本發(fā)明屬于工模具鋼生產
技術領域：
，具體涉及一種通過在鋼液精煉過程中控制氧化物夾雜，以改善工模具鋼中碳化物的方法。
背景技術：
：工模具鋼含有很高的碳和合金元素含量，因此鋼中不可避免地會生成大量的一次碳化物和二次碳化物。這些碳化物往往會成為鋼在軋制(或鍛造)、工模具加工、以及工模具使用過程中的裂紋源。與此同時，碳化物也會明顯降低鋼的沖擊韌性、表面質量和疲勞性能。國內外特殊鋼企業(yè)生產高品質工模具鋼普遍采用轉爐(電爐或感應爐)熔煉→LF爐外精煉→VD(或RH)→連鑄(或模鑄)→電渣重熔的生產工藝。其中，電渣重熔是生產高品質工模具鋼質量控制的關鍵環(huán)節(jié)。在電渣重熔工模具鋼液凝固過程中，碳、氮和合金元素(如Cr、Mo、V、Ti)容易局部富集，特別是在枝晶間殘余的液相內，從而生成一次碳化物和氮化物。電渣重熔過程是鋼中一次碳化物和氮化物產生的來源。電渣鑄錠中的一次碳化物在后續(xù)的熱加工過程中很難消除，會保留至最終熱處理態(tài)的鋼材中。一次碳化物也會影響后續(xù)鑄錠熱加工過程中二次碳化物的尺寸、分布。因此，電渣重熔過程控制對改善鋼中一次碳化物和后續(xù)熱加工過程中的二次碳化物具有至關重要的作用。為了提高鋼液的潔凈度，國外內企業(yè)在自耗電極鋼的冶煉和爐外精煉過程中普遍采用鋁脫氧操作。這將不可避免地使鋼中產生大量的Al2O3和MgO·Al2O3夾雜物。理論研究和生產實踐表明，通過電渣重熔工藝只能去除自耗電極中的一部分原始夾雜物。鋼液中所有來源于自耗電極并且在電渣過程中未被去除的Al2O3和MgO·Al2O3夾雜物，以及電渣過程新生成的Al2O3夾雜，不可避免地均會成為工模具鋼中一次碳化物和氮化物異質形核的核心，從而促進一次碳化物的形核與長大，也加劇了電渣鋼中碳化物的不均勻性。這些一次碳化物和氮化物在電渣鑄錠后續(xù)的熱加工過程中很難消除，一直會保留至鋼的回火態(tài)，嚴重影響鋼的沖擊韌性和使用壽命。目前，對于電渣重熔工模具鋼仍沒有解決夾雜物促進氮化物和一次碳化物形核與長大，加劇其分布不均勻性的問題。一直以來，國內外特鋼企業(yè)試圖通過各種方法(如調整電渣重熔的熔速、鋼中添加合金元素)來控制電渣鋼中的一次碳化物。但對于合金元素含量高的工模具鋼來說，這些方法在改善電渣鋼中一次碳化物方面仍存在各種局限性，效果也很有限。技術實現要素：針對上述問題，本發(fā)明提出了一種通過在鋼液精煉過程中控制氧化物夾雜，以改善電渣重熔工模具鋼中碳化物的方法。本發(fā)明可適用于高碳高合金工模具鋼和中碳中合金鋼。以解決工模具鋼中氧化物夾雜成為氮化物和一次碳化物形核核心，導致促進了碳化物生成和長大、分布不均勻的問題。本發(fā)明是通過以下技術方案實現的：一種改善電渣重熔工模具鋼中碳化物的方法，所述方法依次包括熔煉、爐外精煉、澆鑄和電渣重熔；所述熔煉將原料溶煉成鋼液隨后依次經爐外精煉、澆鑄制得自耗電極，經所述電渣重熔進一步將所述自耗電極精煉成電渣鑄錠，通過在所述爐外精煉中控制鋼中氧化物夾雜的種類并同時在電渣重熔中避免生成新的Al2O3夾雜，避免產生氮化物和一次碳化物的形核核心，進而實現電渣鋼中碳化物尺寸細化和均勻分布的控制。進一步地，所述爐外精煉的過程中控制鋼中氧化物夾雜的種類具體方式為，采用鋼液鋁深脫氧，爐外精煉的末期鈣處理進行夾雜物改性，使鋼液中的Al2O3和MgO·Al2O3夾雜物轉變?yōu)殁}鋁酸鹽夾雜。由于鈣鋁酸鹽夾雜物沒有成為氮化物和一次碳化物形核的核心，從而避免了電渣過程中氧化物夾雜成為氮化物和一次碳化物形核的核心，抑制了工模具鋼中一次碳化物的生成和長大，也使鑄錠中碳化物的分布更加均勻。進一步地，針對化學成分不同的鋼液，所述鋼液鋁深脫氧所用的Al量根據熱力學化學反應2[Al]+3[O]＝(Al2O3)slag計算得到，保證鋼液中的酸溶鋁質量含量控制在0.015～0.075％。進一步地，所述鈣處理為在爐外精煉結束末期喂入適量鈣線，進行夾雜物變性處理，保證鋼液鈣鋁質量比在0.01～0.15之間。進一步地，所述電渣重熔用預熔渣中SiO2質量含量≤1.5％，FeO質量含量≤0.2％。進一步地，電渣重熔前化渣時加入渣量質量的3％～5％的鋁粉以進一步還原去除渣料中不穩(wěn)定的氧化物。進一步地，電渣重熔時在干燥氬氣氣氛下進行，保證氣體保護罩內微正壓，所述微正壓是指罩內氣壓微大于外界大氣壓保證外界氣體不能進入罩內。進一步地，電渣重熔前，將自耗電極進行扒皮處理，以去除自耗電極的氧化物鐵皮，防止電渣重熔時鋼液增氧，產生Al2O3夾雜。進一步地，電渣重熔過程全程禁止采用鋁脫氧，避免電渣過程生成的Al2O3夾雜物成為氮化物和一次碳化物的形核核心。進一步地，所述爐外精煉采用LF+VD或LF+RH工藝路線。上述含量均值質量含量。本發(fā)明的有益技術效果：本發(fā)明通過在電渣重熔之前，在自耗電極鋼的爐外精煉過程首先采用鋁深脫氧大幅度降低鋼液的氧含量，隨后通過鈣處理改性鋁脫氧產物Al2O3和MgO·Al2O3夾雜，使其變?yōu)殁}鋁酸鹽夾雜；在電渣重熔過程中避免生成新的Al2O3夾雜，由于鈣鋁酸鹽夾雜物沒有成為氮化物和一次碳化物形核的核心，從而避免了電渣過程中氧化物夾雜成為氮化物和一次碳化物形核的核心，抑制了工模具鋼中一次碳化物的生成和長大，也使鑄錠中碳化物的分布更加均勻。最終，使模具鋼的沖擊韌性提高了20％以上，工具鋼的韌性提高了至少3倍。附圖說明：圖1H13鋼自耗電極中典型的夾雜物CaO-MgO-Al2O3；圖2H13鋼自耗電極中典型的夾雜物CaO-Al2O3；圖3H13電渣鑄錠中典型的夾雜物CaO-Al2O3；圖4H13電渣鑄錠中典型的夾雜物CaO-MgO-Al2O3；圖58Cr13MoV工具鋼自耗電極中典型的夾雜物CaO-Al2O3；圖68Cr13MoV工具鋼自耗電極中典型的夾雜物CaO-MgO-Al2O3；圖78Cr13MoV工具鋼電渣鑄錠中典型的夾雜物CaO-MgO-Al2O3；圖88Cr13MoV工具鋼電渣鑄錠中典型的夾雜物CaO-Al2O3；圖9對應圖7中夾雜物的掃描電鏡能譜圖；圖10對應圖8中夾雜物的掃描電鏡能譜圖。具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細描述。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。相反，本發(fā)明涵蓋任何由權利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發(fā)明有更好的了解，在下文對本發(fā)明的細節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細節(jié)部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。實施例一H13模具鋼自耗電極制備過程采用BOF→LF→RH→連鑄的生產工藝。在LF精煉過程中采用鋁深脫氧。RH精煉末期喂純鈣線，進行夾雜物的鈣處理變性。鈣線的加入速度為150米/分鐘，加入量1.8米/噸鋼。生產的連鑄坯用作自耗電極。自耗電極尺寸為280mm×325mm。電渣重熔前將電極表面扒皮處理，然后與假電極焊接。自耗電極的化學成分見表1。采用氣體保護電渣重熔H13鋼。電渣重熔過程氣體保護罩內微正壓。電渣重熔用渣中SiO2含量為1.5％，FeO含量為0.15％。渣量為100公斤。電渣重熔之前，預熔渣化渣時，向渣中加入3.5公斤鋁粉。生產的電渣錠直徑為600mm，長度4米。自耗電極鋼中的夾雜物如圖1和圖2所示。自耗電極鋼中的氧化物為CaO-MgO-Al2O3系。電渣重熔之后，電渣錠中夾雜物如圖3和圖4所示。電渣鑄錠中的氧化物夾雜仍為CaO-MgO-Al2O3系。鑄錠中的氧化物均沒有成為氮化物和一次碳化物形核的核心。這抑制了H13鋼中大尺寸碳化物的生成，細化了鋼中的碳化物，也使碳化物的分布更加均勻。表1自耗電極H13模具鋼的化學成分(mass％)CSiMnCrMoVTiCaMgAlON0.380.980.355.171.450.960.00780.00160.00020.030.00220.0100實施例二8Cr13MoV工具鋼自耗電極制備過程采用感應爐→LF→VD→模鑄的生產工藝。在LF精煉過程采用鋁深脫氧，在VD精煉的末期喂入鈣線進行鈣處理夾雜物變性。電渣重熔實驗用工具鋼8Cr13MoV自耗電極的化學成分見表2。自耗電極的直徑為90mm。氣體保護電渣重熔過程中氬氣先通過氣體干燥系統(tǒng)而進入氣體保護罩。氬氣流量為50Nl/min。電渣重熔用渣中SiO2含量為1.3％，FeO含量為0.14％。預熔渣在電渣重熔實驗前在烘箱內800℃下烘烤5小時，每一爐次實驗用渣量為6公斤。電渣重熔之前，預熔渣化渣時，向渣中加入0.18公斤鋁粉。電渣重熔過程的電流、電壓和結晶器出水溫度分別為2600A、45V和35℃。電渣重熔前機械打磨去除自耗電極表面的氧化鐵皮。8Cr13MoV工具鋼電渣鑄錠中典型的夾雜物如圖7和圖8所示，8Cr13MoV工具鋼電渣鑄錠中典型的夾雜物的掃描電鏡能譜圖如圖9和圖10所示進一步驗證了其鑄錠中的氧化物均沒有成為氮化物和一次碳化物形核的核心。這抑制了8Cr13MoV鋼中大尺寸碳化物的生成，細化了鋼中的碳化物，也使碳化物的分布更加均勻。表2自耗電極8Cr13MoV工具鋼的化學成分(mass％)當前第1頁1 2 3