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抚顺718_S136_NAK80_H13_D2_DC53模具钢材冶炼工艺
作者:Admin      点击数:次      发布时间2018-06-26
抚顺718_S136_NAK80_H13_D2_DC53模具钢材冶炼工艺

前言:抚顺特殊钢股份有限公司是东北特钢集团旗下最重要的生产基地之一,是中国不可替代的国防军工、航空航天等高科技领域使用特殊钢材料的生产研发基地。主要生产有:P20、718、1.2738、2083、2316、FS136、NAK80、FS2010、FS2316S、FS139M、DT336VAR、DTP90、Cr12MoV、SKD11、D2、DC53、O1、M2、H13、1.2344、1.2714、FDAC、DT433等精品模具钢材,抚顺特钢生产的工模具钢是中国第一品牌,享誉海内外市场,市场占有率国内第一;尺寸、规格、内在质量均为国内第一,接近世界先进水平。将以科学发展观为指导,以科技型、效益型、精品化为发展方向,全力开展技术、产品、管理、制度四大创新,快速实现产品由低质量档次向高质量精品档次、由低附加值向高附加值转变。冶炼装备主要有从德国福克斯公司和克虏伯公司引进的60吨和50吨超高功率电弧炉,配有2台LF精炼炉,2台VD真空精炼炉,以及从意大利达涅利公司引进的四流弧型连铸机。有从德国涞波特海拉斯公司引进的30/60吨,VOD/VHD炉外精炼炉和2台30吨电弧炉……,具体冶炼工艺如下:

一、炉外精炼工艺及其效果

1.LF法(钢包炉精炼法亦称埋弧加热桶炉法)

工艺过程:
将钢包准备好,电炉氧化末期无渣出钢,同时向钢包中加入脱氧剂、增碳剂、造渣材料、合金料,钢包到LF炉工位、测温取样、扣炉盖,然后埋弧加热,调整电流电压,加热期间进行搅拌(AR气),制定最佳升温曲线控制温度,加入合金调整钢液成分,脱氧,再将钢液加热到合适温度测温取样,最后出钢。
精炼结果:
由于使用高碱度合成渣精炼,所以有较高的脱硫能力,(S)可降低到20×10-4 %以下;由于吹氩搅拌,合成渣,还原性气氛,有很好的脱氧和去夹杂能力,不大于10的夹杂物几乎全部去除。钢中溶解氧可降至20×10-4%以下,电弧加热可以精确也控制钢液温度,调整合金成分,将成分控制在很窄的范围内。

2.VHD(VAD)法(真空电弧加热脱气法)
 (1)工艺过程:
初炼钢水,经除渣后倒入钢包中,然后将钢包装入真空室内进行吹氩搅拌,抽真空和电弧加热。为避免压强在13.33KPa以下发生电弧放电的危险,当真空度达到26.66KPa时,就必须切断加热电源,继续抽真空和吹氩搅拌至在13.33 ~ 26.66Pa以下,并在133.3 ~ 266.6Pa压强下保持6-10min进行脱氢。然后在13.33 ~  26.66KPa下再用电弧加热和吹氩搅拌30-45min进行脱氧处理。当加入高熔点脱硫剂和铁合金控制钢水成分时,也要进行电弧加热,直至钢水成分和温度合格为止。但处理不同钢种时,其操作过程也不尽相同。
(2)精炼效果:
精炼后的钢液脱氢率为65%左右,平均(H)=1.3×10-4%,脱氧率54%,钢液平均(O)=24*10-4%,脱氧效率很好,90%的钢液中总氧量30×10-4%以下。不进行特殊处理时一般脱硫率在40%以上,如果加入造渣料脱硫时含硫很低的钢种 ,(S)<10*×10-4%。钢中气体含量可降低50%左右,非金属夹杂物减少50% ~ 60%,且夹杂物颗粒细小、分散,轴承钢额定疲劳寿命提高50%以上,模具钢的综合力学性能指标得到改善。

3.ASE-SKF法(钢包加热电磁搅拌精炼法)
(1)工艺过程:
初炼钢水其含碳量和温度合适后倒入钢包中,将钢包吊入搅拌器内,进行电磁感应搅拌,这时除掉初炼炉渣,加造渣料提新渣,钢液温度合适后,盖上真空盖进行脱气处理。真空脱气后,通过斜糟漏斗加入合金调整钢液成分,最后再将钢液加热到合适温度,将钢包炉吊出并进行浇注。
精炼效果:
脱气的主要目的是去氢。ASEA-SKF炉中加热之前钢中正常氢含量为0.0002%~0.0004%,加热后脱气则达到0.0015%~0.0002%。含氧量可降低40-60%。低倍物明显减少,高倍夹杂也得到了改善。力学性能与电炉比疲劳强度与冲击功一般可提高10%-20%,延伸率和断面收缩率可分别提高10%和20%左右。切削加工性能也有很大改进。经ASEA-SKF炉处理后的浇铸温度及成品钢的化学成分都比较稳定,电磁搅拌使温度均匀,所以加热时钢液温度及铸温度都比较精确,比电炉或感应炉中的温度要精确的多,温度偏差不超过5℃.

4.VOD(真空吹氧脱氮法)
(1)工艺过程:
钢水在转炉(或电炉)内进行吹氧降碳,使钢液内的碳降到0.4%-0.5%左右,除硅外其他成分调整到规定值时出钢。装有钢水的钢包置于真空室后,则边吹氩搅拌边抽真空,溶解于钢液内的碳、氧开始进行反应,产生激烈的沸腾,待钢液平静后,在压力为6700Pa时开始吹氧精炼。
随着碳浓度的降低,真空度逐渐上升,吹炼末期可达到1000Pa左右。由于氧化反应放热,钢液温度略有升高。脱碳完毕后,仍继续进行氩气搅拌,在真空下或大气中进行脱氧,经调整成分和温度后,从真空罐内将钢包吊出,进行浇注。
(2)精炼效果:
经VOD处理后,钢液中的(C)可降到0.03%以下,最低可降到0.005%,(O)降至(40-80)×10-4%,成品材中(O)大约为(30-50)×10-4%,(H)可降低到2×10-4%以下,(N)可降低到300×10-4%,可以生产超低碳钢、氮不锈钢。与电弧炉法相比,成品钢中的锡、铅等微量有害元素的含量大大减少。从而使钢的耐腐蚀性、加工性都有相当程度的提高。由于发挥了真空脱氧作用,减少了脱氧的用铝量,因而可获得抛光性能特别好的不锈钢。

5.AOD(氩氧脱氮精炼法)
(1)工艺过程:
氩氧精炼炉有电炉(其他炉种)和AOD炉双联操作。先将原料在电弧炉中社熔化,并将铬、镍等元素调整到规定范围。碳含量一般在1%以下。将钢温度提高到1600-1680℃的范围,并进行扒渣脱硫。把钢液倒入钢包移到AOD炉中精炼。
一般分四个阶段进行精炼:
第一阶段:按O:Ar=3:1的比例供气,将熔池中含碳量降低到0.2%左右,温度为1680℃左右。
第二阶段:按O:Ar=2:1的比例供气,将碳含量降低到0.1%左右,温度为1740℃左右。
第三阶段:按O:Ar=1:2的比例供气,将碳含量降低到需要限度。
第四阶段:加入还原剂并用纯氩充分搅拌,进行脱气和回收渣中的铬。如需脱硫,则先除掉原有的渣,随即添加造渣剂,继续吹氩搅拌溶液,重新造强碱性渣和脱硫,经10min左右的脱硫处理可使硫由0.15%降至0.005%,当成分和温度合适后出钢。
(2)精炼效果:
脱硫:AOD炉对脱硫十分有效,由于加入石灰、硅铁可造碱度炉渣,又有强烈的氩气搅拌,因此可以深度脱硫。其脱硫能力超过电炉白渣法冶炼。(S)可降至0.005%,这是电炉难以达到的。有人认为AOD炉最低(S)可低于0.001%,总之AOD有极强的脱硫能力。
脱氢:AOD法虽然没有真空脱气过程,但是吹入氩气搅拌,也有明显的脱氢效果,(H)约(1-4)×10-4%,比电炉钢低25%-60%。
脱氮:比是电炉钢低30%-60%
脱氧:由于AOD炉氩气的激烈搅拌,可使钢中的氧化物分离上浮,(O)比电炉钢低10-30%。基本上比电炉――DH真空处理还低10×10-4%左右。
去夹杂物:由于钢中氧化物夹杂易于分离上浮,纯净度提高,不仅夹杂物含量少,而且几乎不存在大颗粒夹杂。夹杂物主要有硅酸盐组成,其颗粒细小,分布均匀。

6.VD(真空吹氩脱气法)
(1)工艺过程:需要处理的钢液在电弧炉或转炉内冶炼,炉内预脱氧,并造流动性良好的还原渣,出钢温度比不处理时高10-20℃,然后出钢。将钢包坐入真空室内,接通吹氩管吹氩搅拌。测温取样,再盖上真空盖,启动真空泵,大约10-15min后,可达到工作真空度(13.33-133.3Pa),在真空下保持10min左右,达到脱气、去夹杂、均匀成分和温度的作用,整个精炼时间约30min,吹氩搅拌贯穿整个精炼过程。
(2)精炼效果:
脱氧:经VD法精炼后钢中全氧含量在(12-27)×10-4%之间,溶解氧含量一般为(7-15)×10-4%,溶解氧的脱除率平均为82%。
脱氢:脱氢率平均55%,氢含量为2.34×10-4%。
温度均匀:处理前不同部位的温差为±20℃,处理后为±3℃.
夹杂物形态有了根本改善:以住造成废品的主要质量问题点状不变形夹杂物已消失。
脱硫:VD法因缺少加热手段,精练过程不能造新渣脱硫,脱硫率只有20%左右。

7.DH法(真空提升除气法)
(1)工艺过程:
将盛有钢液的钢包送到处理位置后测温、取样并将吸嘴插入钢内,然后启动真空泵抽气,当真空室压力降至1.333×10-4Pa时升除机构开始自动升降,进入真空室的钢液在低压作用下开始脱气反应,产生激烈的沸腾和喷溅。脱气后钢液回流到钢包内产生剧烈的搅拌和混匀。这样反复30多次左右的升降,全部钢液经3次循环,真空度稳定到极限值,然后加入合金,再升降几次待合金成分混匀后取样测温浇注。
(2)精炼效果:
脱氢:效果较好,可由处理前的(2.5-6.5)×10-4%降低到(1.0-2.5)×10-4%。当处理未脱氧钢时从熔池底部产生大量CO气泡,有利于脱氧反应的进行。
脱氧:处理未经预脱氧钢液可便氧降低55%-90%,还可以降低非金属夹杂物40%-50%,合金在真空下加入,收得率高达95%以上,并且成分和温度均匀。
脱氮:效果较差,当钢中含氮量低(30-40)×10-4%时,短时间处理几乎没有什么变化,当氮含量高于100×10-4%时,脱氮量可达(20-30)×10-4%。
脱碳:真空处理时,由于碳-氮反应降低了碳含量,因此可生产超低碳钢(C≤0.002%).
经DH处理后钢材中的氢、氮、氧、及非金属夹杂物都有相当的减少,钢材内外部缺陷也明显减少,各种性能也得到了提高。

8.RH法(真空循环除气法)
(1)工艺过程:
真空室烧烤,电、压缩空气、水蒸气、冷却水的供应,驱动气体和反应气体的准备及合金料斗的准备。确认准备完好后即可投入运行,停止烘烤,在升降管口套上挡渣帽,在真空室上装合金料斗。同时,初炼炉出钢,钢包运至升降台车,在钢包中测温、取样,然后降下真空室,将升降管插入钢液内,深度不大于150-200mm。启动真空泵,随着真空室压力的降低,钢液沿着升降管上升,当向上升管吹入气体,真空室压力降到26-13kpa时,钢液明显地经过真空室循环,并在真空室内喷溅,表面积显著增大,从而加速脱气过程。脱气后的钢液汇集到真空室底部,在重力作用下,以1-2m/s的速度返回钢包,冲击未脱气的钢液,使其相互搅拌和混合。经过若干次循环后,可将钢液内的气体降到相当低的水平。
循环初期每隔10min测温、取样一次,接近处理弱点时每隔5min测温、取样一次,根据取样分析结果,如需补给合金料,可操作自动控制的料斗,在不破坏真空度的条件下以恒定的加料速度将合金料加入真空室内,钢料加完后再循环几分钟,以保证成分温度均匀。处理完毕后,在关闭真空泵提升真空室的同时,再测温、取样,成分合格后将钢包移出进行浇注。
(2)精炼效果:
脱碳:能使钢中的含碳量降至0.0015%以下,以满足超低碳钢的要求。
脱氧:处理未脱氧的超低碳钢,氧含量可降到(80-300)×10-4%。处理含碳镇静钢,氧含量可降到(20-60)×10-4%。真空精炼后T(O)含量不高于0.002%。
脱氮:脱氮率较低。当原始含氮量低时,处理前后没什么变化,当氮含量大于100×10-4%时氮含时只有10%-20%。但杂强脱氧,大氩气流量,确保真空度条件下,也能使钢液的含氮量降低20%左右。
脱硫:钢液的含硫量能降至0.0012%-0.0015%。
成分控制:为改善碳、锰、硅对低合金钢淬火均匀性的影响,向RH室内多次加入合金,可将碳、锰、硅的成分精确控制在±0.15%的水平。
经过RH真空精炼后钢的纯净度提高,使纵向和横向机械性能均匀,延伸率提高,断面收缩率和冲击韧性提高。

9.ESR(电渣重熔)
电渣重熔:把平炉、转炉、电弧炉或感应炉冶炼的钢铸造或锻压成为电极,通过熔渣电阻热进行二次重熔的精炼工艺。
工艺过程:
在铜制水冷结晶器内盛有熔融的炉渣,自耗电极一端插入熔渣内。自耗电极、渣池、金属熔池、钢锭、底水箱通过短网导线和变压器形成回路。在通电过程中,渣池放出焦耳热,将自耗电极端头逐渐熔化,熔融金属汇聚成液滴,穿过渣池,落入结晶器,形成金属熔池,受水冷作用,迅速凝固形成钢锭。
精炼效果:
在电极端头液滴形成阶段,以及液滴穿过渣池滴落阶段,钢-渣充分接触,钢中非金属夹杂物为炉渣所吸收。钢中有害元素(硫、铅、锑、铋、锡)通过钢-渣反应和高温气化比较有效地支除。液态金属在渣池覆盖下,基本上避免了再氧化。因为是在铜制水冷结晶器内熔化、精炼、凝固的,这就杜绝了耐火材料 对钢的污染。钢锭凝固前,在它的上端有金属熔池和渣池,起保温和补缩作用,保证钢锭的致密性。上升的渣池在结晶器内壁上形成一层薄渣壳,不仅使钢锭表面光洁,还起绝缘和隔热作用,使更多的热量向下部传导,有利于钢锭自下而上的定向结晶。由于以上原因,电渣重熔生产的钢锭的质量和性能得到改进,合金钢的低温、室温和高温下的塑性和冲击韧性增强,钢材使用寿命延长。

抚顺特钢:
炉外精炼的模具钢材有:P20、718、1.2738、2083(FT64)、2316、NAK80、Cr12MoV、SKD11、D2、DC53、O1、M2、H13、1.2344、1.2714;
电渣重熔的模具钢材有:718、1.2738、2083(FT64ESR)、2316、S136(FS136ESR)、NAK80、FS2010、FS2316S、FS139M、DT336VAR、DTP90、H13(FT413ESR)、1.2344、1.2714、FDAC、DT433。

二、常用的炉外精炼工艺组合效果
1.电炉+LF
2.电炉+LF+VD
3.电炉+LF+VHD
4.电炉+LF+电渣;电炉+LF+VDS+电渣;电炉+LF+VHD+电渣。

抚顺特钢具有当代一流的轧制工艺装备:
有从意大利波米尼公司引进的24架棒材连轧生产线,生产12mm到90mm的优质合金钢棒材,成为专业化的高档汽车用钢生产线。有从奥地利引进的WF5-40方扁钢机组,这是目前亚洲唯一一台先进的扁钢轧机,生产各种高质量档次的精轧扁钢。
配套齐全的矫直、探伤、抛丸、修磨设施保证了产品的表面和内在质量。

抚顺特钢具有一流水平的质量检测手段:
从日本引进的EMGA-621W型定氢仪;从美国引进的CS-444型红外碳硫仪、CS-600型红外碳硫仪;RO-600C型氧分析仪;TC-436氧氮分析仪等,可准确测定钢中碳、硫含量和氢、氧、氮气体含量。ELAN6000型电感耦合等离子体质谱仪可准确分析高温合金中的杂质元素;AA370MC型原子吸收分光光度计准确测定高温合金、低合金钢中的锰、铜、镁、钙、钴、镍的含量。
各种光谱仪可迅速测定钢中各种元素含量。
现代化的无损探伤设备确保了钢在生产过程中无内在缺陷。
现代化金相分析显微镜确保准确分析钢材良好的内部组织。
先进的力学性能实验机保证了钢材性能测试数据的准确性。
抚顺特钢的中心实验室获得了国际最高层次的NADCAP实验室认可。通过此项认可的在国内仅有4家,抚顺特钢是钢铁冶金行业中的唯一一家。同时还获得了国际互认的ISO/IEC17025国际实验室认可。

奥升特钢 http://www.ausomsteel.com
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