底吹氬中頻爐熔煉高品質(zhì)H13模具鋼

黃石起，江磊峰，高雪竹，方亮，李兆峰

（1.吉林省維爾特隧道裝備有限公司，吉林 吉林市132011；2.吉林省盾構(gòu)與掘進(jìn)刀具技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 吉林市132011）

0 前言

H13模具鋼具有較高的韌性、淬透性和耐冷熱疲勞性能，不易產(chǎn)生疲勞裂紋，主要用于沖擊載荷大的鍛模、熱擠壓模、精鍛模、鋁銅及其合金壓鑄模。H13模具鋼工作時(shí)承受很大的沖擊載荷、強(qiáng)烈的摩擦、劇烈的冷熱循環(huán)引起的熱應(yīng)力以及高溫氧化，常常出現(xiàn)崩裂、塌陷、龜裂等失效形式。所以對(duì)其熔煉質(zhì)量要求非常高，采用H13廢鋼料，用底吹氬中頻爐熔煉出自耗電極，再經(jīng)過(guò)電渣爐進(jìn)行電渣重熔生產(chǎn)出的H13模具鋼純凈度高、綜合性能可滿足制作各種模具的要求。

1 普通中頻爐熔煉H13鋼存在的問(wèn)題

（1）中頻爐煉鋼無(wú)法進(jìn)行脫氧操作，不能去除鋼水中的氣體和夾渣物。

（2）對(duì)爐內(nèi)的鋼液無(wú)法用人工進(jìn)行攪拌，以排出鋼液中的氣體和夾渣物。

（3）普通中頻爐煉鋼只能在熔煉過(guò)程中對(duì)鋼液進(jìn)行電磁攪拌，但效果并不理想。

（4）爐料質(zhì)量差，廢鋼表面帶有銹蝕、油污及水分，合金料烘烤不到位，爐襯材料質(zhì)量差等因素，也會(huì)直接影響鋼液的純凈度。普通中頻爐熔煉對(duì)鋼液質(zhì)量影響因素的因果關(guān)系，見(jiàn)圖1。

2 本方案中頻爐熔煉工藝方法

2.1 中頻爐爐襯結(jié)構(gòu)改進(jìn)

（1）常規(guī)中頻爐爐襯的打結(jié)工藝是：打結(jié)完?duì)t底后在中心部位放置用鋼板制作的坩堝模，固定好坩堝模后再搗筑坩堝壁和修筑爐口，最后進(jìn)行烘烤和爐襯的燒結(jié)。

圖1

（2）本工藝采用成型爐膽，其外部和底部使用堿性振搗料，成型爐膽底部中心部位，安裝透氣磚，其周?chē)猛笟饬洗蚪Y(jié)出氣體擴(kuò)散區(qū)。

（3）中頻爐底部安裝吹氬裝置，到熔煉后期對(duì)鋼液進(jìn)行吹氬精煉，改進(jìn)前后的爐襯結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2、圖3。

圖2

圖3

2.2 中頻爐底吹氬工藝確定

（1）爐襯燒結(jié)：爐襯打結(jié)完畢后立即進(jìn)行烘爐和燒結(jié)，烘爐時(shí)利用小塊的優(yōu)質(zhì)廢鋼料，以200～300℃/h的升溫速度升到1100℃，在此溫度保溫1 小時(shí)，再以300℃/h的升溫速度使廢鋼熔化，并把鋼液溫度控制到1680～1700℃，在此溫度保溫1～1.5 小時(shí)，完成爐襯燒結(jié)，并進(jìn)行氬氣試吹。

（2）爐料的準(zhǔn)備：開(kāi)爐前對(duì)廢鋼等爐料進(jìn)行表面清理，去除表面的銹蝕、油污等雜物，并對(duì)所有入爐合金料進(jìn)行烘烤，選用優(yōu)質(zhì)的造渣材料。

（3）熔煉到后期，加完所有合金材料進(jìn)行預(yù)脫氧操作，待鋼液溫度達(dá)到1550～1600℃時(shí)開(kāi)始進(jìn)行爐底吹氬，氬氣流量控制標(biāo)準(zhǔn)是:鋼液表面有明顯的氣泡均勻冒出，且保證鋼流不紊亂，鋼液不暴露于空氣中，避免鋼水的二次氧化，吹氬時(shí)間一般控制在10～15 分鐘。

（4）待鋼水溫度達(dá)到工藝要求時(shí)出鋼澆注，出鋼時(shí)鋼包內(nèi)加入一定量的稀土精煉合金，進(jìn)一步對(duì)澆注鋼水進(jìn)行凈化操作。

（5）出鋼后鋼液在鋼包中進(jìn)行充分的鎮(zhèn)靜，盡量減少在出鋼過(guò)程中進(jìn)入到鋼液中的外來(lái)夾渣物。

3 工藝改進(jìn)前后鋼中夾渣物和含氣量對(duì)比

中頻爐底吹氬熔煉H13模具鋼，比普通熔煉工藝，純凈度大大提高，吹氬精煉前后的夾渣物及氣體含量對(duì)比明顯降低，對(duì)工藝改進(jìn)前后熔煉的鋼取樣做了對(duì)比分析，其結(jié)果如下。

3.1 鋼種非金屬夾渣物對(duì)比分析

鋼種非金屬夾渣物對(duì)比分析結(jié)果（按GB105612-2005 標(biāo)準(zhǔn)）見(jiàn)表1。

表1

3.2 鋼種氣體含量

對(duì)吹氬精煉的H13模具鋼進(jìn)行了氣體含量分析，其結(jié)果完全滿足標(biāo)準(zhǔn)的模具鋼技術(shù)要求，其結(jié)果見(jiàn)表2。

表2

3.3 超聲波檢驗(yàn)

按GB/T4162-2008 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行超聲波檢驗(yàn)，合格級(jí)別A 級(jí)，材料內(nèi)部無(wú)白點(diǎn)、氣泡、裂紋、夾雜及縮孔等缺陷。

4 結(jié)論

（1）中頻爐爐襯采用成型爐膽和振搗料結(jié)合方式，成型爐膽打結(jié)密度遠(yuǎn)高于振搗打結(jié)的爐襯密度，熔煉過(guò)程中降低了爐襯的燒損，從而降低鋼中非金屬夾渣物含量，并提高了爐襯壽命。

（2）中頻爐底吹氬操作，達(dá)到了煉鋼過(guò)程中對(duì)鋼液的精煉功能，與普通中頻爐熔煉相比，大大降低了鋼中的非金屬和有害氣體含量，提高了鋼材的綜合機(jī)械性能。

（3）底吹氬過(guò)程對(duì)鋼液起到充分的攪拌作用，使?fàn)t內(nèi)的鋼液溫度均勻，降低成品鋼的組織和成分偏析。

（4）本工藝改進(jìn)方案投資少、操作簡(jiǎn)單，可明顯提高模具鋼的質(zhì)量。