[发明专利]一种低钛热作模具钢的冶炼方法

说明书

一种低钛热作模具钢的冶炼方法，属于冶金技术领域。其包括转炉初炼、LF炉精炼、VD炉真空精炼、浇注工序；转炉初炼工序，吹炼3～5min倒出前期渣，加入渣料进行二次造渣冶炼，继续吹炼5～7min后再次倒渣，加入渣料进行三次造渣冶炼；出钢过程进行脱氧合金化，加入钢芯铝后，加入低钛合金、低钛预熔渣；LF炉精炼工序，精炼到位钢水中[Ti]≤10ppm，精炼时间130～150min，白渣保持时间≥90min；钢包到位40～60min，钢水温度1600～1650℃时，加入低钛铬铁。本发明能有效降低钢水[Ti]含量，控制TiN夹杂物的析出，所得钢锭组织均匀，有效地改善了中心疏松、偏析缺陷，降低了非金属夹杂物。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种低钛热作模具钢的冶炼方法。

背景技术

美标AISI H13钢，对应的国标牌号为4Cr5MoSiV1，是目前国内外使用最广泛和最具代表性的热作模具钢种，主要特性是:①具有较高的淬透性和较高的韧性；②优良的抗热裂能力；③具有一定的耐磨性能，可采用渗碳或渗氮工艺进一步提高其表面硬度；④因其含碳量较低，回火中二次硬化能力较差；⑤在较高温度下具有抗软化能力和较高的耐熔损性能，但使用温度高于540℃时硬度将出现迅速下降；⑥热处理的变形小；⑦具有一定的切削加工性；⑧中等抗脱碳能力；⑨良好的热疲劳性能。通常用于加工制造工作温度不高于540℃的各种热锻模、热挤压模和铝、锌、镁等有色金属的压铸模以及较精密的塑料模具，同时其还可用于制造航空工业的重要构件。H13钢在服役过程中承受剧烈的温度载荷和较大的冲击力、磨损、摩擦、热疲劳、塑性变形和机械性破坏。

H13钢中的液析碳化物是指凝固过程中由于偏析而在固液前沿产生的碳化物，其尺寸在几微米甚至几十微米以上，热稳定性高，难以在后续热变形和热处理中消除。H13钢中液析碳化物的存在，将严重影响模具的性能及使用寿命。液析碳化物会消耗基体中的合金元素，使得合金元素对材料的强化作用减弱，造成基体强度下降。热处理后液析碳化物的硬度远高于H13材料基体组织的硬度，液析碳化物的存在会造成基体组织的不连续，降低材料的冲击韧性。H13模具在服役过程中受到冲击载荷和热应力的作用时，容易在液析碳化物处产生应力集中，导致模具产生裂纹并延伸扩展。

H13钢中的液析碳化物根据成分的不同，可分为富Mo型、富V型和富Ti、Nb型，研究表明H13钢中的液析碳化物存在多层结构，通过热力学软件计算分析认为H13钢在凝固过程中首先在液相中生成氧化物，其外层为富Ti型液析碳化物，随着凝固的进行，先生成的相可作为后生成相的异质形核核心，最终形成内层以氧化物、含钛化合物为核心，外层包裹不同成分的具有复杂多层结构的液析碳化物。

另有研究表明由于钢中TiN夹杂物的形状为有棱角的方形或多边形，锻压、轧制及热处理后不易变形且不消失，对材料的疲劳性能和韧性都有很大的危害，影响材料使用寿命。TiN夹杂对疲劳性能的影响远大于氧化物夹杂，通过热力学计算，Ti含量控制在35ppm以下、N含量控制在31ppm以下，理论上可以消除TiN夹杂物的析出。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种低钛热作模具钢的冶炼方法。本发明采用如下技术方案：

一种低钛热作模具钢的冶炼方法，其包括转炉初炼、LF炉精炼、VD炉真空精炼、浇注工序；

所述转炉初炼工序，吹炼3～5min倒出前期渣，加入渣料进行二次造渣冶炼，继续吹炼5～7min后再次倒渣，加入渣料进行三次造渣冶炼；出钢过程进行脱氧合金化，加入钢芯铝后，加入低钛合金、低钛预熔渣；

所述LF炉精炼工序，精炼到位钢水中[Ti]≤10ppm，精炼时间130～150min，白渣保持时间≥90min；钢包到位40～60min，钢水温度1600～1650℃时，加入Ti≤0.03wt%的低钛铬铁45～50kg/t钢水。