P20塑料模具钢的冶炼工艺实践

高 阳

(沈阳铸锻工业有限公司铸钢分公司，辽宁110000)

模具材料的发展水平很大程度上来源于塑料模具的发展情况。模具工业的发展与石油化工、电子机械、建筑等行业息息相关，这些行业的发展依赖着模具钢的发展[1]。随着我国工业的发展与进步，市场上对P20塑料模具钢的需求也在不断地增长[2]。P20塑料模具钢对应我国的牌号为3Cr2Mo，它的回火组织是均匀细小的回火托氏体组织，具有良好的抛光性能，预硬处理后具有良好的加工性能，因此被预硬的P20被广泛应用在洗衣机等家用电器塑料模具中。根据客户的要求，我公司对P20塑料模具钢的生产工艺进行了设计与实践，生产出了让客户满意的产品。

1 P20的生产工艺路线

我公司现有40 t电弧炉、50 t LF精炼炉和VOD炉。结合现有设备，P20的生产工艺路线为：合理利用现有的废钢配料→EAF→LF钢包精炼炉→VOD炉→钢锭模注。

电弧炉的主要任务是熔化废钢脱P，LF炉的主要任务是精炼脱气去除有害元素S及夹杂物，VOD炉主要的工作重点是抽真空起到进一步精炼脱气去夹杂的目的。

2 P20生产过程中的技术要点及控制要点

2.1 化学成分要求及目标值

P20化学成分及目标值要求见表1。

2.2 技术控制要点

(1)P20塑料模具钢对C的要求是重点。P20塑料模具钢是中碳钢，C含量增多对钢的强度、硬度和耐磨性的提高都有利，但是会影响钢的韧性，所以对C的控制是一个技术要点。

(2)P20塑料模具钢对抛光性能有要求[3]，所以对S元素的控制尤其重要，增加S元素有利于增加其可切削性，但是S的增加会导致腐蚀不均匀性的增加，造成花纹刻蚀性增加，所以冶炼过程要对S元素进行控制。

(3)合理控制浇注速度，浇注速度会影响钢锭的质量及组织形态，所以在浇注过程中一定要严格控制浇注速度及浇注温度。

2.3 操作过程控制

(1)配料过程控制。在选择废钢方面要选择无污染废钢及一部分返回废钢，同时保障废钢的干燥性，无锈，精选废钢，降低有害元素含量。合理的计算装料量和出水量，以达到降低成本的目的。将废钢通过合理的装料制度，分3次装入到电弧炉中。

表1 P20化学成分(质量分数，%)Table 1 Chemical Composition of P20(Mass,%)

(2)冶炼过程中的控制。在电弧炉冶炼过程中，要严格遵守操作制度，避免操作过程电极折断的现象发生，防止增碳。C含量增多对钢的强度、硬度和耐磨性的提高都有利，但是会影响钢的韧性，因此电弧炉操作过程中要严格控制C含量，保证出钢C含量在0.22%左右，P含量为0.022%，出钢温度1650℃左右。出钢后钢水再进入LF精炼炉向钢包中投入还原造渣材料，将氧化气氛改变为还原气氛。进入LF炉后进行喂丝处理，主要是铝钙线。合金化过程中Cr、Mo元素以中限含量计算加入。为了保证P20塑料模具钢的抛光性能要求，所以对S元素的控制尤其重要，在精炼炉中对脱硫有一定的要求，LF进行白渣操作，保证脱硫到0.008%。Si元素对回火稳定性有提高作用，能防止加热过程中的脱碳、渗碳，所以在合金化操作过程中也要考虑Si元素的含量，目标值在0.45%。当成分达到出钢条件时，进行抽真空处理，钢包运转到VOD中进行抽真空处理，目的是通过真空条件对钢水中的夹杂物及气体进行处理，真空时间25 min。最后软吹氩气，调整温度，加入复合脱氧剂进行终脱氧处理。出钢温度为1600～1610℃。

(3)浇注过程中的控制。浇注过程保证辅具进行严格的干燥烘烤，对钢锭模内壁进行处理，使其表面干净、无结疤等情况。采用无碳保护渣氩气保护浇注，严格控制浇注速度，采取高温慢注、低温快注的方式进行浇注。浇注温度控制在1560～1580℃。

3 成品质量

冶炼生产的P20塑料模具钢成品钢锭炉后成分见表2，完全满足目标值要求。

表2 成品钢锭的炉后成分(质量分数，%)Table 2 Post furnace composition offinished ingot(Mass,%)

4 结论

(1)通过控制EAF控制C含量的方式进行冶炼，电弧炉操作过程中要严格控制C含量，保证出钢C含量在0.22%左右，P含量为0.022%，出钢温度1650～1660℃。精炼炉LF进行白渣操作保证脱硫到0.008%以下，真空条件下对钢水中的夹杂物及气体进行处理，抽真空时间25 min，软吹氩气镇静，调整温度，加入复合脱氧剂进行终脱氧处理的方式进行冶炼操作，冶炼出了优质的P20产品钢锭，达到了客户要求，为之后的预硬处理提供了保障。

(2)浇注过程保证辅具进行严格的干燥烘烤，对钢锭模内壁进行处理，使其表面干净、无结疤等情况。采用无碳保护渣氩气保护浇注，严格控制浇注速度，采取高温慢注、低温快注的方式进行浇注。浇注温度控制在1560～1580℃。

[1] 王佩鑫，孙伟，李仕力. 模具用经济型P20板材生产实践[J]. 天津冶金，2014(4)：23-26.

[2] 罗毅，吴晓春. 预硬型塑料模具钢的研究进展[J]. 金属热处理，2007，32(12)：22-25.

[3] 陈卓. 预硬型塑料模具钢P20采用B微合金化的研究[D]. 上海：上海大学，2008.