本發(fā)明涉及鋼材領域，具體而言，涉及一種鋼錠及其制造方法。

背景技術：

在模具鋼生產的生產工藝中，氫含量高的成品會形成白點缺陷，導致產品報廢。氮含量高的模具鋼經過長時間放置后會變脆，同時使鋼的沖擊韌性、塑性、冷加工性能、成型性、延伸率、焊接性能顯著降低。在中碳塑料模具鋼中，因鋼錠氫、氮含量高產生的脆性很嚴重。

尤其是針對中碳含鉻的塑料模具鋼，該鋼含有cr、ni、mn、mo等合金元素，具有很高的淬透性。由于該鋼含ni、cr、等合金元素，而上述合金元素與氫、氮共生，在生產時極易吸氫和氮，從而導致生產的產品白點缺陷很嚴重。

技術實現(xiàn)要素：

在本發(fā)明的第一方面，提供了一種鋼錠，其具有相對較長的使用壽命以及較廣的適用范圍。

在本發(fā)明的另一方面，提供了一種鋼錠的制造方法。利用上述制造方法可有效控制其中的氫和氮含量。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

一種制備鋼錠的方法，其包括：

采用氧化渣進行初次冶煉，偏心爐底出鋼得到冶煉鋼液；

采用還原性精煉渣對冶煉鋼液進行初次精煉得到第一精煉鋼液，對第一精煉鋼液進行二次真空精煉，得到第二精煉鋼液；

以及真空澆注第二精煉鋼液。

一種通過上述方法制備的鋼錠。

本發(fā)明實施例的有益效果：本發(fā)明實施例提供的制備鋼錠的方法具有工藝簡單、控制方便，可以有效控制鋼錠中的氫、氮含量至較低水平。由上述方法制造的鋼錠使用壽命長，具有廣闊的應用前景。

具體實施方式

下面將結合實施例對本發(fā)明的實施方案進行詳細描述，但是本領域技術人員將會理解，下列實施例僅用于說明本發(fā)明，而不應視為限制本發(fā)明的范圍。實施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產品。

以下針對本發(fā)明實施例的鋼錠及其制造方法進行具體說明：

一種制造鋼錠的方法，其包括：

步驟s101、采用氧化渣進行初次冶煉，偏心爐底出鋼得到冶煉鋼液。

上述冶煉過程中所采用的原料可以是生鐵、廢鋼等。較佳地，生鐵以及廢鋼均是清潔、干燥、無油污的材料，且塊度適當。進一步地，通過減少原料中的磷、硫以及五害元素(as、pb、sb、bi和sn)的含量，可以提高成品塑料模具鋼的品質，從而滿足塑料模具鋼高品質、殘余元素含量低的要求。本發(fā)明的一些示例中，所采用的原料可以是中碳的含鉻塑料模具鋼。該鋼含有cr、ni、mn、mo等合金元素，具有很高的淬透性。并且，該鋼中的ni、cr等合金元素易與氫、氮共生，在生產時極易吸氫和氮。采用本發(fā)明提供的鋼錠的制造方法，可以有效減弱甚至避免吸氧、氮的問題，從而有效控制成品鋼錠中出現(xiàn)白點的情況。

作為一種可選的實現(xiàn)方式，采用偏心爐底出鋼電爐對原料進行初次冶煉。在原料熔化期采用大功率送電熔化、迅速造好氧化渣進行快速脫磷，優(yōu)選采用堿度達到r＝4.8～6.0的硅酸鹽氧化渣。氧化脫磷，優(yōu)選低溫脫磷至磷含量在0.006％以下。氧化脫磷溫度優(yōu)選在1520～1550℃。氧化脫碳優(yōu)選氧化溫度大于1580℃，脫碳量大于0.40％。在氧化末期使鋼液中保持一定的碳含量，其過程中，可以通過增大氧氣流量的方法快速脫碳。

較佳地，氧化期做到高溫氧化，使鋼液劇烈沸騰。鋼液純沸騰時間在10分鐘以上，以利于鋼中氣體及夾雜物的上浮。此外，宜造泡沫渣，以防止電弧區(qū)空氣離解造成鋼液嚴重吸氫和氮。

其次，在通過氧化脫碳的過程中，還可以去除鋼液中的氫和氮。例如，氧化脫碳過程中，使鋼液在氧含量過飽和的情況下，盡可能去除鋼液中的氫和氮，以便使生產時偏心爐底出鋼電爐的初次冶煉末期出鋼的鋼液中氫含量在1.5ppm以下，氮含量在45pp以下；進一步地，氫含量在1.0ppm以下，氮含量在40.0ppm以下；更進一步地，氫含量在0.5ppm以下，氮含量在30.0ppm以下。

作為優(yōu)選的方案，將出鋼溫度控制為高于1630℃(鋼液出爐溫度)。該類鋼(鐵基塑料模具鋼)在精煉時，通常會添加合金，且合金加入量大。若出鋼溫度低于1630℃，則精煉時間將很長，鋼液吸氫和吸氮嚴重。相反，若出鋼溫度高于1630℃，精煉時間將大幅縮短，鋼液中的氮含量將可以被有效地控制在80ppm以內，鋼液中的氫含量將可以被有效地控制在4.0-5.5ppm之間，進而可為后續(xù)真空處理創(chuàng)造良好的條件。

通過偏心爐底出鋼至鋼包。在一些示例中，出鋼過程中，向鋼包內加入脫氧劑，脫氧劑例如可采用鋁塊(al)或硅鈣合金。根據(jù)ebt偏心爐中的終點碳含量，可選地添加烤紅的高cr或低cr；渣料：烤紅且無粉末的石灰、螢石。

s102、采用還原性精煉渣對冶煉鋼液進行初次精煉得到第一精煉鋼液。

初次精煉可以采用各種煉鋼爐，例如本發(fā)明實施例中，煉鋼爐采用lf鋼包爐。盛放鋼液的鋼包入lf精煉爐后，調整氬氣流量并送電精煉。為了防止在精煉時空氣中的氮氣進入鋼液導致吸氮，宜在精煉時采用大渣量并快速升溫。

作為優(yōu)選的方案，精煉渣系主要以具有還原作用的碳粉為主，通過迅速造好精煉渣、進行合金化，以保證鋼液脫氧、脫硫良好，進而控制s≤0.007％、s+p≤0.018％。

進一步地，根據(jù)初次精煉過程中鋼液中的氮含量，可以通過喂鋁線的方式控制鋼液中的氮含量至80ppm以下，在其他一些實例中，氮含量在70ppm以下，進一步地，氮含量在60ppm以下。

為了控制鋼液中的氫含量，可以通過大幅縮短精煉時間，以便將鋼液中的氫含量有效地控制在4.0～6.5ppm以內。在其他一些實例中，氫含量在5.5ppm以下或5ppm以下，進一步地，氮含量在3ppm以下，更進一步地，氮含量在4ppm。

作為一種可選的方式，冶煉鋼液進行初次精煉時，根據(jù)鋼包中的鋼液溫度及渣量的情況，適量地補加石灰、螢石。

s103、對第一精煉鋼液進行二次真空精煉，得到第二精煉鋼液。

二次真空精煉可以采用各種煉鋼爐，本發(fā)明實施例中，采用vd真空精煉爐進行二次精煉。為了保證vd真空精煉爐的去氣效果，在鋼液真空處理前適當減少渣量，即去除鋼液中的部分精煉渣。

例如，在真空處理前對第一精煉鋼液去渣50％，以保證在真空處理時爐渣透氣性良好。進一步地，還可以通過結合真空處理及采用al、ca的方式進行脫氧處理，以使鋼液中氧含量及夾雜物降到盡可能低的水平。即，在進行初次精煉的過程中，將鋁和鈣作為脫氧劑加入鋼液中，以達到脫氧的目的。其中，鋼和鈣優(yōu)選為單質。

在一些示例中，在鋼液真空處理前，去除全部的精煉渣，而在進行二次真空精煉時添加與上述初次精煉過程中所采用的精煉渣成分相同的渣系?；蛘?，在鋼液真空處理前，去除全部的精煉渣，然后在進行二次真空精煉時，根據(jù)初次精煉得到的第一精煉鋼液的情況選擇新的渣系。

作為優(yōu)選的方案，在二次真空精煉的過程中，二次真空熔煉過程張，在極限真空度小于67pa的條件下，保持時間大于15分鐘，更優(yōu)選為大于18分鐘的條件下，以便控制鋼液中氮含量在60ppm以下、氫含量有效地控制在1.5ppm以下，或氫含量在1.0ppm以下。進一步地，經過vd真空處理可以使鋼中氮、氫含量盡可能地降低。

在真空精煉處理過程中，為保證精煉渣的透氣率及脫氫和脫氮效果，優(yōu)選地，真空精煉處理前控制精煉鋼液的溫度≥1690℃、除渣50％并且爐渣的厚度控制≤40mm，再對精煉罐進行抽真空。另一方面，為控制鋼液中的非金屬夾雜物，提高冶金質量，通過vd真空精煉之前，根據(jù)鋼液中硅含量，喂硅鈣合金線200米/爐，極限真空度≤67pa下的保持時間≥15min，真空處理過程中合理調整氬氣流量，以便去氫率達到70％、去氮率達50％以上。

s104、真空澆注第二精煉鋼液。

澆注第二精煉鋼液時，可以采用上注法或下注法。作為一種示例，模鑄時采用上注法真空vc澆注，通過對真空罐進行真空處理(真空度≤67pa)，澆注鋼液與外界隔絕。鋼液澆注過程保持在真空(真空度≤67pa)條件下進行，有效地防止了鋼液在澆鋼過程中的增氫和增氮。在本發(fā)明的一些實例中，經過真空澆注可以得到[h]≤1.2ppm和[n]≤50ppm的塑料模具鋼38-40噸鋼錠。

本發(fā)明還提供了一種由上述方法制造而成的鋼錠。

通過控制制造工藝參數(shù)，可以使得鋼錠中的各元素含量根據(jù)需要進行調整。例如，在一些示例中，得到中碳鋼錠，且其中，含2wt％鉻、1wt％鎳、1.3wt％錳。進一步部地，還可以控制鋼錠中的氫含量在1.2ppm以下，氮含量在50ppm以下、氧含量在15ppm以下。

本發(fā)明提供的制備鋼錠的方法可以適用于各類鋼種的制備，尤其是鐵基塑料模具鋼、塑料模具鋼。采用該方法可以實現(xiàn)38-40噸重的鋼錠制備。另外，該方法可以有效地控制含鉻、錳、鎳、鉬的中碳塑料模具鋼的鋼錠質量。

在一些實例中，采用上述方法可以有效控制塑料模具鋼的鋼錠中的[h]≤1.5ppm和[n]≤50ppm、[o]≤15ppm，且可以大幅度提高模具鋼的使用壽命，有利于其在塑料行業(yè)大型模具中的使用。

以下結合實施例對本發(fā)明的鋼錠及其制造方法作進一步的詳細描述。

實施例一

一種鋼錠，其通過以下步驟制作而成。

第一步、配料。

采用優(yōu)質生鐵及廢鋼配料。重量配比：優(yōu)質生鐵30％，廢鋼70％。

第二步、ebt偏心爐冶煉。

工藝流程：裝料、送電熔化、造高堿度(r＝4.8)硅酸鹽氧化渣低溫(1520℃)脫磷至0.006％、氧化脫碳(氧化溫度1590℃，脫碳量0.40％)。

氧化期過程中，加熱至劇烈沸騰使鋼液純沸騰時間在10分鐘，并且造泡沫渣。氧化末期取樣分析[h]和[n]含量，控制ebt爐氧化末期鋼液中[h]＝1.5ppm、[n]＝45ppm。

然后通過偏心爐底出鋼至鋼包。出鋼過程向鋼包中加入脫氧劑，al塊2kg/t。根據(jù)爐中終點碳含量，加1.0t烤紅的低cr；渣料：烤紅且無粉末石灰400kg,螢石100kg。通過電爐初次冶煉，在1630℃，獲得[h]＝1.5ppm、[n]＝45ppm的鋼液。

第三步、lf鋼包爐精煉

入罐、測溫，根據(jù)包中鋼液溫度及渣量的情況，補加石灰500kg、螢石60kg。送電升溫，lf鋼包精煉爐按白渣操作，用碳粉保持，白渣保持時間15min，碳粉用量為2.0kg/t，碳粉還原后補加適量al粉進行深度脫氧去硫。精煉溫度在1670℃、s≤0.008％時，取樣全分析，調整成分，取樣全分析(包括氮含量分析)，確保成分滿足要求。lf爐還原的后期，通過喂鋁線方式添加0.06％鋁，獲得氮含量80ppm、氫含量4.5ppm的精煉鋼液。

第四步、vd真空精煉爐精煉

在真空精煉處理前，精煉鋼液溫度1690℃、除渣50％進行抽空，爐渣厚度控制40mm。根據(jù)鋼中硅含量，喂硅鈣線200米/爐。在極限真空度67pa下保持時間15min，真空處理過程中合理調整氬氣流量。具體的調整步驟可以為，在一個大氣壓的條件下使氬氣流量由30nl/min(標準升每分鐘)到120nl/min逐漸升高。在極限真空度60pa時，保持時間18min過程中，氬氣流量控制在120nl/min到200nl/min。

鋼液中的氫含量由真空精煉前的4.5ppm降低為1.35ppm，氮含量由真空精煉前的80ppm降低為60ppm。通過真空處理可獲得[h]1.5ppm、[n]47ppm的優(yōu)質精煉鋼液。

第五步、模鑄：

模鑄時采用上注法真空vc澆注，通過對真空罐進行真空處理(真空度67pa)。鋼液與外界隔絕并保持在真空下進行澆注，獲得[h]1.2ppm、[n]35ppm、[o]13ppm的38噸優(yōu)質鋼錠，無明顯白色斑點。

實施例二

一種鋼錠，其通過以下步驟制作而成。

第一步、配料。

采用優(yōu)質生鐵及廢鋼配料。重量配比：優(yōu)質生鐵40％，廢鋼60％。

第二步、ebt偏心爐冶煉。

工藝流程：裝料、送電熔化、造高堿度(r＝5)硅酸鹽氧化渣低溫(1550℃)脫磷至0.003％、氧化脫碳(氧化溫度1600℃，脫碳量0.50％)。

氧化期過程中，加熱至劇烈沸騰使鋼液純沸騰時間在15分鐘，并且造泡沫渣。氧化末期取樣分析[h]和[n]含量，控制ebt爐氧化末期鋼液中[h]＝1.0ppm、[n]＝40ppm。

然后通過偏心爐底出鋼至鋼包。出鋼過程向鋼包中加入脫氧劑，al塊3kg/t。根據(jù)爐中終點碳含量，加1.4t烤紅的高cr；渣料：烤紅且無粉末石灰500kg、螢石80kg。通過電爐初次冶煉，在1640℃出鋼，獲得[h]＝1.4ppm、[n]＝43ppm的鋼液。

第三步、lf鋼包爐精煉

入罐、測溫，根據(jù)包中鋼液溫度及渣量的情況，補加石灰400kg、螢石30kg。送電升溫，lf鋼包精煉爐按白渣操作，用碳粉保持，白渣保持時間19min，碳粉用量為2.3kg/t，碳粉還原后補加適量鈣粉進行深度脫氧去硫。精煉溫度在1690℃、s≤0.004％時，取樣全分析，調整成分，取樣全分析(包括氮含量分析)，確保成分滿足要求。lf爐還原的后期，通過喂鋁線方式添加0.06％鋁，獲得氮含量75ppm、氫含量3.0ppm的精煉鋼液。

第四步、vd真空精煉爐精煉

在真空精煉處理前，精煉鋼液溫度1720℃、除渣60％進行抽空，爐渣厚度控制30mm。根據(jù)鋼中硅含量，喂硅鈣線220米/爐。在極限真空度54pa下保持時間17min，真空處理過程中合理調整氬氣流量。具體的調整步驟可以為，在一個67pa的條件下使氬氣流量由45nl/min(標準升每分鐘)到110nl/min逐漸升高。在極限真空度57pa時，保持時間15min過程中，氬氣流量控制在110nl/min到180nl/min。

鋼液中的氫含量由真空精煉前的3.0ppm降低為1.2ppm，氮含量由真空精煉前的75ppm降低為50ppm。通過真空處理可獲得[h]1.2ppm、[n]50ppm的優(yōu)質精煉鋼液。

第五步、模鑄：

模鑄時采用上注法真空vc澆注，通過對真空罐進行真空處理(真空度50pa)。鋼液與外界隔絕并保持在真空下進行澆注，獲得40噸的[h]1.0ppm、[n]30ppm、[o]10ppm的優(yōu)質鋼錠，無明顯白色斑點。

實施例三

一種鋼錠，其通過以下步驟制作而成。

第一步、配料。

采用優(yōu)質生鐵及廢鋼配料。重量配比：優(yōu)質生鐵36％，廢鋼64％。

第二步、ebt偏心爐冶煉。

工藝流程：裝料、送電熔化、造高堿度(r＝6.0)硅酸鹽氧化渣低溫(1540℃)脫磷至0.002％、氧化脫碳(氧化溫度1600℃，脫碳量0.50％)。

氧化期過程中，加熱至劇烈沸騰使鋼液純沸騰時間在10分鐘，并且造泡沫渣。氧化末期取樣分析[h]和[n]含量，控制ebt爐氧化末期鋼液中[h]、[n]。

然后通過偏心爐底出鋼至鋼包。出鋼過程向鋼包中加入脫氧劑，al塊2kg/t。根據(jù)爐中終點碳含量，加1.0t烤紅的低cr；渣料：烤紅且無粉末石灰300kg,螢石300kg。通過電爐初次冶煉，獲得[h]＝0.8ppm、[n]＝45ppm的鋼液。

第三步、lf鋼包爐精煉

入罐、測溫，根據(jù)包中鋼液溫度及渣量的情況，補加石灰500kg、螢石60kg。送電升溫，lf鋼包精煉爐按白渣操作，用碳粉保持時間15min，碳粉用量為1.8kg/t，碳粉還原后補加適量al粉進行深度脫氧去硫。精煉溫度在1800℃、s≤0.003％時，取樣全分析，調整成分，取樣全分析(包括氮含量分析)，確保成分滿足要求。lf爐還原的后期，通過喂鋁線方式添加0.03％鋁，獲得氮含量65ppm、氫含量1.0ppm的精煉鋼液。

第四步、vd真空精煉爐精煉

在真空精煉處理前，精煉鋼液溫度1730℃、除渣70％進行抽空，爐渣厚度控制20mm。根據(jù)鋼中硅含量，喂硅鈣線300米/爐。在極限真空度44pa下保持時間30min，真空處理過程中合理調整氬氣流量。具體的調整步驟可以為，在0.01個大氣壓的條件下使氬氣流量由45nl/min(標準升每分鐘)到100nl/min逐漸升高。在極限真空度40pa時，保持時間20min過程中，氬氣流量控制在100nl/min到180nl/min。

通過真空處理可獲得[h]0.8ppm、[n]47ppm的優(yōu)質精煉鋼液。

第五步、模鑄：

模鑄時采用上注法真空vc澆注，通過對真空罐進行真空處理(真空度67pa)。鋼液與外界隔絕并保持在真空下進行澆注，獲得[h]0.8ppm、[n]33ppm、[o]5ppm的39噸優(yōu)質鋼錠，無明顯白色斑點。

盡管已用具體實施例來說明和描述了本發(fā)明，然而應意識到，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以作出許多其它的更改和修改。因此，這意味著在所附權利要求中包括屬于本發(fā)明范圍內的所有這些變化和修改。