3Cr2NiMoA模具鋼冶煉生產(chǎn)實(shí)踐

鄭福生，何 新，付 強(qiáng)，戴 棟

(唐山鋼鐵集團(tuán)重機(jī)裝備有限公司，河北 唐山 063306)

隨著科技發(fā)展和產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，高級(jí)塑料模具鋼對(duì)原材料質(zhì)量要求越來越高。3Cr2NiMoA鋼種要求具有高淬透性、良好的拋光性能、電火花加工性能和皮紋加工性能，綜合力學(xué)性能好，市場客戶對(duì)鋼種質(zhì)量要求較高，必須滿足的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)具備低P、低S、低氣體含量的特點(diǎn)。其公司利用40 t電弧爐、45tLF爐和45tVD進(jìn)行冶煉，過程控制存在一定難度。借鑒低氮氧含量鋼種的冶煉經(jīng)驗(yàn)，采用EAF-LF-VD流程冶煉生產(chǎn)用戶要求的3Cr2NiMoA鋼種，效果良好。本文介紹了某公司煉鋼車間冶煉生產(chǎn)3Cr2NiMoA鋼的生產(chǎn)工藝實(shí)踐情況。

1 成分及工藝設(shè)計(jì)與控制

1.1 成分設(shè)計(jì)

3Cr2NiMoA高級(jí)塑料模具鋼客戶提出主要化學(xué)成分及氣體含量要求見表1，P、S含量小于0.008%，H含量小于1.5×10-6，N含量小于80×10-6，O含量小于20×10-6。

表1 3Cr2NiMoA模具鋼成分 %

1.2 設(shè)備參數(shù)與冶煉工藝流程

產(chǎn)線冶煉設(shè)備概況見表2。

鋼種成分S、P含量控制較低，同時(shí)H、N、O氣體含量控制嚴(yán)格，結(jié)合公司全廢鋼冶煉生產(chǎn)和設(shè)備狀況條件，冶煉工藝控制難度較大。鋼水純凈度控制，特別是S、P含量及氣體含量控制是不可缺少的前提條件，根據(jù)

表2 主要冶煉設(shè)備及參數(shù)

產(chǎn)品成分條件和性能要求，制定工藝流程3Cr2NiMoA的工藝流程為：廢鋼EAF冶煉→LF精煉→VD。采用EAF→LF→VD流程冶煉3Cr2NiMoA鋼，全流程綜合工藝控制是關(guān)鍵?；谌鞒叹C合工藝控制理念通過電弧爐冶煉，控制P含量達(dá)標(biāo)，同時(shí)氧化脫碳控制夾雜物和氣體含量得到易于處理的粗鋼水；LF除對(duì)鋼水進(jìn)行成分調(diào)整、溫度控制外，最主要的任務(wù)是脫硫脫氧同時(shí)控制增氮；VD爐吹氬攪拌真空脫氣得到合格終點(diǎn)成分鋼水[1]。

2 冶煉工藝控制

2.1 鋼中P的工藝控制

工藝流程中沒有其他的脫磷手段，只能通過電弧爐氧化去磷，且電弧爐熔煉過程采用全廢鋼冶煉，配料過程需嚴(yán)格廢鋼配比，選用清潔廢鋼，降低工藝流程中脫磷冶煉壓力，同時(shí)為后期鋼水中氣體含量控制創(chuàng)造有利條件。

電弧爐脫磷過程主要在渣-鋼界面進(jìn)行，反應(yīng)過程為[2]

2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO·P2O5)+5[Fe]，ΔH<0

影響脫磷反應(yīng)的有利條件是高氧化性、高堿度和低溫(ΔH<0)和大渣量操作，脫磷工藝較為成熟，但要特別主要脫磷反應(yīng)過程是可逆的，在冶煉后期溫度升高過程中有回磷現(xiàn)象，在實(shí)際操作過程中采取多次扒渣操作，確保脫磷效果。

考慮后續(xù)精煉過程還原性氣氛增強(qiáng)可能發(fā)生的回磷現(xiàn)象，嚴(yán)格控制出鋼過程，嚴(yán)禁下渣，保持現(xiàn)有工藝條件下電弧爐出鋼終點(diǎn)磷含量。生產(chǎn)過程結(jié)果來看，到LF精煉工序終點(diǎn)過程磷含量能夠控制在0.005%左右。

2.2 鋼中S的工藝控制

控制鋼中S含量既是客戶成分要求，也是后續(xù)保持良好脫氮效果的關(guān)鍵因素。在VD處理過程中，鋼液中的氧、硫是表面活性物質(zhì)，含量影響VD工序脫氮效果。

LF精煉過程脫硫反應(yīng)式為[3]

3(CaO)+2[Al]+3[S]=3(CaS)+(Al2O3)-ΔT

通過上述反應(yīng)式可知，LF精煉過程加熱快速升溫有利于脫硫反應(yīng)正向進(jìn)行，保持渣的還原性實(shí)現(xiàn)快速脫硫。LF精煉過程要求控制好渣系和脫氧操作，控制渣中w(FeO)+w(MnO)≤1.2%，渣量為鋼水量的2%左右，爐渣堿度R≥3.0，鋼水溫度控制在1 590 ℃以上，保持良好的爐渣流動(dòng)性[1]。

通過脫硫工藝控制，目前從工序生產(chǎn)實(shí)際看，LF精煉工序能夠使鋼液硫含量達(dá)到≤0.005%的水平。

2.3 鋼中H、N、O氣體含量工藝控制

電弧爐熔煉過程進(jìn)行強(qiáng)氧化脫碳去氣操作，工藝要求脫碳量保持在0.5%～0.65%的較高水平，有效去除熔化鋼水中的N含量。冶煉過程保持良好的泡沫渣操作，避免鋼液裸露吸氮現(xiàn)象，出鋼前10 min左右進(jìn)行吹氧脫碳鋼液沸騰去除氣體夾雜物，冶煉全過程注意流渣操作過程控制。電弧爐終點(diǎn)碳含量大于0.008%，錳沸騰并吹氬5 min以上方可出鋼，鋼水中錳含量大于0.10%，形成沉淀脫氧條件，去除電弧爐氧化鋼水中的氧，出鋼過程嚴(yán)禁下渣。出鋼過程不采用鋁合金脫氧，避免固氮[1]。出鋼過程全程進(jìn)行鋼包底吹氬氣操作，防止空氣與鋼水液接觸造成增氮。

LF精煉過程另一個(gè)主要任務(wù)是脫氧處理，也是工藝流程中的主要脫氧環(huán)節(jié)，LF精煉過程快速造白渣，保持長久的白渣時(shí)間，創(chuàng)造積極的脫氧條件。生產(chǎn)實(shí)際中LF精煉采用鋁脫氧的復(fù)合脫氧工藝，進(jìn)行擴(kuò)散脫氧，將鋼水中氧含量控制在20×10-6，達(dá)到成分控制要求。LF精煉操作全過程要控制熔渣效果，保持電極電弧埋弧效果，控制鋼水增氮。

精煉過程做好氬氣使用控制，改善高溫鋼水熔煉動(dòng)力學(xué)條件，精煉全程氬氣壓力控制在0.15～0.35 MPa。做好氬氣的使用和控制，有利于增強(qiáng)脫氧脫氮效果。

VD過程真空條件是工藝流程中脫H、脫氮的主要手段。VD真空脫氣全程保持大流量的吹氬手段。VD真空完畢需保持澆注前全過程鋼水渣液覆蓋，極力避免鋼水與空氣接觸吸氣。生產(chǎn)實(shí)踐過程中，VD真空度工作條件保壓時(shí)間延長至18 min，脫氣效果良好。要求VD工藝操作過程中，進(jìn)泵時(shí)間控制在10 min以內(nèi)，真空保壓期間氬氣壓力0.1～0.3 MPa，真空度小于67 Pa。破空之后進(jìn)行氬氣軟吹靜置時(shí)間9～15 min。

3 冶金質(zhì)量

對(duì)待低P、S及氣體含量要求嚴(yán)格的鋼種，采用現(xiàn)有設(shè)備情況，除考慮常規(guī)的各工藝環(huán)節(jié)控制之外，必須強(qiáng)調(diào)全工藝流程過程控制，做到每個(gè)工藝環(huán)節(jié)涉及的H、N、O的環(huán)節(jié)均做到嚴(yán)密控制，同時(shí)為下道工序創(chuàng)造有利條件。

采用設(shè)定工藝流程冶煉3Cr2NiMoA鋼種，終點(diǎn)成分控制分析結(jié)果見表3。

4 結(jié) 語

(1)采用EBT-LF-VD流程冶煉3Cr2NiMoA鋼是可行的，終點(diǎn)鋼水中w(P)≤0.008%，w(S)≤0.008%，w(H)≤1.5×10-6，w(N)≤20×10-6，w(O)≤60×10-6。

表3 3Cr2NiMoA鋼終點(diǎn)成分

(2)貫徹全流程綜合工藝控制理念，利于終點(diǎn)鋼水成分精準(zhǔn)控制，達(dá)到市場客戶要求。