P20塑料模具鋼的冶煉工藝實(shí)踐

高 陽

(沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司鑄鋼分公司，遼寧110000)

模具材料的發(fā)展水平很大程度上來源于塑料模具的發(fā)展情況。模具工業(yè)的發(fā)展與石油化工、電子機(jī)械、建筑等行業(yè)息息相關(guān)，這些行業(yè)的發(fā)展依賴著模具鋼的發(fā)展[1]。隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，市場(chǎng)上對(duì)P20塑料模具鋼的需求也在不斷地增長(zhǎng)[2]。P20塑料模具鋼對(duì)應(yīng)我國(guó)的牌號(hào)為3Cr2Mo，它的回火組織是均勻細(xì)小的回火托氏體組織，具有良好的拋光性能，預(yù)硬處理后具有良好的加工性能，因此被預(yù)硬的P20被廣泛應(yīng)用在洗衣機(jī)等家用電器塑料模具中。根據(jù)客戶的要求，我公司對(duì)P20塑料模具鋼的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)踐，生產(chǎn)出了讓客戶滿意的產(chǎn)品。

1 P20的生產(chǎn)工藝路線

我公司現(xiàn)有40 t電弧爐、50 t LF精煉爐和VOD爐。結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備，P20的生產(chǎn)工藝路線為：合理利用現(xiàn)有的廢鋼配料→EAF→LF鋼包精煉爐→VOD爐→鋼錠模注。

電弧爐的主要任務(wù)是熔化廢鋼脫P(yáng)，LF爐的主要任務(wù)是精煉脫氣去除有害元素S及夾雜物，VOD爐主要的工作重點(diǎn)是抽真空起到進(jìn)一步精煉脫氣去夾雜的目的。

2 P20生產(chǎn)過程中的技術(shù)要點(diǎn)及控制要點(diǎn)

2.1 化學(xué)成分要求及目標(biāo)值

P20化學(xué)成分及目標(biāo)值要求見表1。

2.2 技術(shù)控制要點(diǎn)

(1)P20塑料模具鋼對(duì)C的要求是重點(diǎn)。P20塑料模具鋼是中碳鋼，C含量增多對(duì)鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性的提高都有利，但是會(huì)影響鋼的韌性，所以對(duì)C的控制是一個(gè)技術(shù)要點(diǎn)。

(2)P20塑料模具鋼對(duì)拋光性能有要求[3]，所以對(duì)S元素的控制尤其重要，增加S元素有利于增加其可切削性，但是S的增加會(huì)導(dǎo)致腐蝕不均勻性的增加，造成花紋刻蝕性增加，所以冶煉過程要對(duì)S元素進(jìn)行控制。

(3)合理控制澆注速度，澆注速度會(huì)影響鋼錠的質(zhì)量及組織形態(tài)，所以在澆注過程中一定要嚴(yán)格控制澆注速度及澆注溫度。

2.3 操作過程控制

(1)配料過程控制。在選擇廢鋼方面要選擇無污染廢鋼及一部分返回廢鋼，同時(shí)保障廢鋼的干燥性，無銹，精選廢鋼，降低有害元素含量。合理的計(jì)算裝料量和出水量，以達(dá)到降低成本的目的。將廢鋼通過合理的裝料制度，分3次裝入到電弧爐中。

表1 P20化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical Composition of P20(Mass,%)

(2)冶煉過程中的控制。在電弧爐冶煉過程中，要嚴(yán)格遵守操作制度，避免操作過程電極折斷的現(xiàn)象發(fā)生，防止增碳。C含量增多對(duì)鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性的提高都有利，但是會(huì)影響鋼的韌性，因此電弧爐操作過程中要嚴(yán)格控制C含量，保證出鋼C含量在0.22%左右，P含量為0.022%，出鋼溫度1650℃左右。出鋼后鋼水再進(jìn)入LF精煉爐向鋼包中投入還原造渣材料，將氧化氣氛改變?yōu)檫€原氣氛。進(jìn)入LF爐后進(jìn)行喂絲處理，主要是鋁鈣線。合金化過程中Cr、Mo元素以中限含量計(jì)算加入。為了保證P20塑料模具鋼的拋光性能要求，所以對(duì)S元素的控制尤其重要，在精煉爐中對(duì)脫硫有一定的要求，LF進(jìn)行白渣操作，保證脫硫到0.008%。Si元素對(duì)回火穩(wěn)定性有提高作用，能防止加熱過程中的脫碳、滲碳，所以在合金化操作過程中也要考慮Si元素的含量，目標(biāo)值在0.45%。當(dāng)成分達(dá)到出鋼條件時(shí)，進(jìn)行抽真空處理，鋼包運(yùn)轉(zhuǎn)到VOD中進(jìn)行抽真空處理，目的是通過真空條件對(duì)鋼水中的夾雜物及氣體進(jìn)行處理，真空時(shí)間25 min。最后軟吹氬氣，調(diào)整溫度，加入復(fù)合脫氧劑進(jìn)行終脫氧處理。出鋼溫度為1600～1610℃。

(3)澆注過程中的控制。澆注過程保證輔具進(jìn)行嚴(yán)格的干燥烘烤，對(duì)鋼錠模內(nèi)壁進(jìn)行處理，使其表面干凈、無結(jié)疤等情況。采用無碳保護(hù)渣氬氣保護(hù)澆注，嚴(yán)格控制澆注速度，采取高溫慢注、低溫快注的方式進(jìn)行澆注。澆注溫度控制在1560～1580℃。

3 成品質(zhì)量

冶煉生產(chǎn)的P20塑料模具鋼成品鋼錠爐后成分見表2，完全滿足目標(biāo)值要求。

表2 成品鋼錠的爐后成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 2 Post furnace composition offinished ingot(Mass,%)

4 結(jié)論

(1)通過控制EAF控制C含量的方式進(jìn)行冶煉，電弧爐操作過程中要嚴(yán)格控制C含量，保證出鋼C含量在0.22%左右，P含量為0.022%，出鋼溫度1650～1660℃。精煉爐LF進(jìn)行白渣操作保證脫硫到0.008%以下，真空條件下對(duì)鋼水中的夾雜物及氣體進(jìn)行處理，抽真空時(shí)間25 min，軟吹氬氣鎮(zhèn)靜，調(diào)整溫度，加入復(fù)合脫氧劑進(jìn)行終脫氧處理的方式進(jìn)行冶煉操作，冶煉出了優(yōu)質(zhì)的P20產(chǎn)品鋼錠，達(dá)到了客戶要求，為之后的預(yù)硬處理提供了保障。

(2)澆注過程保證輔具進(jìn)行嚴(yán)格的干燥烘烤，對(duì)鋼錠模內(nèi)壁進(jìn)行處理，使其表面干凈、無結(jié)疤等情況。采用無碳保護(hù)渣氬氣保護(hù)澆注，嚴(yán)格控制澆注速度，采取高溫慢注、低溫快注的方式進(jìn)行澆注。澆注溫度控制在1560～1580℃。

[1] 王佩鑫，孫偉，李仕力. 模具用經(jīng)濟(jì)型P20板材生產(chǎn)實(shí)踐[J]. 天津冶金，2014(4)：23-26.

[2] 羅毅，吳曉春. 預(yù)硬型塑料模具鋼的研究進(jìn)展[J]. 金屬熱處理，2007，32(12)：22-25.

[3] 陳卓. 預(yù)硬型塑料模具鋼P(yáng)20采用B微合金化的研究[D]. 上海：上海大學(xué)，2008.