一种超低氧易切削合金模具钢及其冶炼方法与流程

本发明涉及一种超低氧易切削合金模具钢及其冶炼方法，属于炼钢的。

背景技术：

1、常规工艺生产含硫易切削合金模具钢，虽然在kr不脱硫或者选用部分高硫废钢，但在转炉内为了脱磷，选用高碱度渣系，导致转炉会脱除一部分s元素；同时，转炉出钢加合金、碳粉全脱氧，甚至加部分铝或其他强脱氧合金元素来降低钢水氧含量，造中高碱度渣系，lf精炼过程炉渣扩散脱氧及钙处理，均会造成钢水大量的脱硫，然后需要在lf精炼过程加入大量的硫线或硫铁，s元素控制稳定性差。

2、易切削合金模具钢广泛应用于各类模具、模架，便于加工切削，且可延长刀具寿命。由于其要求极高的加工性能和产品质量，对硫化物的形态控制、坯料纯净度、铸坯的坯型、铸坯表面及内部质量均有非常高的要求。因此，为了获得高质量的易切削合金模具钢，关键是控制好钢中s含量稳定性、硫化物夹杂形态、坯料氧含量、纯净度及铸坯质量，其中氧含量的控制又是生产过程中最难控制的，行业内还未有成熟的工艺公开和应用。

技术实现思路

1、为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种超低氧易切削合金模具钢及其冶炼方法，其具体技术方案如下：

2、一种超低氧易切削合金模具钢，化学成分按质量百分数计包括：c：0.25%-0.55%、si：0.20%-0.60%、mn：1.25%-1.85%、cr：1.7%-2.2%、mo：0.10%-0.40%、s：0.05%-0.15%、ni≤0.02%、cu≤0.015%、p≤0.015%、n≤0.0025%、h≤0.0002%、ti≤0.0010%，t.o≤0.0010%、alt≤0.0025%，以及fe和其他不可避免的组分。

3、上述的超低氧易切削合金模具钢的冶炼方法，按高炉冶炼—转炉冶炼—转炉出钢—lf精炼—rh真空精炼—连铸流程生产，具体为：

4、步骤1：高炉冶炼：选用高硫铁矿在高炉渣炼铁，获得铁水，出铁进入铁包，运至转炉冶炼，铁包中的铁水中成分按质量百分数计包括：c：4.10%-4.45%、si：0.30%-0.75%、p≤0.10%、s：0.03%-0.08%，温度1360-1420℃；

5、步骤2：转炉冶炼：转炉装入量为200±5t，废钢比15%-20%，选用普通废钢冶炼，转炉吹炼结束前5min加入含硫渣，1min内加完，转炉冶炼结束，钢水温度1590-1630℃，c含量0.08%-0.15%时，o含量0.020%-0.035%，s含量0.025%-0.070%，停止吹炼，采用滑板挡渣，然后出钢；

6、步骤3：转炉出钢：转炉出钢20-30%时，先向钢包中加入30-40%硅合金、50-60%锰合金脱氧合金化，同时加入含硫渣造渣，然后再加入铬铁合金26-36kg/t、钼铁合金2-8kg/t、40-50%碳粉进行合金化，出钢过程底吹流量为500-700nl/min，出钢结束搅拌1-3min后再加硅酸钙合成渣造渣，控制炉渣碱度cao/sio2=0.8-1.3，加硅酸钙合成渣时底吹流量200-400nl/min，再搅拌小于1min，然后运至lf炉进行处理；

7、步骤4：lf精炼：全程开启底吹氩气，通电升温，加步骤3余下的锰合金、铬铁合金、钼铁合金将钢水成分、温度全部调节达标，升温期间透气砖氩气流量为350-450nl/min，加合金与合金化时透气砖氩气流量200-300nl/min，其余时间透气砖氩气流量为100-150nl/min；钢水合金成分和温度、炉渣成分全部达标后，加入超细粉石灰，将钢包渣碱度控制在2.5以上，t.fe+mno≤2%，运至rh处理；

8、步骤5：rh真空精炼：rh进站快速抽真空处理，真空度在5mbar以下时开始加步骤3余下的碳粉，提升气体流量为100-150nm3/h，将碳含量调节达标（c：0.25%-0.55%），再加入步骤3余下的硅铁合金，若s含量不达标（s：0.05%-0.15%）再加入硫铁合金，使其达到目标成分，同时向rh两个浸渍管与钢包围成的三角区加入电石、铝酸钙合成渣脱氧，钢水炉渣脱氧合金化结束后提升气体流量改为150-200nm3/h，真空度降至2mbar以下，处理时间≥15min，然后rh净循环、破空出钢，出钢后软搅拌和镇静处理，再运至连铸浇注；

9、步骤6：连铸：采用板坯连铸机保护浇注。

10、进一步的，所述转炉冶炼中，所述步骤2转炉冶炼中普通废钢中s质量百分含量：0.015%-0.055%，其余为fe和其他常规成分；

11、含硫渣中各组分质量百分含量：s：2.5%-4.5%、cao：35%-45%、sio2：45%-55%，以及其他不可避免的组分，步骤2转炉冶炼中含硫渣加入量10—20kg/t，步骤3转炉出钢中含硫渣加入量3.5—5.5kg/t。

12、进一步的，所述步骤3中转炉出钢和步骤4中lf精炼所用硅合金中各组分质量百分含量：si含量为73%—78%、p≤0.013%、al≤0.0055%、ti≤0.002%，其余为fe和其他不可避免的组分。

13、进一步的，所述锰合金中各组分质量百分含量：mn≥98%、p≤0.010%、al≤0.0035%、ti≤0.0025%，其余为fe和其他不可避免的杂质组分；

14、所述铬铁合金中各组分质量百分含量：cr：60%-65%、p≤0.012%，al≤0.0035%、ti≤0.002%，其余为fe和其他不可避免的杂质组分；

15、所述钼铁合金中各组分质量百分含量： mo：45%-50%、p≤0.015%、al≤0.006%、ti≤0.004%，其余为fe和其他不可避免的杂质组分。

16、进一步的，所述步骤3转炉出钢中硅酸钙合成渣加入量8—10kg/t，各组分质量百分含量为： cao 45%-55%、sio2 35%-45%、al2o3≤2%、mgo 3%-5%，以及其他不可避免的组分。

17、进一步的，所述步骤3转炉出钢中超细粉石灰加入量3—5kg/t，cao≥95%，以及其他不可避免组分，粒度1—5mm占比≥90%，最大粒度不超过10mm。

18、进一步的，所述步骤5中rh真空精炼中硫铁合金中s质量百分含量：30%-40%，其余为铁和其他不可避免的组分；

19、所述电石加入量0.3—0.6kg/t，铝酸钙合成渣加入量1—2kg/t，铝酸钙合成渣按质量百分数计包括：al：40%-50%、al2o3：15%-25%、cao：30%-40%、caf2：2%-5%，以及其他不可避免的组分。

20、本发明的核心发明点技术原理和有益效果是：

21、铁水预处理kr不脱硫处理，获得高硫铁水，与含硫的普通废钢一起兑入转炉冶炼，增加初始原料中的硫含量。转炉冶炼后期加入含硫渣，增大渣中硫含量，促进炉渣向钢水中增硫，或者避免炉渣脱硫，增大转炉出钢时钢水硫含量。

22、转炉出钢过程先加部分硅、锰合金弱脱氧，同时出钢过程不加石灰等造渣料，脱氧产物主要是sio2，形成超低碱度的酸性渣，可避免炉渣脱硫。同时加入含硫渣，遇到脱氧形成的sio2超低碱度渣，结合大底吹搅拌，促进含硫渣中的s元素快速回到钢水中。低碱度合成渣（硅酸钙合成渣）加入钢水表面后适当降低底吹搅拌强度，避免炉渣脱硫。

23、lf精炼过程全程开中小底吹，钢水温度和成分、炉渣成分达到目标，然后再调节碱度，避免先调整炉渣碱度，在调整钢水成分时底吹搅拌作用造成大量脱硫，在lf精炼出钢前加超细粉石灰将炉渣碱度快速升高，但不进行搅拌，避免炉渣脱硫，超细粉石灰加入到低碱度精炼渣中可以快速熔化成渣。rh真空条件下先加碳粉，利用高真空条件下c元素深脱氧，然后加入余下的硅铁合金，进一步加强脱氧，同时长时间深真空处理，去除钢水中的夹杂物。另外，在rh脱氧合金化时，向钢包渣面加入电石、铝酸钙渣面脱氧剂进一步脱除炉渣中的氧，避免连铸过程中氧化钢水中的合金元素，造成钢水二次污染，进一步提高钢水洁净度。