本發(fā)明屬于模具鋼，具體涉及一種aod降氮的熱作模具鋼h13及其冶煉方法。

背景技術(shù)：

0、技術(shù)背景

1、h13是通用型熱作模具鋼，廣泛應(yīng)用于熱鍛模、壓鑄模、熱擠壓模等方面。這類鋼以cr、mo、v為主要強化元素，使其具有良好的強、韌性和高的抗冷、熱疲勞性，因而能夠承受高溫下的拉、壓沖擊作用和抗高溫磨損、氧化，適應(yīng)于激冷、激熱周期性溫度變化等惡劣的工作環(huán)境。h13的優(yōu)點是抗冷、熱疲勞性能和抗鋁合金液熔損性好，在模具工作期間可安全地用水冷卻。由于含v量高，耐磨性好，已成為鋁、鎂合金零件壓鑄成形模的常用材料。

2、隨著模具行業(yè)的快速發(fā)展，對模具鋼性能的要求不斷提高，降低h13鋼中的氧、氮等含量，減少鋼中的夾雜物是提高模具使用壽命的有效途徑。大量研究結(jié)果表明，對于以疲勞破壞為主的模具鋼，夾雜物是影響模具壽命的主要原因之一，尤其是容易在鋼基體中造成強烈應(yīng)力集中的脆性尖角狀夾雜物。

3、鋼中氮會與其他元素發(fā)生反應(yīng)，形成尖角狀夾雜物，如與cr、v等元素形成的氮化物；并且當(dāng)這類化合物沿晶界析出會使鋼的晶界脆化，從而破壞了鋼材的完整性、耐蝕性以及耐磨性等性能；同時，氮元素還會增加鋼中氫的擴散速度和遷移距離，從而加劇了鋼中氫的附集和氫致開裂；這些均會導(dǎo)致材料的沖擊韌性下降，導(dǎo)致模具提前失效。

4、綜上所述，隨著h13模具鋼的廣泛應(yīng)用和高端市場的需求，降低熱作模具鋼(h13)中的氮含量，以提高產(chǎn)品質(zhì)量和使用性能，成為冶金工作者努力的方向和追求的目標(biāo)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，降低現(xiàn)有熱作模具鋼(h13)的氮元素含量，提供一種新的降氮冶煉方法及低氮的熱作模具鋼(h13)。與傳統(tǒng)的冶煉方法相比，新方法可以有效降低熱作模具鋼(h13)的氮元素含量，從而進一步提高成品鋼材的沖擊韌性。

2、本發(fā)明實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明的目的之一是提供一種aod降氮的熱作模具鋼h13，所述熱作模具鋼h13的主要化學(xué)成分符合h13鋼的標(biāo)準(zhǔn)范圍，且n含量以質(zhì)量百分比計不高于0.015％。

4、優(yōu)選的，所述熱作模具鋼的主要化學(xué)成分符合德標(biāo)1.2344鋼要求，且n含量不高于0.015％。德標(biāo)1.2344鋼的主要化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計包括如下：c：0.35～0.42，si：0.80～1.20，mn：0.25～0.50，p≤0.030，s≤0.030，cr：4.80～5.50，mo：1.20～1.50，v：0.90～1.10。余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。

5、優(yōu)選的，所述熱作模具鋼的主要化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計包括如下：c：0.37～0.41，si：0.90～1.20，mn：0.30～0.50，p≤0.025，s≤0.0080，cr：5.00～5.30，mo：1.25～1.50，v：0.90～1.00，n≤0.0080。余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。

6、優(yōu)選的，所述熱作模具鋼的主要化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計包括如下：c：0.389，si：0.934，mn：0.326，p：0.0205，s：0.0014，cr：5.:13，mo：1.272，v：0.918，n:0.0051。余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。

7、本發(fā)明還提供一種上述任一種aod降氮的熱作模具鋼h13的冶煉方法，所述方法采用aod爐冶煉降氮，工藝流程包括電弧爐(eaf)冶煉、aod爐精煉、lf爐精煉、vd爐抽真空、模鑄，并控制aod精煉過程在氬氣和/或氧氣氛圍下進行。

8、優(yōu)選的，所述電弧爐(eaf)冶煉包括在30～50噸電弧爐中進行鋼液初煉，主要作用為添加冶煉爐料，做化鋼使用，得到粗鋼水。

9、優(yōu)選的，粗鋼水經(jīng)相應(yīng)噸位的aod爐做精煉，aod精煉包括兌鋼、吹碳、還原和精煉，其中，吹碳過程以氬氣替換氮氣進行吹碳，不得吹氮。更優(yōu)選的，吹碳過程控制碳含量符合目標(biāo)范圍。

10、更優(yōu)選的，吹碳過程送氧吹碳的同時做吹氬，具體包括如下：吹氧分三個階段，第一階段氧氣和氬氣比例＞5:1，快速升溫，溫度達到1600～1620℃后，進行第二階段吹煉，調(diào)整氧氣和氬氣比例1:1～1:2，快速脫碳，當(dāng)碳含量降至標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，第二階段吹煉結(jié)束，測溫、取樣aod第二個樣，隨后開始第三階段吹煉，調(diào)整氧氣和氬氣比例1:3～1:5。通過在冶煉過程的氣體吹掃采用氬氧互吹代替氮氧互吹的方式，并在吹碳期采用特定的氬氣和氧氣的互吹比例，可在常規(guī)基礎(chǔ)上大大降低冶煉鋼水中的氮元素含量。更優(yōu)選的，第三階段吹煉20-25min；更優(yōu)選的，吹碳過程氣體流速約為10-15m3/min。

11、更優(yōu)選的，兌鋼過程包括：電爐粗鋼水兌入aod爐后，先加入h13合金冷料和硅鐵，隨后按照15-20kg/噸鋼水加入石灰造渣，再送氧升溫，等冷料化凈，取樣測溫后進行扒渣操作；更優(yōu)選的，溫度要求不低于1600℃；更優(yōu)選的，扒渣要求50％以上；更優(yōu)選的，根據(jù)取樣結(jié)果及時計算出補加合金量、石灰用量，在吹碳期前加入將cr、si、mo等主要合金元素調(diào)整到位。

12、更優(yōu)選的，還原過程包括：根據(jù)鋼水氧化情況及成品si/mn要求計算加入定量的硅鐵/電解錳進行還原；硅鐵加入后，純吹氬氣攪拌3分鐘左右，視爐渣情況加入適量石灰、螢石，接著再攪拌3～4分鐘，然后取樣進行分析；控制鋼水si含量符合目標(biāo)范圍；扒渣50％以上。

13、更優(yōu)選的，精煉過程包括：按照8-12kg/噸鋼水加入石灰，12-16kg/噸鋼水加入螢石造渣精煉，吹氬氣2～3分鐘進行攪拌化渣，并取樣分析，渣子應(yīng)呈黃白色的泡沫渣，如硫高于目標(biāo)范圍可重新造渣；測溫溫度1600～1640℃；根據(jù)光譜分析結(jié)果補加合金調(diào)整成分；更優(yōu)選的冶煉超低n含量鋼時，精煉過程需全程吹氬氣。

14、優(yōu)選的，所述lf爐精煉包括加入適量合金進行微調(diào)，實現(xiàn)成分終調(diào)，當(dāng)鋼水成分滿足目標(biāo)要求后升溫保證50-60℃的澆注過熱度要求。更優(yōu)選的，補加合金包括電解錳、釩鐵、鉬鐵、硅鐵、高碳鉻鐵等的至少一種。

15、優(yōu)選的，所述vd爐抽真空包括：帶鋼水鋼包入vd爐后，按照操作規(guī)程進行抽真空及保真空操作，其中保真空要求極限真空度≤67pa，極限真空度保持時間≥15min。完成抽真空后測溫，滿足吊包溫度1534～1550℃。

16、優(yōu)選的，所述模鑄包括：經(jīng)由模鑄生產(chǎn)出鋼錠，熱送退火。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明與常規(guī)熱作模具鋼(h13)相比，對aod的冶煉控制進行了優(yōu)化，從而得到較低氮元素含量的熱作模具鋼(h13)。aod的冶煉控制的優(yōu)化主要包括：①aod吹掃操作做氧氬互吹，全程吹氬，不得吹氮；②控制吹碳期氧氬互吹的強度從前期的氧：氬為＞5:1逐步過渡到后期的氧：氬＝1:3～1:5，增大了吹掃強度充分?jǐn)嚢?，降低鋼水中氮元素的分壓，以達到脫氮的目的。通過上述優(yōu)化控制，熱作模具鋼的氮元素含量能夠符合本發(fā)明所述范圍，并能夠進一步降低至80ppm(0.0080％)以下。降低熱作模具鋼(h13)的氮元素含量可以提高鋼材的沖擊韌性，從而具有更廣闊及更高端的市場應(yīng)用前景，拓展了市場對該鋼種模具鋼的選用范圍。同時，本發(fā)明提供的冶金工藝方法，操作簡便，易適用于現(xiàn)有工藝，適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，并能良好適配于原生產(chǎn)線。