电渣重熔工模具钢及电渣熔铸技术

一、电渣重熔的特点

电渣重熔是一种利用电流通过熔渣时产生的电阻热进行熔炼的方法，其主要目的是提纯金属并获得结晶组织均匀致密的钢锭。经过电渣重熔的钢具有纯度高、含硫量低、非金属夹杂物少、表面光滑、结晶均匀致密、金相组织和化学成分均匀等特点。电渣钢的铸态机械性能可达到或超过同钢种锻件的指标。

电渣重熔的产品品种繁多，应用范围广泛，包括碳素钢、合金结构钢、轴承钢、模具钢、高速钢、不锈钢、耐热钢、超高强度钢、高温合金、精密合金、耐蚀合金、电热合金等400多个钢种。此外，电渣法还可直接熔铸异形铸件，实现铸代锻，简化生产工序，提高金属利用率。电渣重熔设备简单，操作方便，不仅能生产钢锭，还可以作为小型炼钢设备冶炼钢水，生产铸钢件和铸铁件。

二、电渣产品及市场分析

电渣钢因质量好、品种多，其产品几乎遍及国民经济的各个部门，如航空、航天、军工、汽车工业、石油化工、铁路部门、能源工业、轻工业等，应用广泛。

以下是东北大学电冶金研究室近年来开发并适合于中小企业的几个电渣重熔产品：

2.1 模具钢

模具钢制造工业广泛采用无切削或少切削工艺，如精密冲裁、精密锻造、压铸、冷挤压、热挤压等，以模具压制成型的新工艺代替传统的切削加工工艺。目前，家用电器80%和机电工业70%的零部件采用模具加工。新工艺的发展促使模具工业迅速发展。电渣重熔方法冶炼模具钢不仅投资少、市场适应能力强，而且产品质量完全能达到甚至超过传统方法，因而得到了许多中小企业的采用。

2.2 高速工具钢

高速工具钢是含W、Mo、Cr、V（有时含Co）等主要元素的高碳合金莱氏体型钢，主要用于制造刀具、刃具。电渣重熔方法冶炼高速钢具有降低生产成本、提高产品质量和生产效率的优点，目前得到不少中、小型厂的采用。

2.3 电渣熔铸产品

电渣熔铸工艺解决了普通铸造工艺的主要矛盾，具有高冶金质量的金属和铸造的优点，与普通锻件相比，电渣熔铸件的各项性能指标完全达到同钢种的变型金属指标，甚至还避免了锻件的一些不足之处。东北大学电冶金研究室在电渣熔铸新工艺及异型件研制方面取得了以下成果：

• 电渣熔铸冷轧辊、阀体、三通管、厚壁中空管、石油裂解炉管、齿轮毛坯、各种模具（包括冲压模具）和柴油机曲轴等。

实践证明，采用电渣熔铸具有以下优越性：

1. 设备简单，无需大型锻压设备及高大厂房；
2. 操作方便，易于掌握；
3. 工序简化，缩短生产周期，节约工时；
4. 毛坯精化，减少金属切削消耗，提高材料利用率；
5. 成本低；
6. 铸件金属纯洁、组织致密、成本均匀，性能不亚于同钢种锻件。

三、经济效益分析

3.1 电渣重熔高速工具钢效益分析

以W6Mo5Cr4V2（M2）为例，吨钢生产成本为13600元/吨，售价为23000～24000元/吨，利税为10000元/吨，年产量为300吨，年效益（利税）为300万元。

3.2 电渣重熔模具钢效益分析

以H13模具钢为例，吨钢利税为3000元/吨，年产量为500吨，年利税为150万元。

一、电渣重熔的特点 电渣重熔是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的方法。其目的主要是提纯金属，并获得结晶组织均匀致密的钢锭。经电渣重熔的钢，纯度高、含硫量低、非金属夹杂物少、钢锭表面光滑、结晶均匀致密、金相组织和化学成分均匀。电渣钢的铸态机械性能可达到或超过同钢种锻件的指标。 电渣重熔的产品品种多，应用范围广。其钢种有：碳素钢、合金结构钢、轴承钢、模具钢、高速钢、不锈钢、耐热钢、超高强度钢、高温合金、精密合金、耐蚀合金、电热合金等400多个钢种。此外，可用电渣法直接熔铸异形铸件，可以铸代锻，简化生产工序，提高金属的利用率。 电渣重熔设备简单，操作方便，不仅能生产钢锭，还可以作为小型炼钢设备冶炼钢水，生产铸钢件，铸铁件。 二、电渣产品及市场分析 电渣钢由于其质量好，产品品种多，其产品几乎遍及国民经济的各个部门，如在航空、航天、军工、汽车工业、石油化工、铁路部门、能源工业、轻工业等都有着广泛的应用。 以下是东北大学电冶金研究室近年来开发并适合于中小企业的几个电渣重熔产品。 2．1模具钢 为了降低生产成本，提高产品质量和生产效率，提高材料的利用率，国内外制造工业广泛采用各种无切削或少切削工艺，如精密冲裁、精密锻造、压铸、冷挤压、热挤压等以模具压制成型的新工艺代替传统的切削加工工艺。目前家用电器80%和机电工业70%的零部件采用模具加工。新工艺的发展促使模具工业迅速发展。80年代，西方发达国家模具工业产值已超过机床工业的产值。 目前常用的模具钢有几十个钢种。从用途上可以分成三大系列：塑料模具钢、冷作模具钢和热作模具钢。塑料模具钢典型的钢号是3Cr2Mo(相当于ASTMA681中的P20)，冷作模具钢的典型钢种有9CrWMnV和Cr12MoV等，热作模具钢的典型钢种有4Cr5MoSiV1(H13)。国内外大型企业的模具钢生产工艺一般采用电弧炉+真空精炼方法冶炼，但这种方法设备投资大，市场适应能力差。而采用中频感应炉+电渣重熔方法治炼不仅投资少、市场适应能力强，而且其产品质量完全能达到甚至超过第一种方法，因而得到了许多中小企业的采用。 2.2高速工具钢 高速工具钢是工具钢的一类，是属于含W、Mo、Cr、V(有时含Co)等主要元素的高碳合金莱氏体型钢。简称高速钢。它能在高达600℃左右的红热温度下工作，仍能保持较高的硬度(HRC＞60)和良好的切削性能，因此这类钢主要用于制造刀具、刃具，如车刀、钻头、铣刀、插齿刀、铰刀、丝锥和锯等。 目前，高速钢主要以W-Mo为主，典型钢种为W6Mo5Cr4V2(美国钢号为M2)。其次是老牌号W18C4V还有一定的比例。大批量生产高速钢多用电弧炉冶炼，用精锻机或汽锤锻造。国外一些厂家还采用了炉外精炼。对于生产大断面材一般在电弧炉冶炼后还要进行电渣重熔以提高质量。在70年代末期由东北大学等单位开发的感应炉加电渣炉的高速钢生产方法由于使用了较多的返回废钢降低了生产成本，目前得到不少中、小型厂的采用。其产品质量完全可以达到国家标准。 2.3电渣熔铸产品 机械工业中的产品毛坯，无非是用铸造、锻压或轧制成型的。一般来说，铸造异型毛坯的工艺要比其它方法经济合理，毛坯尺寸比锻坯或轧坯更接近产品的尺寸。但是，普通铸造毛坯的金属质量和性能均低于变形金属。这是因为熔化的金属以流股形式注入铸型时，与空气接触发生了二次氧化，另外熔融金属与造型材料相互作用，产生新的非金属夹杂物，从而降低了铸件的冶金质量和性能，特别是尺寸较大的铸造技术毛坯，在砂型中凝固缓慢，极易产生由于结晶和偏析带来的各种缺陷。从现代的铸造技术来看，如：压力铸造、精密铸造和离心铸造，还没有哪一种方法，能使同一种金属达到或者超过变型金属的冶金质量和性能。 普通铸态金属以过变型(锻造、轧制)后，粗大的一次树枝状破碎细化，气孔、缩孔和疏松被压合使组织变为致密。但是，变形不能提高金属的纯净度，也不能完全消除铸态组织的化学不均性。特别是尺寸较大的铸造毛坯，由于铸锭金属冶金质量上的种种缺陷，严重影响它的使用性能；锻造和轧制工艺使变形件产生各向异性。尤其横向性能指标偏低；大部分高合金材料难于变形，产品的锻压废品率高；异型件的锻压毛坯另一个致命弱点是毛坯粗大，从而使锻压设备及工艺复杂，金属切削量大，材料利用率低。 电渣熔铸工艺从根本上解决了一般铸造工艺的主要矛盾，它综合了电渣重溶-获得高冶金质量的金属和铸造-浇铸异型零件精化毛坯的长处，并具有与普通冶炼的变形金属相近的致密组织以及无各向异性的特点。与普通锻件相比，电渣熔铸件的各项性能指标完全达到同钢种的变型金属指标，甚至还避免了锻件的一些不足之处。 近些年来，电渣熔铸新工艺逐渐引起了国内外工程技术界的重视，许多工业部门在加紧研究和使用电渣熔铸产品。在发展这项新工艺方面，原苏联、日本和美国的研究成果较多，其次是西德、捷克斯洛伐克、英国、瑞典和法国。我们东北大学电冶金研究室在发展电渣熔铸新工艺以及研制使用它的异型件方面取得了以下成果： 电渣熔铸冷轧辊、阀体、三通管、厚壁中空管、石油裂解炉管、齿轮毛坯、各种模具(包括冲压模具)和柴油机曲轴等。 实践证明，采用电渣熔铸具有下列优越性： (1)电渣熔铸设备简单，无需大型锻压设备及高大厂房； (2)操作方便，易于掌握； (3)工序简化，缩短生产周期，节约工时； (4)毛坯精化，减少金属切削消耗，提高了材料利用率，以电渣熔铸的曲轴为例，比锻造的节省金属材料50%； (5)成本低，以电渣熔铸复合冷轧辊为例，成比同类材料锻造轧辊的降低40%； (6)电渣熔铸铸件金属纯洁、组织致密、成本均匀，性能不亚于同钢种锻件。 三、经济效益分析： 3、1电渣重熔高速工具钢效益分析 目前广泛使用的钢种是W6Mo5Cr4V2(即M2)，生产原料可用M2废料，其生产流程为： 中频炉冶炼浇注成电极→电渣重熔成钢锭→锻造开坯→轧制。吨钢生产成本：原材料6600元/吨+电渣、中频炉2000元/吨+锻造3000元成本(外委)+轧制2000元/吨(外委)=13600元/吨 售价：23000～24000元/吨 利税：10000元/吨 年产量：300吨 年效益(利税)：300万元。 主要生产设备：中频炉(500kg)一台；电渣炉一台(500kVA)锻造、轧制可外委加工。 3、2电渣重熔模具钢效益分析 典型的模具钢H13广泛用于铝型材热挤压模具，用量很大。生产工艺流程：中频炉冶炼→电渣重熔→锻造成毛坯(出售给模具厂)也可不经锻造，直接电渣熔铸成毛坯。 吨钢利税：3000元/吨 年产量：500吨 年利税：150万元。