轉(zhuǎn)爐連鑄生產(chǎn)模具鋼H13的工藝研究

李  澍

（承德建龍?zhí)厥怃撚邢薰�司研發(fā)處，承德 067201）

摘  要：本文根據(jù)熱作模具鋼H13的特性，根據(jù)承德建龍生產(chǎn)工藝裝備現(xiàn)狀，制訂了“鐵水提釩——KR脫硫——轉(zhuǎn)爐冶煉——LF精煉——VD真空處理——圓坯連鑄——入坑緩冷”工藝流程，實(shí)現(xiàn)了低磷、低硫控制，采用低過熱度、低拉速、二冷弱冷工藝，提高矯直前溫度≥850℃，并保證入坑緩冷溫度≥600℃，出坑溫度≤100℃，鑄坯質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：低磷；低硫；高合金；弱冷

1 引言

近年來隨著模具工業(yè)的迅速發(fā)展,模具鋼的發(fā)展也極為迅速。由于工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和不斷出現(xiàn)的新材料，對(duì)模具的工作條件日益苛刻，對(duì)模具鋼的性能、品質(zhì)、品種等方面不斷地提出了新的要求，為此世界各國近年來都積極開發(fā)了具有各種特性適應(yīng)不同性能要求的新型模具鋼^[1]。

H13是屬于空冷淬硬鋼，一種典型的熱作模具鋼。在淬硬條件下具有較高韌度，并具有優(yōu)良的抗熱裂能力，是一種強(qiáng)韌兼有的空冷硬化型熱作模具用鋼。其工作溫度一般≤700℃，它適用于制造壓鑄模、擠壓模、熱切邊模、熱鍛模的熱沖孔模具等。因H13具有良好的性價(jià)比及工藝性能，廣受市場(chǎng)青睞，目前該鋼種已經(jīng)成為國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的熱作模具鋼種之一，通常用于制造鋁鑄件用的壓鑄模、熱擠壓模， 穿孔用的工具、芯棒、壓機(jī)鍛模、塑料模等，還廣泛應(yīng)用于鋁、銅及其合金的壓鑄模具^［2-3］。

由于該鋼種合金含量高等原因，國內(nèi)大都采用電爐+模鑄等相關(guān)工藝生產(chǎn)，使用轉(zhuǎn)爐+連鑄生產(chǎn)的工藝較少。通過調(diào)研并結(jié)合自身生產(chǎn)工藝裝備特點(diǎn)，我公司決定開發(fā)此高附加值鋼種，作為公司新的利潤增長點(diǎn)，同時(shí)積累開發(fā)高合金鋼的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，為公司的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型打下基礎(chǔ)。

2 熱作模具鋼H13的生產(chǎn)控制

H13為美標(biāo)C-Cr-Mo-Si-V型鋼, 與之相對(duì)應(yīng)的我國鋼號(hào)為4Cr5MoSiV1。該鋼種得到廣泛應(yīng)用與其具有優(yōu)良的特性是分不開的，而優(yōu)良的特性主要由鋼的化學(xué)成分決定。因標(biāo)準(zhǔn)給出的化學(xué)成分范圍較寬，不利于用戶熱處理控制，因而實(shí)際使用時(shí)對(duì)有害元素的要求較低，而大量資料也表明鋼中有害元素的降低有利于提高鋼的各項(xiàng)性能。

為保證H13鋼的性能，通過查閱相關(guān)資料^[4-7]，我公司設(shè)計(jì)其化學(xué)成分如表1

表1 H13化學(xué)成分（%）

所示。其冶煉連鑄工藝路線如下：鐵水提釩——KR脫硫——轉(zhuǎn)爐冶煉——LF精煉——VD真空處理——圓坯連鑄——入坑緩冷，并采用低過熱度、低拉速、二冷弱冷工藝，以提高鑄坯內(nèi)部及表面質(zhì)量。

2.1 鐵水提釩

我公司地處承德，擁有釩鈦鐵礦的資源優(yōu)勢(shì)。通過將含釩高爐鐵水兌入提釩轉(zhuǎn)爐中，通過吹氧將鐵水中的釩進(jìn)行氧化，生成釩渣，供釩廠焙燒、萃取，而爐中的半鋼水則進(jìn)入KR脫硫工序。

2.2 KR脫硫

提釩后的半鋼水進(jìn)入KR后，在處理過程中加入適量鋁粒及脫硫劑，經(jīng)KR攪拌處理后，半鋼水S含量≤0.005%，而渣中硫含量為0.5%左右，屬高硫渣，必須進(jìn)行扒渣操作，以免帶入轉(zhuǎn)爐導(dǎo)致“回硫”。

2.3 轉(zhuǎn)爐冶煉

因該鋼種加入的合金量較大，且要求成品P≤0.010%，為保證終點(diǎn)命中（溫度、C、P等）及達(dá)到后續(xù)LF精煉要求，在轉(zhuǎn)爐鉬鐵隨廢鋼加入爐內(nèi)，冶煉過程中，冶煉前期強(qiáng)化脫磷操作，盡快形成高堿度、高氧化性、流動(dòng)性良好的前期渣，實(shí)現(xiàn)鋼水的前期脫磷的目的；要求轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)成分控制在0.05%≤C≤0.08%，P≤0.005%，出鋼溫度1650～1670℃。

出鋼前將低吹氬氣開到最大，并將硅鐵加入包底后再出鋼，出鋼過程中采用鋁錠對(duì)鋼水進(jìn)行預(yù)脫氧，并隨鋼流加入一定量的預(yù)熔渣+石灰造渣，然后再加入總合金量1/3低鈦低碳鉻鐵及金屬錳、釩鐵進(jìn)行合金化。出鋼時(shí)還采用滑板擋渣+紅外報(bào)警裝置對(duì)轉(zhuǎn)爐出鋼下渣進(jìn)行控制，做到無渣出鋼，保證鋼水質(zhì)量。出鋼后在吹氬站進(jìn)行中吹3min，防止包底結(jié)冷鋼和渣面結(jié)殼。

2.4  LF爐精煉

LF精煉爐處理的首要任務(wù)是造渣快速升溫。由于轉(zhuǎn)爐加入合金量大，造成入LF 爐溫度偏低，不利于脫硫和鋼水成分的均勻。

LF精煉爐在鋼水進(jìn)站后，采用雙透氣磚吹氬，保證良好的透氣性及攪拌效果，以促進(jìn)脫硫。并根據(jù)鋼水情況，選擇適當(dāng)?shù)碾妷骸㈦娏骺焖俾窕∩郎�，在精煉過程中當(dāng)溫度達(dá)到1630℃左右時(shí)，分批加入剩余的低鈦低碳鉻鐵合金，合金加入完畢后，精煉根據(jù)包內(nèi)渣況分別加入造渣料和脫氧劑，快速形成白渣。

成白渣后保持白渣精煉時(shí)間≥20min，S含量要求≤0.003%，并根據(jù)過程樣的分析結(jié)果微調(diào)合金成分，整過LF精煉周期控制在100～120min。

2.5  VD真空處理

為保證VD處理過程中不回磷、回硫，提前對(duì)VD爐的防濺蓋上的積渣進(jìn)行清理，并用低磷、低硫鋼水對(duì)防濺蓋進(jìn)行沖涮，防止回磷、回硫，成品成分范圍見表2。

表2 鋼水成品成分（%）

鋼水真空處理要求真空度在≤67Pa下，保持時(shí)間≥20min，真空處理以后喂入純鈣線對(duì)鋼中夾雜物球化處理，并控制鈣鋁比0.10～0.14。喂線后保持軟吹狀態(tài)，軟吹時(shí)間≥25min，確保夾雜物充分上浮。

2.5 圓坯連鑄

連鑄是生產(chǎn)H13的關(guān)鍵工序，因該鋼在一定的溫度下具有較好的紅硬性，且合金成分含量高，導(dǎo)熱性差，在澆鑄過程中對(duì)矯直機(jī)的壓力及冷卻要求高。矯直機(jī)的壓力過大則可能會(huì)造成鑄坯表面或內(nèi)部質(zhì)量不合格，壓力過小則可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成損害；冷卻不均極易產(chǎn)生裂紋和偏析，從而導(dǎo)致連鑄失敗^[4]。因而為保證鑄坯質(zhì)量并使生產(chǎn)穩(wěn)定進(jìn)行，在連鑄采用了以下關(guān)鍵工藝控制參數(shù)如下：

(1) 連鑄中間包溫度控制：1500±5℃；

(2) 連鑄拉速：0.60m/min；

(3) 結(jié)晶器水量1990 L/min，二次冷卻比水量控制：0.21L/Kg；

(4) 5架拉矯機(jī)壓力均控制在30噸；

(5) 對(duì)連鑄火焰切割機(jī)進(jìn)行改造，增加噴鐵粉裝置，實(shí)施噴粉切割。

要求矯直前溫度≥850℃，并保證入坑緩冷溫度≥600℃，≤100℃出坑；為減少表面裂紋產(chǎn)生，要求緩冷坑采用其他鋼種熱坯墊坑，上方采用其他鋼種熱坯覆蓋，提高保溫效果，以利于釋放鑄坯應(yīng)力，提高表面質(zhì)量。

3 熱作模具鋼H13的連鑄圓坯的表面質(zhì)量

采用上述方法生產(chǎn)工藝澆鑄的熱作模具鋼H13連鑄圓坯，鋼的純凈度較高，低倍質(zhì)量較好，鑄坯經(jīng)滾檢人工檢查，未發(fā)現(xiàn)影響使用的表面裂紋，完全符合客戶要求。

4 結(jié)論

（1）采用“鐵水提釩——KR脫硫——轉(zhuǎn)爐冶煉——LF精煉——VD真空處理——圓坯連鑄——入坑緩冷”工藝流程，可以實(shí)現(xiàn)熱作模具鋼H13的生產(chǎn)，鋼中磷含量≤0.010%，硫含量≤0.003%。

（2）采取低過熱度、低拉速、二冷弱冷工藝，提高矯直前溫度≥850℃，并保證入坑緩冷溫度≥600℃，≤100℃出坑，可有效減少表面裂紋產(chǎn)生傾向，提高了連鑄坯質(zhì)量。

（3）對(duì)拉矯機(jī)壓力重新設(shè)定，改造火焰切割機(jī)，有力保障了生產(chǎn)的順利進(jìn)行，并提高了連鑄坯表面及端部質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 王鵬，張杰江等 H13鋼的應(yīng)用現(xiàn)狀 模具制造 2007年第12期 1-7

[2] 張君法，叢玉偉等 萊鋼H13模具鋼的研究開發(fā) 萊鋼科技（第6期） 2007年12月：34-36

[3] 原麗君，羅建華等 轉(zhuǎn)爐連鑄生產(chǎn)熱作模具鋼H13 的工藝實(shí)踐 鞍鋼技術(shù) 2013年第2期：42-45

[4] 馬杰，陳林等 連鑄大方坯生產(chǎn)H13工藝研究 寶山技術(shù) 2013年第6期 16-24

[5] 王春瓊，李長榮  H13鋼中非金屬夾雜物在LF-VD精煉過程的行為研究 模具工業(yè) 2011年第37卷第6期：63-66

[6] 陽燕，劉建華，包燕平等熱作模具鋼H13的非金屬夾雜物研究 鋼鐵 2011年9月 45-49