底吹氩中频炉熔炼高品质H13模具钢

黄石起，江磊峰，高雪竹，方亮，李兆峰

（1.吉林省维尔特隧道装备有限公司，吉林 吉林市132011；2.吉林省盾构与掘进刀具技术重点实验室，吉林 吉林市132011）

0 前言

H13模具钢具有较高的韧性、淬透性和耐冷热疲劳性能，不易产生疲劳裂纹，主要用于冲击载荷大的锻模、热挤压模、精锻模、铝铜及其合金压铸模。H13模具钢工作时承受很大的冲击载荷、强烈的摩擦、剧烈的冷热循环引起的热应力以及高温氧化，常常出现崩裂、塌陷、龟裂等失效形式。所以对其熔炼质量要求非常高，采用H13废钢料，用底吹氩中频炉熔炼出自耗电极，再经过电渣炉进行电渣重熔生产出的H13模具钢纯净度高、综合性能可满足制作各种模具的要求。

1 普通中频炉熔炼H13钢存在的问题

（1）中频炉炼钢无法进行脱氧操作，不能去除钢水中的气体和夹渣物。

（2）对炉内的钢液无法用人工进行搅拌，以排出钢液中的气体和夹渣物。

（3）普通中频炉炼钢只能在熔炼过程中对钢液进行电磁搅拌，但效果并不理想。

（4）炉料质量差，废钢表面带有锈蚀、油污及水分，合金料烘烤不到位，炉衬材料质量差等因素，也会直接影响钢液的纯净度。普通中频炉熔炼对钢液质量影响因素的因果关系，见图1。

2 本方案中频炉熔炼工艺方法

2.1 中频炉炉衬结构改进

（1）常规中频炉炉衬的打结工艺是：打结完炉底后在中心部位放置用钢板制作的坩埚模，固定好坩埚模后再捣筑坩埚壁和修筑炉口，最后进行烘烤和炉衬的烧结。

图1

（2）本工艺采用成型炉胆，其外部和底部使用碱性振捣料，成型炉胆底部中心部位，安装透气砖，其周围用透气料打结出气体扩散区。

（3）中频炉底部安装吹氩装置，到熔炼后期对钢液进行吹氩精炼，改进前后的炉衬结构图见图2、图3。

图2

图3

2.2 中频炉底吹氩工艺确定

（1）炉衬烧结：炉衬打结完毕后立即进行烘炉和烧结，烘炉时利用小块的优质废钢料，以200～300℃/h的升温速度升到1100℃，在此温度保温1 小时，再以300℃/h的升温速度使废钢熔化，并把钢液温度控制到1680～1700℃，在此温度保温1～1.5 小时，完成炉衬烧结，并进行氩气试吹。

（2）炉料的准备：开炉前对废钢等炉料进行表面清理，去除表面的锈蚀、油污等杂物，并对所有入炉合金料进行烘烤，选用优质的造渣材料。

（3）熔炼到后期，加完所有合金材料进行预脱氧操作，待钢液温度达到1550～1600℃时开始进行炉底吹氩，氩气流量控制标准是:钢液表面有明显的气泡均匀冒出，且保证钢流不紊乱，钢液不暴露于空气中，避免钢水的二次氧化，吹氩时间一般控制在10～15 分钟。

（4）待钢水温度达到工艺要求时出钢浇注，出钢时钢包内加入一定量的稀土精炼合金，进一步对浇注钢水进行净化操作。

（5）出钢后钢液在钢包中进行充分的镇静，尽量减少在出钢过程中进入到钢液中的外来夹渣物。

3 工艺改进前后钢中夹渣物和含气量对比

中频炉底吹氩熔炼H13模具钢，比普通熔炼工艺，纯净度大大提高，吹氩精炼前后的夹渣物及气体含量对比明显降低，对工艺改进前后熔炼的钢取样做了对比分析，其结果如下。

3.1 钢种非金属夹渣物对比分析

钢种非金属夹渣物对比分析结果（按GB105612-2005 标准）见表1。

表1

3.2 钢种气体含量

对吹氩精炼的H13模具钢进行了气体含量分析，其结果完全满足标准的模具钢技术要求，其结果见表2。

表2

3.3 超声波检验

按GB/T4162-2008 标准进行超声波检验，合格级别A 级，材料内部无白点、气泡、裂纹、夹杂及缩孔等缺陷。

4 结论

（1）中频炉炉衬采用成型炉胆和振捣料结合方式，成型炉胆打结密度远高于振捣打结的炉衬密度，熔炼过程中降低了炉衬的烧损，从而降低钢中非金属夹渣物含量，并提高了炉衬寿命。

（2）中频炉底吹氩操作，达到了炼钢过程中对钢液的精炼功能，与普通中频炉熔炼相比，大大降低了钢中的非金属和有害气体含量，提高了钢材的综合机械性能。

（3）底吹氩过程对钢液起到充分的搅拌作用，使炉内的钢液温度均匀，降低成品钢的组织和成分偏析。

（4）本工艺改进方案投资少、操作简单，可明显提高模具钢的质量。