本發(fā)明涉及鋼材領(lǐng)域，具體而言，涉及一種鋼錠及其制造方法。

背景技術(shù)：

在模具鋼生產(chǎn)的生產(chǎn)工藝中，氫含量高的成品會(huì)形成白點(diǎn)缺陷，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。氮含量高的模具鋼經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間放置后會(huì)變脆，同時(shí)使鋼的沖擊韌性、塑性、冷加工性能、成型性、延伸率、焊接性能顯著降低。在中碳塑料模具鋼中，因鋼錠氫、氮含量高產(chǎn)生的脆性很?chē)?yán)重。

尤其是針對(duì)中碳含鉻的塑料模具鋼，該鋼含有cr、ni、mn、mo等合金元素，具有很高的淬透性。由于該鋼含ni、cr、等合金元素，而上述合金元素與氫、氮共生，在生產(chǎn)時(shí)極易吸氫和氮，從而導(dǎo)致生產(chǎn)的產(chǎn)品白點(diǎn)缺陷很?chē)?yán)重。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在本發(fā)明的第一方面，提供了一種鋼錠，其具有相對(duì)較長(zhǎng)的使用壽命以及較廣的適用范圍。

在本發(fā)明的另一方面，提供了一種鋼錠的制造方法。利用上述制造方法可有效控制其中的氫和氮含量。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種制備鋼錠的方法，其包括：

采用氧化渣進(jìn)行初次冶煉，偏心爐底出鋼得到冶煉鋼液；

采用還原性精煉渣對(duì)冶煉鋼液進(jìn)行初次精煉得到第一精煉鋼液，對(duì)第一精煉鋼液進(jìn)行二次真空精煉，得到第二精煉鋼液；

以及真空澆注第二精煉鋼液。

一種通過(guò)上述方法制備的鋼錠。

本發(fā)明實(shí)施例的有益效果：本發(fā)明實(shí)施例提供的制備鋼錠的方法具有工藝簡(jiǎn)單、控制方便，可以有效控制鋼錠中的氫、氮含量至較低水平。由上述方法制造的鋼錠使用壽命長(zhǎng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過(guò)市售購(gòu)買(mǎi)獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

以下針對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的鋼錠及其制造方法進(jìn)行具體說(shuō)明：

一種制造鋼錠的方法，其包括：

步驟s101、采用氧化渣進(jìn)行初次冶煉，偏心爐底出鋼得到冶煉鋼液。

上述冶煉過(guò)程中所采用的原料可以是生鐵、廢鋼等。較佳地，生鐵以及廢鋼均是清潔、干燥、無(wú)油污的材料，且塊度適當(dāng)。進(jìn)一步地，通過(guò)減少原料中的磷、硫以及五害元素(as、pb、sb、bi和sn)的含量，可以提高成品塑料模具鋼的品質(zhì)，從而滿足塑料模具鋼高品質(zhì)、殘余元素含量低的要求。本發(fā)明的一些示例中，所采用的原料可以是中碳的含鉻塑料模具鋼。該鋼含有cr、ni、mn、mo等合金元素，具有很高的淬透性。并且，該鋼中的ni、cr等合金元素易與氫、氮共生，在生產(chǎn)時(shí)極易吸氫和氮。采用本發(fā)明提供的鋼錠的制造方法，可以有效減弱甚至避免吸氧、氮的問(wèn)題，從而有效控制成品鋼錠中出現(xiàn)白點(diǎn)的情況。

作為一種可選的實(shí)現(xiàn)方式，采用偏心爐底出鋼電爐對(duì)原料進(jìn)行初次冶煉。在原料熔化期采用大功率送電熔化、迅速造好氧化渣進(jìn)行快速脫磷，優(yōu)選采用堿度達(dá)到r＝4.8～6.0的硅酸鹽氧化渣。氧化脫磷，優(yōu)選低溫脫磷至磷含量在0.006％以下。氧化脫磷溫度優(yōu)選在1520～1550℃。氧化脫碳優(yōu)選氧化溫度大于1580℃，脫碳量大于0.40％。在氧化末期使鋼液中保持一定的碳含量，其過(guò)程中，可以通過(guò)增大氧氣流量的方法快速脫碳。

較佳地，氧化期做到高溫氧化，使鋼液劇烈沸騰。鋼液純沸騰時(shí)間在10分鐘以上，以利于鋼中氣體及夾雜物的上浮。此外，宜造泡沫渣，以防止電弧區(qū)空氣離解造成鋼液嚴(yán)重吸氫和氮。

其次，在通過(guò)氧化脫碳的過(guò)程中，還可以去除鋼液中的氫和氮。例如，氧化脫碳過(guò)程中，使鋼液在氧含量過(guò)飽和的情況下，盡可能去除鋼液中的氫和氮，以便使生產(chǎn)時(shí)偏心爐底出鋼電爐的初次冶煉末期出鋼的鋼液中氫含量在1.5ppm以下，氮含量在45pp以下；進(jìn)一步地，氫含量在1.0ppm以下，氮含量在40.0ppm以下；更進(jìn)一步地，氫含量在0.5ppm以下，氮含量在30.0ppm以下。

作為優(yōu)選的方案，將出鋼溫度控制為高于1630℃(鋼液出爐溫度)。該類(lèi)鋼(鐵基塑料模具鋼)在精煉時(shí)，通常會(huì)添加合金，且合金加入量大。若出鋼溫度低于1630℃，則精煉時(shí)間將很長(zhǎng)，鋼液吸氫和吸氮嚴(yán)重。相反，若出鋼溫度高于1630℃，精煉時(shí)間將大幅縮短，鋼液中的氮含量將可以被有效地控制在80ppm以內(nèi)，鋼液中的氫含量將可以被有效地控制在4.0-5.5ppm之間，進(jìn)而可為后續(xù)真空處理創(chuàng)造良好的條件。

通過(guò)偏心爐底出鋼至鋼包。在一些示例中，出鋼過(guò)程中，向鋼包內(nèi)加入脫氧劑，脫氧劑例如可采用鋁塊(al)或硅鈣合金。根據(jù)ebt偏心爐中的終點(diǎn)碳含量，可選地添加烤紅的高cr或低cr；渣料：烤紅且無(wú)粉末的石灰、螢石。

s102、采用還原性精煉渣對(duì)冶煉鋼液進(jìn)行初次精煉得到第一精煉鋼液。

初次精煉可以采用各種煉鋼爐，例如本發(fā)明實(shí)施例中，煉鋼爐采用lf鋼包爐。盛放鋼液的鋼包入lf精煉爐后，調(diào)整氬氣流量并送電精煉。為了防止在精煉時(shí)空氣中的氮?dú)膺M(jìn)入鋼液導(dǎo)致吸氮，宜在精煉時(shí)采用大渣量并快速升溫。

作為優(yōu)選的方案，精煉渣系主要以具有還原作用的碳粉為主，通過(guò)迅速造好精煉渣、進(jìn)行合金化，以保證鋼液脫氧、脫硫良好，進(jìn)而控制s≤0.007％、s+p≤0.018％。

進(jìn)一步地，根據(jù)初次精煉過(guò)程中鋼液中的氮含量，可以通過(guò)喂鋁線的方式控制鋼液中的氮含量至80ppm以下，在其他一些實(shí)例中，氮含量在70ppm以下，進(jìn)一步地，氮含量在60ppm以下。

為了控制鋼液中的氫含量，可以通過(guò)大幅縮短精煉時(shí)間，以便將鋼液中的氫含量有效地控制在4.0～6.5ppm以內(nèi)。在其他一些實(shí)例中，氫含量在5.5ppm以下或5ppm以下，進(jìn)一步地，氮含量在3ppm以下，更進(jìn)一步地，氮含量在4ppm。

作為一種可選的方式，冶煉鋼液進(jìn)行初次精煉時(shí)，根據(jù)鋼包中的鋼液溫度及渣量的情況，適量地補(bǔ)加石灰、螢石。

s103、對(duì)第一精煉鋼液進(jìn)行二次真空精煉，得到第二精煉鋼液。

二次真空精煉可以采用各種煉鋼爐，本發(fā)明實(shí)施例中，采用vd真空精煉爐進(jìn)行二次精煉。為了保證vd真空精煉爐的去氣效果，在鋼液真空處理前適當(dāng)減少渣量，即去除鋼液中的部分精煉渣。

例如，在真空處理前對(duì)第一精煉鋼液去渣50％，以保證在真空處理時(shí)爐渣透氣性良好。進(jìn)一步地，還可以通過(guò)結(jié)合真空處理及采用al、ca的方式進(jìn)行脫氧處理，以使鋼液中氧含量及夾雜物降到盡可能低的水平。即，在進(jìn)行初次精煉的過(guò)程中，將鋁和鈣作為脫氧劑加入鋼液中，以達(dá)到脫氧的目的。其中，鋼和鈣優(yōu)選為單質(zhì)。

在一些示例中，在鋼液真空處理前，去除全部的精煉渣，而在進(jìn)行二次真空精煉時(shí)添加與上述初次精煉過(guò)程中所采用的精煉渣成分相同的渣系。或者，在鋼液真空處理前，去除全部的精煉渣，然后在進(jìn)行二次真空精煉時(shí)，根據(jù)初次精煉得到的第一精煉鋼液的情況選擇新的渣系。

作為優(yōu)選的方案，在二次真空精煉的過(guò)程中，二次真空熔煉過(guò)程張，在極限真空度小于67pa的條件下，保持時(shí)間大于15分鐘，更優(yōu)選為大于18分鐘的條件下，以便控制鋼液中氮含量在60ppm以下、氫含量有效地控制在1.5ppm以下，或氫含量在1.0ppm以下。進(jìn)一步地，經(jīng)過(guò)vd真空處理可以使鋼中氮、氫含量盡可能地降低。

在真空精煉處理過(guò)程中，為保證精煉渣的透氣率及脫氫和脫氮效果，優(yōu)選地，真空精煉處理前控制精煉鋼液的溫度≥1690℃、除渣50％并且爐渣的厚度控制≤40mm，再對(duì)精煉罐進(jìn)行抽真空。另一方面，為控制鋼液中的非金屬夾雜物，提高冶金質(zhì)量，通過(guò)vd真空精煉之前，根據(jù)鋼液中硅含量，喂硅鈣合金線200米/爐，極限真空度≤67pa下的保持時(shí)間≥15min，真空處理過(guò)程中合理調(diào)整氬氣流量，以便去氫率達(dá)到70％、去氮率達(dá)50％以上。

s104、真空澆注第二精煉鋼液。

澆注第二精煉鋼液時(shí)，可以采用上注法或下注法。作為一種示例，模鑄時(shí)采用上注法真空vc澆注，通過(guò)對(duì)真空罐進(jìn)行真空處理(真空度≤67pa)，澆注鋼液與外界隔絕。鋼液澆注過(guò)程保持在真空(真空度≤67pa)條件下進(jìn)行，有效地防止了鋼液在澆鋼過(guò)程中的增氫和增氮。在本發(fā)明的一些實(shí)例中，經(jīng)過(guò)真空澆注可以得到[h]≤1.2ppm和[n]≤50ppm的塑料模具鋼38-40噸鋼錠。

本發(fā)明還提供了一種由上述方法制造而成的鋼錠。

通過(guò)控制制造工藝參數(shù)，可以使得鋼錠中的各元素含量根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。例如，在一些示例中，得到中碳鋼錠，且其中，含2wt％鉻、1wt％鎳、1.3wt％錳。進(jìn)一步部地，還可以控制鋼錠中的氫含量在1.2ppm以下，氮含量在50ppm以下、氧含量在15ppm以下。

本發(fā)明提供的制備鋼錠的方法可以適用于各類(lèi)鋼種的制備，尤其是鐵基塑料模具鋼、塑料模具鋼。采用該方法可以實(shí)現(xiàn)38-40噸重的鋼錠制備。另外，該方法可以有效地控制含鉻、錳、鎳、鉬的中碳塑料模具鋼的鋼錠質(zhì)量。

在一些實(shí)例中，采用上述方法可以有效控制塑料模具鋼的鋼錠中的[h]≤1.5ppm和[n]≤50ppm、[o]≤15ppm，且可以大幅度提高模具鋼的使用壽命，有利于其在塑料行業(yè)大型模具中的使用。

以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的鋼錠及其制造方法作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

實(shí)施例一

一種鋼錠，其通過(guò)以下步驟制作而成。

第一步、配料。

采用優(yōu)質(zhì)生鐵及廢鋼配料。重量配比：優(yōu)質(zhì)生鐵30％，廢鋼70％。

第二步、ebt偏心爐冶煉。

工藝流程：裝料、送電熔化、造高堿度(r＝4.8)硅酸鹽氧化渣低溫(1520℃)脫磷至0.006％、氧化脫碳(氧化溫度1590℃，脫碳量0.40％)。

氧化期過(guò)程中，加熱至劇烈沸騰使鋼液純沸騰時(shí)間在10分鐘，并且造泡沫渣。氧化末期取樣分析[h]和[n]含量，控制ebt爐氧化末期鋼液中[h]＝1.5ppm、[n]＝45ppm。

然后通過(guò)偏心爐底出鋼至鋼包。出鋼過(guò)程向鋼包中加入脫氧劑，al塊2kg/t。根據(jù)爐中終點(diǎn)碳含量，加1.0t烤紅的低cr；渣料：烤紅且無(wú)粉末石灰400kg,螢石100kg。通過(guò)電爐初次冶煉，在1630℃，獲得[h]＝1.5ppm、[n]＝45ppm的鋼液。

第三步、lf鋼包爐精煉

入罐、測(cè)溫，根據(jù)包中鋼液溫度及渣量的情況，補(bǔ)加石灰500kg、螢石60kg。送電升溫，lf鋼包精煉爐按白渣操作，用碳粉保持，白渣保持時(shí)間15min，碳粉用量為2.0kg/t，碳粉還原后補(bǔ)加適量al粉進(jìn)行深度脫氧去硫。精煉溫度在1670℃、s≤0.008％時(shí)，取樣全分析，調(diào)整成分，取樣全分析(包括氮含量分析)，確保成分滿足要求。lf爐還原的后期，通過(guò)喂鋁線方式添加0.06％鋁，獲得氮含量80ppm、氫含量4.5ppm的精煉鋼液。

第四步、vd真空精煉爐精煉

在真空精煉處理前，精煉鋼液溫度1690℃、除渣50％進(jìn)行抽空，爐渣厚度控制40mm。根據(jù)鋼中硅含量，喂硅鈣線200米/爐。在極限真空度67pa下保持時(shí)間15min，真空處理過(guò)程中合理調(diào)整氬氣流量。具體的調(diào)整步驟可以為，在一個(gè)大氣壓的條件下使氬氣流量由30nl/min(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)到120nl/min逐漸升高。在極限真空度60pa時(shí)，保持時(shí)間18min過(guò)程中，氬氣流量控制在120nl/min到200nl/min。

鋼液中的氫含量由真空精煉前的4.5ppm降低為1.35ppm，氮含量由真空精煉前的80ppm降低為60ppm。通過(guò)真空處理可獲得[h]1.5ppm、[n]47ppm的優(yōu)質(zhì)精煉鋼液。

第五步、模鑄：

模鑄時(shí)采用上注法真空vc澆注，通過(guò)對(duì)真空罐進(jìn)行真空處理(真空度67pa)。鋼液與外界隔絕并保持在真空下進(jìn)行澆注，獲得[h]1.2ppm、[n]35ppm、[o]13ppm的38噸優(yōu)質(zhì)鋼錠，無(wú)明顯白色斑點(diǎn)。

實(shí)施例二

一種鋼錠，其通過(guò)以下步驟制作而成。

第一步、配料。

采用優(yōu)質(zhì)生鐵及廢鋼配料。重量配比：優(yōu)質(zhì)生鐵40％，廢鋼60％。

第二步、ebt偏心爐冶煉。

工藝流程：裝料、送電熔化、造高堿度(r＝5)硅酸鹽氧化渣低溫(1550℃)脫磷至0.003％、氧化脫碳(氧化溫度1600℃，脫碳量0.50％)。

氧化期過(guò)程中，加熱至劇烈沸騰使鋼液純沸騰時(shí)間在15分鐘，并且造泡沫渣。氧化末期取樣分析[h]和[n]含量，控制ebt爐氧化末期鋼液中[h]＝1.0ppm、[n]＝40ppm。

然后通過(guò)偏心爐底出鋼至鋼包。出鋼過(guò)程向鋼包中加入脫氧劑，al塊3kg/t。根據(jù)爐中終點(diǎn)碳含量，加1.4t烤紅的高cr；渣料：烤紅且無(wú)粉末石灰500kg、螢石80kg。通過(guò)電爐初次冶煉，在1640℃出鋼，獲得[h]＝1.4ppm、[n]＝43ppm的鋼液。

第三步、lf鋼包爐精煉

入罐、測(cè)溫，根據(jù)包中鋼液溫度及渣量的情況，補(bǔ)加石灰400kg、螢石30kg。送電升溫，lf鋼包精煉爐按白渣操作，用碳粉保持，白渣保持時(shí)間19min，碳粉用量為2.3kg/t，碳粉還原后補(bǔ)加適量鈣粉進(jìn)行深度脫氧去硫。精煉溫度在1690℃、s≤0.004％時(shí)，取樣全分析，調(diào)整成分，取樣全分析(包括氮含量分析)，確保成分滿足要求。lf爐還原的后期，通過(guò)喂鋁線方式添加0.06％鋁，獲得氮含量75ppm、氫含量3.0ppm的精煉鋼液。

第四步、vd真空精煉爐精煉

在真空精煉處理前，精煉鋼液溫度1720℃、除渣60％進(jìn)行抽空，爐渣厚度控制30mm。根據(jù)鋼中硅含量，喂硅鈣線220米/爐。在極限真空度54pa下保持時(shí)間17min，真空處理過(guò)程中合理調(diào)整氬氣流量。具體的調(diào)整步驟可以為，在一個(gè)67pa的條件下使氬氣流量由45nl/min(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)到110nl/min逐漸升高。在極限真空度57pa時(shí)，保持時(shí)間15min過(guò)程中，氬氣流量控制在110nl/min到180nl/min。

鋼液中的氫含量由真空精煉前的3.0ppm降低為1.2ppm，氮含量由真空精煉前的75ppm降低為50ppm。通過(guò)真空處理可獲得[h]1.2ppm、[n]50ppm的優(yōu)質(zhì)精煉鋼液。

第五步、模鑄：

模鑄時(shí)采用上注法真空vc澆注，通過(guò)對(duì)真空罐進(jìn)行真空處理(真空度50pa)。鋼液與外界隔絕并保持在真空下進(jìn)行澆注，獲得40噸的[h]1.0ppm、[n]30ppm、[o]10ppm的優(yōu)質(zhì)鋼錠，無(wú)明顯白色斑點(diǎn)。

實(shí)施例三

一種鋼錠，其通過(guò)以下步驟制作而成。

第一步、配料。

采用優(yōu)質(zhì)生鐵及廢鋼配料。重量配比：優(yōu)質(zhì)生鐵36％，廢鋼64％。

第二步、ebt偏心爐冶煉。

工藝流程：裝料、送電熔化、造高堿度(r＝6.0)硅酸鹽氧化渣低溫(1540℃)脫磷至0.002％、氧化脫碳(氧化溫度1600℃，脫碳量0.50％)。

氧化期過(guò)程中，加熱至劇烈沸騰使鋼液純沸騰時(shí)間在10分鐘，并且造泡沫渣。氧化末期取樣分析[h]和[n]含量，控制ebt爐氧化末期鋼液中[h]、[n]。

然后通過(guò)偏心爐底出鋼至鋼包。出鋼過(guò)程向鋼包中加入脫氧劑，al塊2kg/t。根據(jù)爐中終點(diǎn)碳含量，加1.0t烤紅的低cr；渣料：烤紅且無(wú)粉末石灰300kg,螢石300kg。通過(guò)電爐初次冶煉，獲得[h]＝0.8ppm、[n]＝45ppm的鋼液。

第三步、lf鋼包爐精煉

入罐、測(cè)溫，根據(jù)包中鋼液溫度及渣量的情況，補(bǔ)加石灰500kg、螢石60kg。送電升溫，lf鋼包精煉爐按白渣操作，用碳粉保持時(shí)間15min，碳粉用量為1.8kg/t，碳粉還原后補(bǔ)加適量al粉進(jìn)行深度脫氧去硫。精煉溫度在1800℃、s≤0.003％時(shí)，取樣全分析，調(diào)整成分，取樣全分析(包括氮含量分析)，確保成分滿足要求。lf爐還原的后期，通過(guò)喂鋁線方式添加0.03％鋁，獲得氮含量65ppm、氫含量1.0ppm的精煉鋼液。

第四步、vd真空精煉爐精煉

在真空精煉處理前，精煉鋼液溫度1730℃、除渣70％進(jìn)行抽空，爐渣厚度控制20mm。根據(jù)鋼中硅含量，喂硅鈣線300米/爐。在極限真空度44pa下保持時(shí)間30min，真空處理過(guò)程中合理調(diào)整氬氣流量。具體的調(diào)整步驟可以為，在0.01個(gè)大氣壓的條件下使氬氣流量由45nl/min(標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘)到100nl/min逐漸升高。在極限真空度40pa時(shí)，保持時(shí)間20min過(guò)程中，氬氣流量控制在100nl/min到180nl/min。

通過(guò)真空處理可獲得[h]0.8ppm、[n]47ppm的優(yōu)質(zhì)精煉鋼液。

第五步、模鑄：

模鑄時(shí)采用上注法真空vc澆注，通過(guò)對(duì)真空罐進(jìn)行真空處理(真空度67pa)。鋼液與外界隔絕并保持在真空下進(jìn)行澆注，獲得[h]0.8ppm、[n]33ppm、[o]5ppm的39噸優(yōu)質(zhì)鋼錠，無(wú)明顯白色斑點(diǎn)。

盡管已用具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明和描述了本發(fā)明，然而應(yīng)意識(shí)到，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以作出許多其它的更改和修改。因此，這意味著在所附權(quán)利要求中包括屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。