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申请/专利权人：西宁特殊钢股份有限公司

摘要：本发明涉及一种降低热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量的冶炼方法，钢在电炉冶炼后期进行初还原，用铝粉+碳粉进行扩散脱氧，使钢液中的铝含量在0.01～0.03％范围；在炉外精炼时，提前喂铝线，在精炼时用碳粉及铝粉进行扩散脱氧；采用真空脱气，真空脱气前后不喂铝线，钢液脱气后，进行弱氩搅拌，使夹杂物充分上浮。本发明的优点体现在：通过对钢冶炼时的脱氧剂类型、合金加入顺序、炉渣组成、脱氧剂加入时机、钢液中的铝含量等进行优化及控制，在不改变冶炼成本的情况下，提供了一种比现有热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量更低的冶炼方法，钢材的低倍组织及探伤质量较好、夹杂物低的热作模具钢，可完全满足高质量模具钢产品的使用要求。

主权项：一种降低热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量的冶炼方法，其特征在于，钢在电炉冶炼后期进行初还原，用铝粉+碳粉进行扩散脱氧，使钢液中的铝含量在0.01～0.03％范围；在炉外精炼时，提前喂铝线，在精炼时用碳粉及铝粉进行扩散脱氧；采用真空脱气，真空脱气前后不喂铝线，钢液脱气后，进行弱氩搅拌，使夹杂物充分上浮；具体包括如下步骤：S1电炉粗还原S1.1氧化末终点成分要求：C≥0.10％、扒渣量≥95％；除渣温度大于1640℃；S1.2加入铝锭→加入铁合金→加入石灰、萤石；S1.3炉渣形成后用碳粉+铝粉扩散脱氧，还原至少10分钟后，加入Si‑Fe合金；S1.4成分合适，温度至少1620℃时出钢；S2精炼S2.1钢液温度至少1540℃时，通氩气，给电加热，加热时间至少10分钟；S2.2根据钢中硫含量、渣况加石灰和萤石调渣；渣变白后，用铝粉、碳粉进行扩散脱氧；S2.3精炼渣目标成分：CaO：50％‑55％、SiO2：14％‑20％、MgO：3％‑6％、Al2O3：15％‑20％、合金氧化物：3％‑6％；S2.4精炼过程Al控制规定：入精炼目标Al：0.025‑0.040％，如不在目标之内，精炼前期按0.035％目标一次喂Al，后期不允许喂Al，真空脱气前Al：0.015％‑0.030％；真空脱气后Al：0.010％‑0.020％；S2.5如成分符合要求，温度1590℃‑1610℃，入真空脱气工位；S2.6抽真空，真空度67Pa下保持≥15min后破真空；S2.7破真空后，进行弱氩搅拌，渣面波动50‑100mm，时间至少15min，吊包温度：1535℃‑1540℃。

全文数据：一种降低热作模具用4Cr5MoSiV1钢氧含量的冶炼方法技术领域[0001]本发明涉及模具用普通电炉钢的冶炼方法，具体涉及高质量热作模具用4Cr5M〇SiVl钢降低氧含量的一种冶炼方法，属于金属材料领域。背景技术[0002]随着模具行业的快速发展，对模具钢的要求不断提高，降低H13钢中的全氧含量，减少钢中的夹杂物是提高模具使用寿命的有效途径。大量冶金工作者研究结果表明，对于以疲劳破坏为主的模具钢，夹杂物是影响其寿命的重要原因之一宗亚平，郝士明，王继杰。不同精炼工艺对模具钢热疲劳性能的影响，机械工程材料【J】，1992,163:50—53;蔡芳，杜光华，邱德卿。冷作模具钢D2的显微组织和冶金质量分析，金属热处理【J】，20004:11—14.，尤其是与容易在钢基体中造成强烈应力集中的脆性夹杂物宗亚平，郝士明。不同精炼工艺生产的模具钢中非金属夹杂物的研究，钢铁【J】，1993,283:15—19.。因此，国内外均采用电炉一LF精炼一VD精炼一电渣重熔的工艺流程生产王鹏，张杰江，胡亚民。H13钢的应用现状。模具制造，200712:1—7.，以提高H13钢洁净度；国外有些特殊钢厂将模具钢的氧的质量分数规定为15ppm，日本山阳特殊钢公司规定高纯净度模具钢中的氧的质量分数IOppm陈再枝，马党参。我国模具钢的发展战略分析，钢铁，2006，414:5—9;许珞萍，吴晓春，李麟，等。我国模具钢标准的思考[刀.上海金属，2004,262:124.。[0003]西宁特殊钢股份有限公司是生产模具钢的老牌特钢企业，随着市场的需要，在4Cr5M〇SiVl钢生产时，先后对钢的冶炼及生产工艺进行优化，使钢的内部质量有较大幅度的提高，但钢中的氧含量在18〜35ppm，与国内较好水平20ppm、国际较好水平15ppm相比（庞永刚，侯明山，胡建成，等.40tEBTEAF-LF-VD-铸锭工艺冶炼模具钢H13的洁净度分析[J].特殊钢，2013，345:61-63.，仍然有一定的差距。钢材在检验时，经常出现低倍组织中心疏松超标及探伤不合情况，经研究分析，跟钢质洁净度差，氧含量高有一定的对应关系。发明内容[0004]为解决现有技术的不足，本发明的目的在于降低钢中的氧含量，提高钢质洁净度，在降低材质中的夹杂物含量的同时使材质的内部质量进一步提升，减少低倍组织不合及探伤超标质量问题，生产出满足客户需求的降低热作模具用4Cr5M〇SiVl钢氧含量的冶炼方法。[0005]为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：[0006]—种降低热作模具用4Cr5M〇SiVl钢氧含量的冶炼方法，钢在电炉冶炼后期进行初还原，用铝粉+碳粉进行扩散脱氧，使钢液中的铝含量在〇.01〜〇.03%范围；[0007]在炉外精炼时，提前喂铝线，在精炼时用碳粉及铝粉进行扩散脱氧；[0008]采用真空脱气，真空脱气前后不喂铝线，钢液脱气后，进行弱氩搅拌，使夹杂物充分上浮。[0009]进一步的，包括如下步骤：[0010]SI电炉粗还原[0011]SI·1氧化末终点成分要求:C多0·10%、扒渣量多95%;除渣温度大于1640°C;[0012]SI.2加入铝锭4加入铁合金4加入石灰、萤石；[0013]SI.3炉渣形成后用碳粉+铝粉扩散脱氧，还原至少10分钟后，加入Si-Fe合金；[0014]31.4成分合适，温度至少1620°：时出钢；[0015]S2精炼[0016]S2.1钢液温度至少1540°C时，通氩气，给电加热，加热时间至少10分钟；[0017]S2.2根据钢中硫含量、渣况加石灰和萤石调渣;渣变白后，用铝粉、碳粉进行扩散脱氧；[0018]52.3精炼渣目标成分0:50%-55%、51〇2:14%-20%、]\^0:3%-6%、厶12〇3:15%-20%、合金氧化物[0019]S2.4精炼过程Al控制规定:入精炼目标Al:0.025-0.040%，如不在目标之内，精炼前期按0.035%目标一次喂Al，后期不允许喂Al，真空脱气前Al:0.015%-0.030%;真空脱气后Α1:0·010%-0·020%;[0020]S2.5如成分符合要求，温度1590°C-1610°C，入真空脱气工位；[0021]S2.6抽真空，真空度67Pa下保持彡15min后破真空；[0022]S2.7破真空后，进行弱氩搅拌，渣面波动50-100mm，时间至少15min，吊包温度：1535cC-1540cC〇[0023]进一步的，所述步骤SI.2中，铝锭作为脱氧剂，添加量为2.0-2.5kgt。[0024]进一步的，所述步骤Sl.2中，铁合金不包括硅铁。[0025]进一步的，所述步骤Sl.2中，加石灰500_600kg、萤石80-100kg。[0026]进一步的，所述步骤SI.3中，碳粉+铝粉的添加量为2_3kg吨。[0027]进一步的，所述步骤Sl.3中，还原至少15分钟后，再加入Si-Fe合金。[0028]进一步的，所述步骤2.2中，用铝粉、碳粉进行扩散脱氧时，铝粉和碳粉的使用量为0·5kg_2·Okgt。[0029]本发明的有益效果在于：通过对钢冶炼时的脱氧剂类型、合金加入顺序、炉渣组成、脱氧剂加入时机、钢液中的铝含量等进行优化及控制，在不改变冶炼成本的情况下，提供了一种比现有热作模具用4Cr5M〇SiVl钢氧含量更低的冶炼方法，钢材的低倍组织及探伤质量较好、夹杂物低的热作模具钢，可完全满足高质量模具钢产品的使用要求。附图说明[0030]图1是实施本发明后的钢中氧含量对比图。具体实施方式[0031]下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。[0032]一种降低热作模具用4Cr5M〇SiVl钢氧含量的冶炼方法，钢在电炉冶炼后期进行初还原，用铝粉+碳粉进行扩散脱氧，使钢液中的铝含量在0.01〜0.03%范围；[0033]在炉外精炼时，提前喂铝线，在精炼时用碳粉及铝粉进行扩散脱氧，严紧含硅的材料作脱氧剂。[0034]采用真空脱气，真空脱气前后不喂铝线，钢液脱气后，进行弱氩搅拌，使夹杂物充分上浮。[0035]进一步的，包括如下步骤：[0036]SI电炉粗还原[0037]SI.1氧化末终点成分要求:C彡0.10%、扒渣量彡95%;除渣温度大于1640°C;[0038]SI.2加入铝锭作为脱氧剂，添加量为2.0-2.5kgt—加入铁合金铁合金包括锰铁、I凡铁、络铁、钥铁等但不包括娃铁，加入娃铁后，此时钢液中的氧含量$父尚，娃氧化后形成SiO2，进入渣中，对控制炉渣中的SiO2彡20%带来困难）4加石灰500-600kg、萤石80-100kg；[0039]SI.3炉渣形成后用碳粉+铝粉扩散脱氧，添加量为2_3kg吨，还原至少10分钟后，加入Si-Fe合金；[0040]SI.4成分合适，温度至少1620°C时出钢；[0041]S2精炼[0042]S2.1钢液温度至少1540°C时，通氩气压力0.2-0.4MPa，给电加热，加热时间至少10分钟；[0043]S2.2根据钢中硫含量、渣况加石灰和萤石调渣，不允许加入其它渣料Fe-Si粉、Si-C粉、Si-Ca-Al粉）；渣变白后，用铝粉、碳粉进行扩散脱氧，铝粉和碳粉的使用量为0.5kg-2.0kgt；[0044]52.3精炼渣目标成分0:50%-55%、51〇2:14%-20%、]\^0:3%-6%、厶12〇3:15%-20%、合金氧化物[0045]S2.4精炼过程Al控制规定:入精炼目标Al:0.025-0.040%，如不在目标之内，精炼前期按0.035%目标一次喂Al，后期不允许喂Al，真空脱气前Al:0.015%-0.030%;真空脱气后Α1:0·010%-0·020%;[0046]S2.5如成分符合要求，温度1590°C-1610°C，入真空脱气工位；[0047]S2.6抽真空，真空度67Pa下保持彡15min后破真空；[0048]S2.7破真空后，进行弱氩搅拌，渣面波动50-100mm，时间至少15min，吊包温度：1535cC-1540cC〇[0049]作为具体实施例，所述步骤1.3中，用碳粉+铝粉扩散脱氧，还原至少15分钟后，再加入Si-Fe合金。[0050]实施例1[0051]—、配料[0052]钢铁料由本厂返回钢切头、生铁组成精料），配碳彡1.2%。[0053]二、电炉氧化[0054]渣料由石灰、萤石、轻烧白云石组成；根据渣况调整石灰、萤石、轻烧白云石用量，渣料总量控制40_50Kgt。[0055]全熔后温度彡1580°C，开始氧化;吹氧压力控制在0.5-0.7MPa;脱碳量彡0.40%。[0056]氧化末终点成分及含量〇0·10%、P彡0.012%;扒渣量彡95%。[0057]三、电炉初还原[0058]加入石灰350kg、萤石100kg;翻入经烘烤的铬铁、钼铁，送电彡15分钟，待全熔后吹氧脱碳；⑵取样分析:OO·30%、P彡O·016%，除渣量彡95%。（3加入铝锭2·3kgt—加入锰铁、钒铁、铬铁、钼铁等合金除硅铁外—加Ca0:550kg，萤石95kg;4炉渣形成后用碳粉+铝粉2.4kg吨扩散脱氧，还原15分钟后，加入Si-Fe合金。[0059]电炉出钢规定:成分合适，温度彡1630°C出钢；出钢13时按I.OKg纯铝t钢加钢砂错。[0060]四、精炼[0061]入炉外精炼，钢液温度彡1540°：，通氩气（压力控制在0.2-0.41〇^，给电加热彡lOmin。根据品种成分要求加入扩散脱氧剂Al粉+C粉;添加量为每吨钢添加1.5kg。[0062]精炼渣目标成分：Ca0:50%-55%、Si02:14%-20%、Mg0:3%-6%、Al203:15%-20%。，合金氧化物:3%-6%。[0063]根据大包样的分析结果，按内控成分要求调整成分，铝成分调至0.0250%-0.040%〇[0064]加热升温，取样分析成分，根据成分结果，按内控成分要求微调成分;成分符合要求，温度1605°C，入真空脱气工位，蒸汽压力控制在0.85-1.2Mpa。[0065]抽真空，真空度69Pa下保持17min后破真空，抽真空过程中对氩气压力进行调整：粗真空时氩气压力控制在0.2-0.35Mpa，极真空时氩气压力控制在0.25-0.40Mpa。[0066]破真空后，根据温度情况进行弱氩搅拌，渣面波动50-100mm，时间20min。吊包温度:1535。。。[0067]五、产品炉渣及氧含量测定见表1。[0068]表1炉渣成分及氧含量％[0070]实施例2[0071]—、配料[0072]钢铁料由低磷钢、本钢种返回及电极块组成，配碳多0.80%，铬铁经烘烤后加入。[0073]二、电炉氧化[0074]根据渣况调整石灰、萤石、轻烧白云石用量，渣料总量控制30_40Kgt。[0075]全熔后温度彡1580°C，开始氧化;吹氧压力控制在0.5-0.7MPa;脱碳量彡0.20%。[0076]电炉渣料由石灰、轻烧白云石组成;根据渣况调整石灰、萤石、轻烧白云石用量，渣料总量控制25-35Kgt[0077]三、电炉初还原[0078]加入Ca0480kg、萤石90kg;翻入经烘烤的钼铁，送电20分钟，待全熔后吹氧脱碳；⑵取样分析〇0·30%、Ρ0·016%，除渣量彡95%。（3加入铝锭2·5kgt—加入锰铁、钒铁、铬铁、钼铁等合金（除硅铁外）—加CaO:550kg，萤石90kg;4炉渣形成后用碳粉+铝粉3kg吨扩散脱氧，还原20分钟后，加入Si-Fe合金。[0079]电炉出钢规定:成分合适，温度1635°C出钢；出钢13时按I.OKg纯铝t钢加钢砂铝或错铁。[0080]四、精炼[0081]入炉外精炼，钢液温度1547°：，通氩气压力控制在0.2-0.41〇^，给电加热131^11。根据品种成分要求加入扩散脱氧剂Al粉+C粉;添加量为每吨钢添加1.2kg。[0082]精炼渣目标成分：〇3〇:50%-55%、510214%-20%、]\^0:3%-6%、八12〇3:15%-20%，合金氧化物:3%-6%。[0083]根据大包样的分析结果，按内控成分要求调整成分，铝成分调至0.0250%-0.040%〇[0084]加热升温，取样分析成分，根据成分结果，按内控成分要求微调成分;成分符合要求，温度1601°C，入真空脱气工位，蒸汽压力控制在0.85-1.2Mpa。[0085]抽真空，真空度67Pa下保持17min后破真空，抽真空过程中对氩气压力进行调整：粗真空时氩气压力控制在0.2-0.35Mpa，极真空时氩气压力控制在0.25-0.40Mpa。[0086]破真空后，根据温度情况进行弱氩搅拌，渣面波动50-100mm，时间17min。吊包温度:1540。。。[0087]五、产品炉渣及氧含量测定，见表1。[0088]表1炉渣成分及氧含量％[0090]由此可见，本发明生产的热作模具用4Cr5MoSiVl钢，氧含量在IIppm〜13ppm，较原工艺有较大幅度的降低，材质经检验分析，低倍组织、夹杂物、探伤质量等级均有一定程度的提高，材质洁净度高，可完全满足高质量热乳模具用钢的使用要求。[0091]综上前述，本发明的生产的热作模具用4Cr5MoSiVl钢，具有钢质洁净、低倍组织致密、夹杂物低等特性，氧含量在国内处于较好水平，完全可以满足高质量模具钢使用要求，并且能有效延长模具的使用寿命。[0092]本发明实施前后，钢中的氧含量有较大幅度的降低，氧含量对比情况见图1。[0093]以上所述仅是本发明的优选实施方式，而非对其限制;应当指出，尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改和替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

权利要求：1.一种降低热作模具用4Cr5M〇SiVl钢氧含量的冶炼方法，其特征在于，钢在电炉冶炼后期进行初还原，用铝粉+碳粉进行扩散脱氧，使钢液中的铝含量在〇.Ol〜〇.03%范围；在炉外精炼时，提前喂铝线，在精炼时用碳粉及铝粉进行扩散脱氧；采用真空脱气，真空脱气前后不喂铝线，钢液脱气后，进行弱氩搅拌，使夹杂物充分上浮；具体包括如下步骤：SI电炉粗还原SI.1氧化末终点成分要求〇0.10%、扒渣量彡95%;除渣温度大于1640°C;SI.2加入铝锭—加入铁合金—加入石灰、萤石；SI.3炉渣形成后用碳粉+铝粉扩散脱氧，还原至少10分钟后，加入Si-Fe合金；S1.4成分合适，温度至少1620°C时出钢；S2精炼S2.1钢液温度至少1540°C时，通氩气，给电加热，加热时间至少10分钟；S2.2根据钢中硫含量、渣况加石灰和萤石调渣;渣变白后，用铝粉、碳粉进行扩散脱氧；S2·3精炼渣目标成分：CaO:50%-55%、SiO2:14%-20%、MgO:3%-6%、Al2O3:15%-20%、合金氧化物S2.4精炼过程Al控制规定:入精炼目标Al:0.025-0.040%，如不在目标之内，精炼前期按0.035%目标一次喂Al，后期不允许喂Al，真空脱气前Al:0.015%-0.030%;真空脱气后Al：0.010%-0.020%；S2.5如成分符合要求，温度1590°C_1610°C，入真空脱气工位；S2.6抽真空，真空度67Pa下保持彡15min后破真空；S2.7破真空后，进行弱氩搅拌，渣面波动50-100mm，时间至少15min，吊包温度：1535°C-1540。。。2.根据权利要求1所述的一种降低热作模具用4Cr5M〇SiVl钢氧含量的冶炼方法，其特征在于，所述步骤Sl.2中，铝锭作为脱氧剂，添加量为2.0-2.5kgt。3.根据权利要求1所述的一种降低热作模具用4Cr5M〇SiVl钢氧含量的冶炼方法，其特征在于，所述步骤Sl.2中，铁合金不包括硅铁。4.根据权利要求1所述的一种降低热作模具用4Cr5M〇SiVl钢氧含量的冶炼方法，其特征在于，所述步骤Sl.2中，加石灰500_600kg、萤石80-100kg。5.根据权利要求1所述的一种降低热作模具用4Cr5M〇SiVl钢氧含量的冶炼方法，其特征在于，所述步骤Sl.3中，碳粉+铝粉的添加量为2-3kg吨。6.根据权利要求1所述的一种降低热作模具用4Cr5M〇SiVl钢氧含量的冶炼方法，其特征在于，所述步骤Sl.3中，还原至少15分钟后，再加入Si-Fe合金。7.根据权利要求1所述的一种降低热作模具用4Cr5M〇SiVl钢氧含量的冶炼方法，其特征在于，所述步骤2.2中，用铝粉、碳粉进行扩散脱氧时，铝粉和碳粉的使用量为0.5kg-2·0kgt〇

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