电渣锭锭型和充填比对H13模具钢质量的影响

电渣锭锭型和充填比对H13模具钢质量的影响钟松周军关云EffectofElectroslagIngotMoldandFillingRatioonQualityofSteelH13forDieZhongSong,ZhouJunandGuanYun(DayeSpecialSteelCorpLtd,Huangshi435001)冶钢公司采用电炉冶炼+电渣重熔工艺冶炼高质量H13模具钢，为了研究电渣工艺参数变化对钢材质量的影响，本文讨论电渣锭型和充填比对钢材总体质量的影响。1实验过程1.1实验用料电炉3t钢锭，轧成320mm和250mm方坯，重熔2.5t电渣锭；电炉冶炼浇铸180mm方坯、320mm圆坯重熔1.2t电渣锭。4种母材经重熔后加工成Φ185mm材。试样分别从Φ185mm电渣材和Φ180mm电炉钢材上切取。试样编号和冶炼工艺见表1，试样的化学成份见表2。表1实验用料的冶炼工艺Table1Steelmakingprocessesformaterialtesting试样编号冶炼工艺锭型/t结晶器截面尺寸/mm电极棒截面尺寸/mm充填比1电炉单炼----2电炉+电渣1.2430180方0.203电炉+电渣1.2430Φ3200.504电炉+电渣2.5530250方0.255电炉+电渣2.5530320方0.40表2试样化学成分/%Table2Chemicalcompositionsofsamples/%试样编号CSiMnPSCrMoVCuNi10.400.960.27＜0.02＜0.024.561.350.930.120.092，30.400.960.23＜0.02＜0.024.611.300.960.110.094，50.390.990.30＜0.02＜0.024.871.310.950.130.11注：结晶器截面形状为圆角方形，渣系为70%CaF2+30%Al2O31.2实验方法5种试样均采用推荐的热处理工艺：1030℃×15min油冷，580℃×2h回火×2次。测定夹杂物含量及氢和氧含量，室温下的拉伸和冲击分别在材料试验机JB30G和ZDM5791上进行。2实验结果及分析2.1冶炼工艺对夹杂物和气体含量的影响从表3可见电炉钢夹杂物和气体含量明显高于4种电渣重熔钢，1.2t和2.5t两种电渣锭型钢材夹杂物与气体含量没有明显差别，但充填比小的2号和4号试样夹杂物及气体含量分别稍低于同锭型对应的3号和5号试样。表3冶炼工艺对实验钢夹杂物以及氢、氧含量的影响Table3Effectofsteelmakingprocessoninclusion,oxygenandhydrogencontentinsteeltested冶炼工艺序号夹杂物含量/%H含量/×10-6O含量/×10-610.00915.005520.00442.442330.00493.202940.00452.002550.00502.8031电渣重熔能有效地去除钢中非金属夹杂物，是得益于重熔过程中强烈的渣钢反应带来的对钢液的去夹杂提纯作用，这种作用主要发生在电极熔化末端熔滴形成的过程中和电极端部金属液层—熔渣界面［1～3］。傅杰等人的研究表明电渣重熔钢中原始夹杂物为炉渣吸附溶解是自发过程，原始夹杂物在熔滴阶段已大部分去除和溶解，重熔后钢中夹杂物相当一部分是钢中溶解氧和钢中元素反应形成的新生夹杂物。在钢中原始夹杂物浓度、尺寸半径等其它条件基本相同前提下，重熔过程中电极熔化速度越小，对去除夹杂物越有利［2、4］。本实验中1.2t和2.5t锭型大充填比的电极熔化时间比小充填比熔化时间缩短50min和40min，故大充填比电极重熔后钢材夹杂物含量要稍高一些。电渣重熔直接去除高温下稳定的或比重很轻的氧化物夹杂是降低钢中氧含量的另一途径。由于有更充分的反应时间，1.2t和2.5t两种锭型大充填比重熔后钢材气体含量要高于小充填比钢材气体含量。2.2冶炼工艺对实验钢机械性能的影响冶炼工艺对实验钢机械性能的影响见表4。分析表4得知，电炉钢强度与电渣重熔钢处于同一水平，与电渣钢不同的是其纵向强度明显高于横向强度；电炉钢纵向塑性和冲击韧性与电渣钢相差不多，横向塑性和韧性指标低于电渣钢，等向性能比电渣钢差。表4冶炼工艺对实验钢机械性能的影响Table4Effectofsteelmakingprocessonmechanicalpropertiesofsteeltested冶炼工艺序号横向性能纵向性能σb/MPaδ／%ψ/%AK/Jσb/MPaδ/%ψ/%AK/J117136.220.05.5175012.545.033.0217037.631.514.7170110.946.835.5317497.929.415.5173711.042.331.7417836.026.011.3179211.145.034.7517936.026.517.317958.738.541.0可以看出两种电渣锭型生产的钢材纵、横向机械性能基本相近，新工艺(3#、4#、5#)和原有工艺(2#)钢材性能相当。1.2t电渣锭型0.50充填比(3#)钢材纵、横向强度稍高于0.20充填比(2#)，塑性和韧性相当；2.5t电渣锭型两种充填比钢材纵、横向强度和塑性基本相同，但0.40充填比(5A#)钢材纵、横向韧性和等向性略微好于0.25充填比(4#)。在相同锭型和一定的工艺参数下，充填比大的电渣重熔过程中，熔滴在结晶器内分布面积大，温场较均匀，熔池趋向为“U”型和“浅平”，有利于电渣锭的质量［5］，这可能是充填比大的重熔材性能在某些方面好于充填比小的原因。3结论(1)在现行工艺下，采用不同锭型和不同充填比钢材性能相当，虽有少许差异，但不能认为是参数变化的影响。(2)同一锭型，采用大充填比，电耗低、速度快，钢材质量和性能不降低，是低耗高效生产方式。作者简介：钟松，男，29岁，工程师。1992年毕业于北京科技大学应用化学专业，1997年北京科技大学冶金物化研究生毕业。作者单位：大冶特殊钢股份有限公司，黄石435001参考文献1傅杰，陈崇禧等.高温合金电渣重熔冶金质量控制.特殊钢，1984，(增刊)：172李正帮，洪彦若等.电渣熔铸.北京：国防工业出版社，1981，173傅杰.特种熔炼与冶金质量控制.北京：冶金工业出版社，1999，994李正帮，傅杰.电渣冶金在中国的发展.特殊钢，1999，20，(增刊)：45夏兆祥，赵鸿燕.H13模具钢电渣冶炼工艺探讨.冶金部特殊钢信息网，1996，60