3Cr2NiMoA模具鋼冶煉生產實踐

鄭福生，何 新，付 強，戴 棟

(唐山鋼鐵集團重機裝備有限公司，河北 唐山 063306)

隨著科技發展和產業的進步，高級塑料模具鋼對原材料質量要求越來越高。3Cr2NiMoA鋼種要求具有高淬透性、良好的拋光性能、電火花加工性能和皮紋加工性能，綜合力學性能好，市場客戶對鋼種質量要求較高，必須滿足的技術標準具備低P、低S、低氣體含量的特點。其公司利用40 t電弧爐、45tLF爐和45tVD進行冶煉，過程控制存在一定難度。借鑒低氮氧含量鋼種的冶煉經驗，采用EAF-LF-VD流程冶煉生產用戶要求的3Cr2NiMoA鋼種，效果良好。本文介紹了某公司煉鋼車間冶煉生產3Cr2NiMoA鋼的生產工藝實踐情況。

1 成分及工藝設計與控制

1.1 成分設計

3Cr2NiMoA高級塑料模具鋼客戶提出主要化學成分及氣體含量要求見表1，P、S含量小于0.008%，H含量小于1.5×10-6，N含量小于80×10-6，O含量小于20×10-6。

表1 3Cr2NiMoA模具鋼成分 %

1.2 設備參數與冶煉工藝流程

產線冶煉設備概況見表2。

鋼種成分S、P含量控制較低，同時H、N、O氣體含量控制嚴格，結合公司全廢鋼冶煉生產和設備狀況條件，冶煉工藝控制難度較大。鋼水純凈度控制，特別是S、P含量及氣體含量控制是不可缺少的前提條件，根據

表2 主要冶煉設備及參數

產品成分條件和性能要求，制定工藝流程3Cr2NiMoA的工藝流程為：廢鋼EAF冶煉→LF精煉→VD。采用EAF→LF→VD流程冶煉3Cr2NiMoA鋼，全流程綜合工藝控制是關鍵。基于全流程綜合工藝控制理念通過電弧爐冶煉，控制P含量達標，同時氧化脫碳控制夾雜物和氣體含量得到易于處理的粗鋼水；LF除對鋼水進行成分調整、溫度控制外，最主要的任務是脫硫脫氧同時控制增氮；VD爐吹氬攪拌真空脫氣得到合格終點成分鋼水[1]。

2 冶煉工藝控制

2.1 鋼中P的工藝控制

工藝流程中沒有其他的脫磷手段，只能通過電弧爐氧化去磷，且電弧爐熔煉過程采用全廢鋼冶煉，配料過程需嚴格廢鋼配比，選用清潔廢鋼，降低工藝流程中脫磷冶煉壓力，同時為后期鋼水中氣體含量控制創造有利條件。

電弧爐脫磷過程主要在渣-鋼界面進行，反應過程為[2]

2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO·P2O5)+5[Fe]，ΔH<0

影響脫磷反應的有利條件是高氧化性、高堿度和低溫(ΔH<0)和大渣量操作，脫磷工藝較為成熟，但要特別主要脫磷反應過程是可逆的，在冶煉后期溫度升高過程中有回磷現象，在實際操作過程中采取多次扒渣操作，確保脫磷效果。

考慮后續精煉過程還原性氣氛增強可能發生的回磷現象，嚴格控制出鋼過程，嚴禁下渣，保持現有工藝條件下電弧爐出鋼終點磷含量。生產過程結果來看，到LF精煉工序終點過程磷含量能夠控制在0.005%左右。

2.2 鋼中S的工藝控制

控制鋼中S含量既是客戶成分要求，也是后續保持良好脫氮效果的關鍵因素。在VD處理過程中，鋼液中的氧、硫是表面活性物質，含量影響VD工序脫氮效果。

LF精煉過程脫硫反應式為[3]

3(CaO)+2[Al]+3[S]=3(CaS)+(Al2O3)-ΔT

通過上述反應式可知，LF精煉過程加熱快速升溫有利于脫硫反應正向進行，保持渣的還原性實現快速脫硫。LF精煉過程要求控制好渣系和脫氧操作，控制渣中w(FeO)+w(MnO)≤1.2%，渣量為鋼水量的2%左右，爐渣堿度R≥3.0，鋼水溫度控制在1 590 ℃以上，保持良好的爐渣流動性[1]。

通過脫硫工藝控制，目前從工序生產實際看，LF精煉工序能夠使鋼液硫含量達到≤0.005%的水平。

2.3 鋼中H、N、O氣體含量工藝控制

電弧爐熔煉過程進行強氧化脫碳去氣操作，工藝要求脫碳量保持在0.5%～0.65%的較高水平，有效去除熔化鋼水中的N含量。冶煉過程保持良好的泡沫渣操作，避免鋼液裸露吸氮現象，出鋼前10 min左右進行吹氧脫碳鋼液沸騰去除氣體夾雜物，冶煉全過程注意流渣操作過程控制。電弧爐終點碳含量大于0.008%，錳沸騰并吹氬5 min以上方可出鋼，鋼水中錳含量大于0.10%，形成沉淀脫氧條件，去除電弧爐氧化鋼水中的氧，出鋼過程嚴禁下渣。出鋼過程不采用鋁合金脫氧，避免固氮[1]。出鋼過程全程進行鋼包底吹氬氣操作，防止空氣與鋼水液接觸造成增氮。

LF精煉過程另一個主要任務是脫氧處理，也是工藝流程中的主要脫氧環節，LF精煉過程快速造白渣，保持長久的白渣時間，創造積極的脫氧條件。生產實際中LF精煉采用鋁脫氧的復合脫氧工藝，進行擴散脫氧，將鋼水中氧含量控制在20×10-6，達到成分控制要求。LF精煉操作全過程要控制熔渣效果，保持電極電弧埋弧效果，控制鋼水增氮。

精煉過程做好氬氣使用控制，改善高溫鋼水熔煉動力學條件，精煉全程氬氣壓力控制在0.15～0.35 MPa。做好氬氣的使用和控制，有利于增強脫氧脫氮效果。

VD過程真空條件是工藝流程中脫H、脫氮的主要手段。VD真空脫氣全程保持大流量的吹氬手段。VD真空完畢需保持澆注前全過程鋼水渣液覆蓋，極力避免鋼水與空氣接觸吸氣。生產實踐過程中，VD真空度工作條件保壓時間延長至18 min，脫氣效果良好。要求VD工藝操作過程中，進泵時間控制在10 min以內，真空保壓期間氬氣壓力0.1～0.3 MPa，真空度小于67 Pa。破空之后進行氬氣軟吹靜置時間9～15 min。

3 冶金質量

對待低P、S及氣體含量要求嚴格的鋼種，采用現有設備情況，除考慮常規的各工藝環節控制之外，必須強調全工藝流程過程控制，做到每個工藝環節涉及的H、N、O的環節均做到嚴密控制，同時為下道工序創造有利條件。

采用設定工藝流程冶煉3Cr2NiMoA鋼種，終點成分控制分析結果見表3。

4 結 語

(1)采用EBT-LF-VD流程冶煉3Cr2NiMoA鋼是可行的，終點鋼水中w(P)≤0.008%，w(S)≤0.008%，w(H)≤1.5×10-6，w(N)≤20×10-6，w(O)≤60×10-6。

表3 3Cr2NiMoA鋼終點成分

(2)貫徹全流程綜合工藝控制理念，利于終點鋼水成分精準控制，達到市場客戶要求。