4Cr5MoSiV钢锻模挤压铸造熔炼技术研究

2012-01-23叶四友何汉军范宏训

铸造设备与工艺 2012年2期

叶四友，何汉军，范宏训

（湖北汽车工业学院，湖北十堰 442000）

用传统方法生产锻模，金属材料消耗量大，制造周期长，为了减少锻模制造成本，缩短锻模制造周期，用挤压铸造的方法成形锻模。本文总结了挤压铸造用4Cr5MoSiV钢锻模的熔炼工艺要点，为发展锻模挤压铸造生产提供实际依据[1-2]。

1 化学成分选择

4Cr5MoSiV钢标准的化学成分范围为（质量分数，%）：0.33% ～0.43%C，0.80% ～1.20%Si，0.30%～0.50%Mn，5.00% ～5.50%Cr，1.30%% ～1.50%Mo，0.30%～0.50%V，提供挤压铸造用的4Cr5MoSiV钢废锻模的成分为（质量分数，%）：0.38%C，1.24%Si，0.36Mn，4.65%Cr，1.36%Mo，0.55%V。为保证熔炼时4Cr5MoSiV钢液的化学成分符合要求，在熔炼过程中需添加中间合金。

2 炉料选择和预处理

炉料选用废模块、中间合金添加剂、脱氧剂和保温剂等。废模块选用报废的4Cr5MoSiV钢锻模，在熔炼之前，先将废锻模气割成小块，在除锈、除尘后紧实装炉，中间添加剂选用Cr-Fe、Mn-Fe、Si-Fe等。

3 炉料配比

将4Cr5MoSiV废锻模分别在酸性和碱性炉衬中进行重熔对比，炉料为150kg，用酸性炉熔炼时，Mn按30%的烧损率添加，Cr按10%添加[3]。添加的Mn-Fe（Mn的质量分数65%）为0.43 kg，添加的Cr-Fe（Cr的质量分数65%）为0.9 kg。在碱性炉中熔炼时，Si按30%的烧损率添加，添加的Si-Fe（Si的质量分数75%）为0.58 kg，Cr按10%添加，添加的Cr-Fe为0.9 kg，Mn按20%的烧损率添加。添加的Mn-Fe（Mn的质量分数65%）为0.28 kg。Al用于脱氧，按30%的质量分数计算，加入量为0.3 kg。

4 熔炼规程

将准备好的料装炉，送电至熔化后，加碳化稻壳覆盖，减少钢的氧化。钢液出炉前，加入中间合金调整成分，钢液出炉前用热电偶测温。一般的钢液出炉温度要比液相线温度高出80℃～100℃，选用高温出炉，低温浇注，所以本次试验的出炉温度控制在1650℃.

5 试验产品成分及结果分析

5.1 试验产品成分

每次浇注之前，从浇包内取样，作为材料成分分析用。取样工具为一小型铸铁模，用光谱直读扫描仪检测，试验结果见表1。

4Cr5MoSiV钢中各合金元素含量与在炉内的停留时间的关系见图1和图2。

5.2 试验结果分析

从表1中可看出部分的数值不在锻模标准成分范围内。其原因是原炉料4Cr5MoSiV钢废锻模中Si含量偏高，Cr含量偏低。刚化清时，在酸性炉中，因C易氧化生成CO和CO2，虽加了少量的稻灰壳覆盖，C含量仍比原废锻模低，但仍保持在锻模标准范围内。其他合金元素与原废锻模块成分比较，Si、Mn、Mo有微量减少，经添加中间合金调整成分后（只在化清时添加），从图1可看出，随着在炉内时间的延长，Si含量逐渐增加，其他合金元素含量逐渐减少。在碱性炉中重熔时，钢化清后，Si和Mo元素烧损量较大，Cr和Mn也略有减少。经添加中间合金调整成分后，从图2可看出，除Mn元素含量增加外，其他元素含量随着在炉内时间的延长而减少。除了钢水在炉内的停留时间外，影响合金元素烧损的因素还有很多，如合金元素的原有含量、熔炼工艺及操作、原材料规格及状况、加料次序及温度、炉衬性质及钢水容量大小等都影响它的烧损率。在挤压铸造过程中，钢液出炉时间还受挤压铸造生产过程的影响，如果脱模不顺利就导致钢液在炉内停留的时间较长，元素烧损量会增加，一些合金元素的含量会逐渐减少。酸性炉衬熔炼时，因SiO2易发生分解，有增Si现象发生，导致Si含量偏高，如酸性炉熔炼中，第三包Si含量就超过标准锻模上限。在碱性炉中重熔时，Si元素含量则有下降趋势，Mn元素含量略有增加。另钢液出炉温度也影响烧损率，4Cr5MoSiV钢出炉温度一般在1650℃左右。在酸性炉中，Mn易与SiO2反应生成炉渣，导致Mn元素含量下降。因最终投入纯Al脱氧，钢液中Al含量有少量增加。