底吹氬中頻爐熔煉高品質H13模具鋼

黃石起，江磊峰，高雪竹，方亮，李兆峰

（1.吉林省維爾特隧道裝備有限公司，吉林 吉林市132011；2.吉林省盾構與掘進刀具技術重點實驗室，吉林 吉林市132011）

0 前言

H13模具鋼具有較高的韌性、淬透性和耐冷熱疲勞性能，不易產生疲勞裂紋，主要用于沖擊載荷大的鍛模、熱擠壓模、精鍛模、鋁銅及其合金壓鑄模。H13模具鋼工作時承受很大的沖擊載荷、強烈的摩擦、劇烈的冷熱循環引起的熱應力以及高溫氧化，常常出現崩裂、塌陷、龜裂等失效形式。所以對其熔煉質量要求非常高，采用H13廢鋼料，用底吹氬中頻爐熔煉出自耗電極，再經過電渣爐進行電渣重熔生產出的H13模具鋼純凈度高、綜合性能可滿足制作各種模具的要求。

1 普通中頻爐熔煉H13鋼存在的問題

（1）中頻爐煉鋼無法進行脫氧操作，不能去除鋼水中的氣體和夾渣物。

（2）對爐內的鋼液無法用人工進行攪拌，以排出鋼液中的氣體和夾渣物。

（3）普通中頻爐煉鋼只能在熔煉過程中對鋼液進行電磁攪拌，但效果并不理想。

（4）爐料質量差，廢鋼表面帶有銹蝕、油污及水分，合金料烘烤不到位，爐襯材料質量差等因素，也會直接影響鋼液的純凈度。普通中頻爐熔煉對鋼液質量影響因素的因果關系，見圖1。

2 本方案中頻爐熔煉工藝方法

2.1 中頻爐爐襯結構改進

（1）常規中頻爐爐襯的打結工藝是：打結完爐底后在中心部位放置用鋼板制作的坩堝模，固定好坩堝模后再搗筑坩堝壁和修筑爐口，最后進行烘烤和爐襯的燒結。

圖1

（2）本工藝采用成型爐膽，其外部和底部使用堿性振搗料，成型爐膽底部中心部位，安裝透氣磚，其周圍用透氣料打結出氣體擴散區。

（3）中頻爐底部安裝吹氬裝置，到熔煉后期對鋼液進行吹氬精煉，改進前后的爐襯結構圖見圖2、圖3。

圖2

圖3

2.2 中頻爐底吹氬工藝確定

（1）爐襯燒結：爐襯打結完畢后立即進行烘爐和燒結，烘爐時利用小塊的優質廢鋼料，以200～300℃/h的升溫速度升到1100℃，在此溫度保溫1 小時，再以300℃/h的升溫速度使廢鋼熔化，并把鋼液溫度控制到1680～1700℃，在此溫度保溫1～1.5 小時，完成爐襯燒結，并進行氬氣試吹。

（2）爐料的準備：開爐前對廢鋼等爐料進行表面清理，去除表面的銹蝕、油污等雜物，并對所有入爐合金料進行烘烤，選用優質的造渣材料。

（3）熔煉到后期，加完所有合金材料進行預脫氧操作，待鋼液溫度達到1550～1600℃時開始進行爐底吹氬，氬氣流量控制標準是:鋼液表面有明顯的氣泡均勻冒出，且保證鋼流不紊亂，鋼液不暴露于空氣中，避免鋼水的二次氧化，吹氬時間一般控制在10～15 分鐘。

（4）待鋼水溫度達到工藝要求時出鋼澆注，出鋼時鋼包內加入一定量的稀土精煉合金，進一步對澆注鋼水進行凈化操作。

（5）出鋼后鋼液在鋼包中進行充分的鎮靜，盡量減少在出鋼過程中進入到鋼液中的外來夾渣物。

3 工藝改進前后鋼中夾渣物和含氣量對比

中頻爐底吹氬熔煉H13模具鋼，比普通熔煉工藝，純凈度大大提高，吹氬精煉前后的夾渣物及氣體含量對比明顯降低，對工藝改進前后熔煉的鋼取樣做了對比分析，其結果如下。

3.1 鋼種非金屬夾渣物對比分析

鋼種非金屬夾渣物對比分析結果（按GB105612-2005 標準）見表1。

表1

3.2 鋼種氣體含量

對吹氬精煉的H13模具鋼進行了氣體含量分析，其結果完全滿足標準的模具鋼技術要求，其結果見表2。

表2

3.3 超聲波檢驗

按GB/T4162-2008 標準進行超聲波檢驗，合格級別A 級，材料內部無白點、氣泡、裂紋、夾雜及縮孔等缺陷。

4 結論

（1）中頻爐爐襯采用成型爐膽和振搗料結合方式，成型爐膽打結密度遠高于振搗打結的爐襯密度，熔煉過程中降低了爐襯的燒損，從而降低鋼中非金屬夾渣物含量，并提高了爐襯壽命。

（2）中頻爐底吹氬操作，達到了煉鋼過程中對鋼液的精煉功能，與普通中頻爐熔煉相比，大大降低了鋼中的非金屬和有害氣體含量，提高了鋼材的綜合機械性能。

（3）底吹氬過程對鋼液起到充分的攪拌作用，使爐內的鋼液溫度均勻，降低成品鋼的組織和成分偏析。

（4）本工藝改進方案投資少、操作簡單，可明顯提高模具鋼的質量。