr合金(Cr质量含量为52%)1.2t;渣料:烤红且无粉末石灰11Kg/t钢液、萤石1.5Kg/t钢液。

LF钢包炉精炼:

工艺流程:入罐、测温,造精炼渣,具体为:向钢液中补加石灰CaO:15Kg/t钢液、精炼渣10Kg/t钢液、钢渣友5Kg/t钢液;送电升温1690℃,LF钢包精炼炉按白渣操作(精炼渣由淡绿色变为白色),用碳粉还原精炼,白渣保持时间22min,碳粉用量为2.5Kg/t钢液;白渣流动性及钢液脱氧良好,温度≥1670℃,S≤0.008wt%时,取样全分析;微调成分,控制钢液中铝的质量含量为0.05wt%,氮质量含量小于90ppm,取样全分析(包括氮含量分析),化学成分完全满足协议要求。

VD真空精炼炉精炼:

温度1690℃时对合金液进行真空处理(考虑真空炉处理前除渣降温),在真空处理过程中,为保证精炼渣的透气率及脱氢和脱氮效果,要求真空处理前除渣50%方可进行真空操作,炉渣厚度控制40mm;极限真空度≤67Pa下的保持时间22min,真空处理过程中合理调整氩气流量,具体的调整步骤为:将一个大气压降至67Pa时,将氩气流量从50Nl/min逐渐升高到130Nl/min;然后在真空度≤67Pa并保持的过程中,将氩气流量控制在200Nl/min,这样可使去氢率达70%以上,去氮率达52.8%以上;在真空处理过程中,合金液中的氢含量由真空精炼前的4.0ppm降低为1.03ppm以下,氮含量由真空精炼前的100ppm降低为30ppm以下;通过真空处理可优质的精炼钢液。

下注法方式模铸:

模铸时采用下注法方式(精炼钢液注入中注管通过模底孔流入钢锭模),通过浇注前向铸管和钢锭模内吹入氩气以排出空气,有效地防止了精炼液在浇注过程中的增氢和增氮,可获得[H]≤1.2ppm、[N]≤48ppm的40t十六边大钢锭。

采用直读光谱仪、碳-硫分析仪、氧-氮分析仪、定氢仪对本发明实施例3制备的钢锭进行成分检测,检测结果为:0.37wt%的碳、1.65wt%的铬、1.06wt%的镍、0.22wt%的钼、0.05wt%的钒,氢质量含量1.03ppm,氮质量含量49ppm,氧质量含量10ppm,余量为铁。

本发明实施例提供的特殊钢(铁基塑料模具钢)模铸下注法40吨钢锭的制造方法工艺简单,实用性强,可以有效控制塑料模具钢钢锭中的氢、氮和氧含量至较低水平,有利于使塑料行业大型塑料模具实现国产化,具有良好的应用前景;本发明实施例制造的塑料模具钢钢锭中的[H]≤1.2ppm、[N]≤50ppm、[O]≤15ppm。本发明提供的模铸钢锭的制备方法工艺简单、控制方便,可以有效控制特殊钢(铁基塑料模具钢)钢锭中的氢、氮含量至较低水平,使塑料行业大型塑料模具实现国产化,具有良好的应用前景。

尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明的特殊钢(铁基塑料模具钢)模铸下注法40吨钢锭的制造方法,但是本领域普通技术人员应该清楚,在不脱离权利要求的精神和范围的情况下,可以对上述实施例进行各种细化和修改。以上所述的仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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