一种中高碳中高合金工具钢大圆坯的连铸方法技术领域
本发明属于冶金领域，具体涉及一种中高碳中高合金工具钢大圆坯的连铸方法。
背景技术
工模具被誉为"现代工业之母"，其对现代工业做出了不可磨灭的贡献，在现代工
业中的重要性不言而喻。工模具钢是模具最重要的组成部分，也是模具材料中应用最为广
泛的材料，是工模具制造产业重要的物质载体和技术基础，其品种、规格和质量对工模具的
性能、使用寿命和制造周期起着决定性的作用。
目前，国内中高碳高合金工具钢主要依靠模铸生产，使用连铸生产中高碳高合金
工具钢的难点在于，C、Cr、Mo等元素的含量比较高，此类钢种具有较好的高温强度和热疲劳
稳定性，例如，H13、9Cr5Mo等，这样就使得此类钢种在使用弧形连铸机生产时需要很大的矫
直力，现有的工艺很难实现，目前只有少数企业可以用方坯生产。
现有的工具钢生产工艺存在较多缺点：一是模铸生产不能连续，效率低，为了保证
产品质量，钢锭冒口需要切除，成材率不足90％；二是方坯不能满足市场需求，现有的方坯
工艺仅能生产最大断面为400mm×380mm规格的方坯，受电渣炉形状控制，需要直径Φ450～
700mm规格的圆坯作为电渣重熔的原料，另外为了获得更大的轧制比，进而获得更好的内部
质量，也需要大规格的连铸圆坯作为轧材母料。
在生产大连铸圆坯时，由于铸坯形状发生改变，铸坯的冷却、矫直工艺均发生改
变，由于要保证铸坯形状，圆坯生产时不能使用动态轻压下技术，要保证铸坯内部质量更加
困难。
随着汽车制造、设备制造等行业的迅猛增长，工具钢应用于民用领域的市场需求
量也随之增长，因此，研发一种高效率、高品质及低成本的工具钢生产工艺成为了相关生产
企业的为之努力的方向。
目前国内已经有生产圆坯的连铸方法报道，但是其生产的钢种以及产品的性能均
不能满足目前企业的需求，主要原因是这些方法主要适用于低合金结构钢和低碳素结构
钢，在生产中高碳中高合金工具钢时，铸坯矫直困难，疏松、缩孔严重的问题就暴露了出来，
现有的连铸方法难以满足需要。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种高效率、高品质及低成本的生产中高碳中高合金
工具钢大圆坯的连铸方法。
本发明的另一个目的在于提供一种中高碳中高合金工具钢大圆坯。
本发明提供了一种中高碳中高合金工具钢大圆坯的连铸方法，包括如下步骤：
在连铸过程中，钢水过热度控制在10℃～30℃，结晶器电磁搅拌电流控制在250A
～350A，频率控制在1.0～2.0Hz，凝固末端电磁搅拌电流控制在300A～400A，频率控制在
5.0～8.0Hz；
所述钢水具有如下的组成：C含量≥0.30％，Cr含量≥3.0％，总合金含量≥5％。
在上述连铸过程中，中间包有包盖覆盖，中间包内钢水采用中间包覆盖剂加碳化
稻壳双层覆盖，所使用的结晶器保护渣碱度为0.55～0.65，熔化温度为1150℃～1170℃，粘
度为1.4Pa·S～1.6Pa·S。
所述钢水具有如下的组成：C含量≥0.30％，Cr含量≥3.0％，总合金含量≥5％。
优选的，连铸过程中，钢包和中间包之间采用大包长水口连接，大包长水口和钢包
滑动水口的缝隙处通入氩气，氩气流量控制在4～6Nm3/h,中间包和结晶器之间采用中间包
整体式浸入式水口，水口插入钢水液面的深度在100～130mm。更优选的，每8小时水口上移
10～15mm。
优选的，连铸过程中，采用恒拉速控制，根据钢种和过热度的不同，第一炉拉速控
制在0.2～0.4m/min，对应的比水量控制在0.07～0.1L/kg，当铸坯开始进入拉矫机后，后续
炉次的拉速控制在0.18～0.38m/min，对应的比水量控制在0.06～0.1L/kg。
优选的，连上述连铸过程中，采用连续矫直的方法对圆坯进行矫直，矫直应变率控
制在0.20％以下，最后两架拉矫机的压力设定一致。
优选的，连铸坯切割完成后入坑缓冷。
本发明结晶器中可以分钢种选用性能良好的结晶器专用保护渣。
本发明采用保护浇注，防止钢水二次氧化，避免造成连铸坯内部质量缺陷。
本发明通过合理的控制电搅参数、低过热度、稳定拉速及合理的比水量等措施分
散凝固两相区溶质元素聚集，减少中心偏析，改善凝固组织，进而保证铸坯的中心疏松≤
1.0级，缩孔≤0.5级。
本发明通过合理的调整铸坯拉速，使得铸坯的矫直在最佳塑性区进行，通过合理
的分配各拉矫机压力，使得铸坯得到充分矫直。
本发明的方法可以用于直径为450～700mm的连铸圆坯，可以很好的克服中高碳高
合金工具钢在矫直过程中硬度高，不易矫直的困难，同时很好的保证了铸坯的内部质量。
附图说明
图1示出了根据本发明的方法得到的直径为700mm圆坯的整支形貌图；
图2示出了根据本发明的方法得到的直径为700mm圆坯的中心横剖面的酸浸低
倍图。
图3示出了根据本发明的方法得到的直径为650mm圆坯的整支形貌图；
图4示出了根据本发明的方法得到的直径为650mm圆坯的中心横剖面的酸浸低
倍图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1
采用全弧形半径为16.5m连铸机生产直径700mm H13模具钢连铸圆坯，每流有9架
拉矫机对铸坯进行矫直。
在连铸过程中，第一炉钢水过热度控制在30℃，结晶器电磁搅拌电流控制在260A，
频率控制在1.5Hz，凝固末端电磁搅拌电流控制在360A，频率控制在7.5Hz，第一炉拉速控制
在0.20m/min，对应的比水量为0.086L/kg，中间包有包盖覆盖，中间包内钢水采用中间包覆
盖剂加碳化稻壳双层覆盖，使用H13专用结晶器保护渣，碱度为0.62，熔化温度为1155℃，粘
度为1.4Pa·S。
钢包和中间包之间采用大包长水口连接，大包长水口和钢包滑动水口的缝隙处通
入氩气，氩气流量控制在4.5Nm3/h,中间包和结晶器之间采用中间包整体式浸入式水口，水
口初始插入钢水液面的深度在120mm,每8炉变动一次渣线，每次上提10mm。
当铸坯开始进入拉矫机后，调整拉速为0.18m/min，对应的比水量控制在0.08L/
kg，自第二炉开始，将钢水的过热度控制在10～20℃范围内。
连铸过程中，采用连续矫直的方法对圆坯进行矫直，拉矫机压力设定见下表。
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
压力/MPa
5
7
9
10.5
13.5
14
14
16
16
本实施例得到直径700mm H13模具钢连铸圆坯整支形貌如图1所示，可以看出铸坯
平直度良好，低倍组织如图2所示，低倍组织缺陷按YB/T4149附录A评级图评定，中心疏松≤
1.0级，缩孔≤0.5级，没有中心裂纹和中间裂纹。
实施例2
采用全弧形半径为16.5m连铸机生产直径650mm 70Cr3NiMo工具钢连铸圆坯，每流
有9架拉矫机对铸坯进行矫直。
在连铸过程中，第一炉钢水过热度控制在30℃，结晶器电磁搅拌电流控制在300A，
频率控制在1.2Hz，凝固末端电磁搅拌电流控制在360A，频率控制在6.0Hz，第一炉拉速控制
在0.25m/min，对应的比水量为0.09L/kg，中间包有包盖覆盖，中间包内钢水采用中间包覆
盖剂加碳化稻壳双层覆盖，使用9Cr5Mo专用结晶器保护渣，碱度为0.63，熔化温度为1156
℃，粘度为1.4Pa·S。
钢包和中间包之间采用大包长水口连接，大包长水口和钢包滑动水口的缝隙处通
入氩气，氩气流量控制在4.4Nm3/h,中间包和结晶器之间采用中间包整体式浸入式水口，水
口初始插入钢水液面的深度在120mm,每8炉变动一次渣线，每次上提10mm。
当铸坯开始进入拉矫机后，调整拉速为0.24m/min，对应的比水量控制在0.086L/
kg，自第二炉开始，钢水的过热度在10～19℃范围内。
连铸过程中，采用连续矫直的方法对圆坯进行矫直，拉矫机压力设定见下表。
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
压力/MPa
10
11
12
13
14
18
27
30
30
本实施例得到直径650mm 70Cr3NiMo模具钢连铸圆坯平直度良好，如图3所示，低
倍组织如图4所示，低倍组织缺陷按YB/T4149附录A评级图评定，中心疏松≤1.0级，缩孔≤
0.5级，没有中心裂纹和中间裂纹。
需要说明的是，以上所述者仅为用以解释本发明之较佳实施例，并非企图据以对
本发明作任何形式上之限制，是以，凡有在相同之发明精神下所作有关本发明之任何修饰
或变更，皆仍应包括在本发明意图保护之范畴。