减少钢中的非金属夹杂物

1.减少钢中的非金属夹杂物

(1)电炉冶炼时采取的工艺措施

1)选用优质的原材料。模具钢在冶炼时应尽量选用优质原材料,回收废钢中不仅S、P含量要低,而且应严格控制其他元素如As、Sn、Pb和Cu等。若要使用废钢,则应尽量多采用本组的返回料和优质生铁。用氧化法冶炼时,应尽量保证氧化期的脱碳量。

2)选用优质的耐火材料。在用电炉冶炼模具钢时,应选用优质耐冲刷的耐火材料。如炉衬可选用优质镁碳砖,钢包一般选用高铝或镁碳砖,包括浇注等用的耐火材料同样要注意。

3)冶炼中采用吹氩搅拌。模具钢在冶炼时,采用吹氩搅拌,可加快夹杂物的上浮速度,而且可使较小的夹杂物通过碰撞、聚合形成较大的夹杂物而易于上浮,但吹氩量要控制适当,如吹氩流量太大或吹氩时间太长,则会引起钢渣卷入钢液中,从而带来更多的夹渣或夹杂物,同时使钢液的温度降低太多。

4)采用合成渣。向钢液中加入专门配置的熔渣,可强化有害杂质向熔渣中的转变过程,合成渣的配方有多种,加入的方式也较多,当需要去除某种成分的非金属夹杂物时,选择相应的合成渣。

5)采用复合脱氧剂。模具钢的冶炼一般采用复合脱氧剂,可使夹杂物更易从金属中分离出来。如Si-Mn合金、Al-Mn-Si合金、Ca-Si合金等,均可作为复合脱氧剂。

6)采用稀土元素。稀土金属元素是很强的脱氧剂,可以选用含稀土(质量分数)30%~50%的合金,加入钢液中形成稀土氧化物、稀土硫化物,并能成为结晶时的晶核,其分布在晶体内而不在晶界,对钢材性能的有害作用可降至最小,并提高模具钢的等向性。

(2)模具钢的炉外精炼

1)真空精炼。合金工具钢常用的真空精炼方法有VHD、VD、RH、VAD和ASEA-SKF等,经过真空精炼的模具钢wO可降低40%~60%,wS降低40%以上,使钢液中的夹杂物显著减少。(https://www.daowen.com)

2)喷粉精炼。即使采用吹氩搅拌、真空脱气等技术措施,钢液中还会存在一些氧化铝夹杂物。若把以氧化钙为主的精炼剂喷入钢液中,氧化钙对氧化铝具有较高的亲和力,可形成铝酸钙盐类,铝酸钙熔点较低,易凝聚长大而上浮,使钢液中的夹杂物明显减少,显著改善钢的纯净度。大多数夹杂物的尺寸均小于50μm。在钢液中喷入CaO-CaF2能脱硫,也可喷入Ca-Si粉,以改变硫化物的形态,或喷入CaC2粉剂达到脱氧脱硫的目的。

3)电渣重熔。利用电渣重熔可以大量去除钢中的夹杂物并改善钢材的低倍组织,从而有效地改善了钢材的性能。近些年来,开始大量使用电渣重熔法生产高质量的模具钢。

(3)合金模具钢的浇注

合金模具钢的浇注主要是防止钢液的二次氧化和带入夹杂物,从而提高模具钢的纯净度,一般应采取以下工艺措施:

1)气体保护浇注。钢液在钢锭模内上升时与锭模和大气接触(如电炉出钢—钢包、钢包—锭模等过程),都需要用惰性气体保护(通常用氩气),以防止钢液的二次氧化。

2)真空浇注。将钢液在真空状态下浇注,对防止钢液的二次氧化十分有效。

3)控制合理的浇注工艺。模具钢一般采用下注法,并采用合理的浇注温度、浇注速度,应使钢液在钢锭模内平衡上升,避免钢液翻腾。这不仅对钢锭表面质量有利,也避免钢渣卷入钢液中形成夹渣,影响钢材的纯净度,甚至报废。

4)模具钢的连铸。为了在连铸时减少钢液中的总夹杂物的含量,必须保证在整个过程中没有产生夹杂物的来源,消除钢液的再氧化,避免钢液与空气的接触,并使用性能稳定的耐火材料。在连铸过程中操作的要点是使产生夹杂物的量小于去除夹杂物的量。钢包和中间包适度搅拌、铸型液面的稳定控制、耐火砖套埋入深度的控制、模具维护、注流控制等均是获得清洁钢的必要条件。