一种调控高速钢中碳化物析出的方法及一种高性能高速钢技术

本发明专利技术提供了一种调控高速钢中碳化物析出的方法及一种高性能高速钢，属于高性能合金制造技术领域。本发明专利技术提供的调控高速钢中碳化物析出的方法，包括以下步骤：将高速钢的原料混合后进行熔炼，得到钢液；向所述钢液中加入稀土变质剂，进行变质处理，然后进行浇注成型，得到高速钢自耗电极；对所述高速钢自耗电极进行电渣重熔，得到高性能高速钢；所述电渣重熔在抽锭式结晶器中进行；所述抽锭式结晶器的内径为100～160mm，抽锭式结晶器的熔池深度为40～60mm，抽锭式结晶器的抽锭速度为10～12mm/min。实施例的结果显示，本发明专利技术制备的高速钢的硬度≥60HRC，冲击强度≥9MPa，抗弯强度≥1690MPa。1690MPa。1690MPa。

【技术实现步骤摘要】
一种调控高速钢中碳化物析出的方法及一种高性能高速钢


[0001]本专利技术涉及高性能合金制造
，尤其涉及一种调控高速钢中碳化物析出的方法及一种高性能高速钢。

技术介绍

[0002]高速钢因其具有良好的红硬性、高硬度、高韧性、高耐磨性等综合性能，被广泛用于制作各种机床的切削工具、高载荷的模具以及航空高温轴承及特殊耐热耐磨零部件。为了满足上述性能要求，高速钢中含有大量的碳及强碳化物形成元素W、Mo、Cr和V等，因而钢中存在大量的合金碳化物。碳化物是高速钢中的一个重要组成相，高速钢中碳化物的形态、数量和分布等是高速钢具有高性能的重要的决定因素。然而，普通铸造条件下，高速钢中碳化物尺寸粗大、分布极不均匀，存在以共晶莱氏体网为典型特征的成分偏析，由此导致高速钢性能下降，严重制约了高速钢的应用。现有工艺中通常采用热机械加工等方法来消除共晶莱氏体，但是这种方法不仅能耗高，增加了生产成本，同时会产生环境噪音污染，影响工人的精神。因此，如何有效控制高速钢中碳化物的形态及其分布成为改善高速钢力学性能的关键。
[0003]变质处理是在铸态条件下改善高速钢中碳化物形态和分布的最有效的方法。变质元素不但可以作为碳化物的形成的异质核心，增大形核率，细化碳化物组织，而且可以减轻合金元素偏析，从而改善高速钢铸态组织和力学性能。在钢中加入微量的稀土元素可以降低一些有害元素(如O、S等元素)的含量，减少了这些元素对钢的危害作用。稀土元素还会改善钢的基体组织，使高速钢中碳化物断网、细化，共晶组织中片层状的碳化物明显减少，层片状碳化物变短、细化，明显改善了高速钢的力学性能。但是由于普通铸造条件下制备的高速钢的铸造组织粗大，材料的杂质和气体含量较高，导致高速钢存在脆性大、热疲劳抗力小、耐磨性差等问题，即使进行变质处理调控了碳化物的析出，提高了高速钢的力学性能，但是依然存在较多的碳化物，导致得到的高速钢依然质量档次较低，不能够满足实际需要。
[0004]因此，如何提高对高速钢的碳化物析出的调控效果，从而进一步改善钢中碳化物的形态与分布，提高高速钢的力学性能，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种调控高速钢中碳化物析出的方法及一种高性能高速钢，本专利技术提供的方法可使高速钢中沿晶界分布的共晶碳化物网断开形成不连续网状，且碳化物明显细化，制备得到的高性能高速钢的硬度、冲击强度和抗弯强度均得到了较大幅度的提升。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种调控高速钢中碳化物析出的方法，包括以下步骤：
[0008](1)将高速钢的原料混合后进行熔炼，得到钢液；
[0009](2)向所述步骤(1)得到的钢液中加入稀土变质剂，进行变质处理，然后进行浇注
成型，得到高速钢自耗电极；
[0010](3)对所述步骤(2)得到的高速钢自耗电极进行电渣重熔，得到高性能高速钢；所述电渣重熔在抽锭式结晶器中进行；所述抽锭式结晶器的内径为100～160mm，抽锭式结晶器的熔池深度为40～60mm，抽锭式结晶器的抽锭速度为10～12mm/min。
[0011]优选地，按质量百分比计，所述步骤(1)中高速钢的成分包括：0.80～0.90％的C；0.15～0.40％的Mn；P≤0.030％；S≤0.030％；3.8～4.0％的Cr；4.7～4.8％的Mo；1.8～2.0％的V；5.8～6.0％的W和余量的Fe。
[0012]优选地，所述步骤(1)中高速钢的原料包括工业纯铁、增碳剂、金属硅、金属锰、金属铬、钒铁、钼铁和钨铁。
[0013]优选地，所述步骤(2)中的稀土变质剂包括Fe
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La中间合金、Fe
‑
Ce中间合金和Fe
‑
La
‑
Ce中间合金中的任意一种。
[0014]优选地，所述步骤(2)中稀土变质剂为钢液质量的0.01～1wt.
‰
。
[0015]优选地，所述步骤(2)中变质处理的温度为1550～1650℃，所述变质处理的时间为2～4min。
[0016]优选地，所述步骤(3)中电渣重熔使用的渣料为CaO
‑
Al2O3‑
SiO2三元渣系。
[0017]优选地，所述步骤(3)中电渣重熔的温度≥1750℃，所述电渣重熔的时间为60～120min，所述电渣重熔的电流为1800～2200A，所述电渣重熔的电压为36V。
[0018]优选地，所述步骤(3)中电渣重熔的气氛为保护气氛，所述保护气氛为氮气。
[0019]本专利技术提供了上述技术方案所述方法制备得到的高性能高速钢。
[0020]本专利技术提供了一种调控高速钢中碳化物析出的方法，包括以下步骤：(1)将高速钢的原料混合后进行熔炼，得到钢液；(2)向所述步骤(1)得到的钢液中加入稀土变质剂，进行变质处理，然后进行浇注成型，得到高速钢自耗电极；(3)对所述步骤(2)得到的高速钢自耗电极进行电渣重熔，得到高性能高速钢；所述电渣重熔在抽锭式结晶器中进行；所述抽锭式结晶器的内径为100～160mm，抽锭式结晶器的熔池深度为40～60mm，抽锭式结晶器的抽锭速度为10～12mm/min。本专利技术采用稀土变质与电渣重熔相结合的方法来调控高速钢中碳化物的析出，能够明显改善钢中碳化物的形态与分布，进而提高材料的综合力学性能；通过采用抽锭式结晶器进行电渣重熔，可明显降低电渣重熔过程中的熔池深度，缩短高速钢发热局部凝固同时并减少碳化物的偏析，从而有效的减少高速钢碳化物的不均匀度和碳化物颗粒度。实施例的结果显示，本专利技术提供的方法制备得到的高性能高速钢的硬度≥60HRC，冲击强度≥9MPa，抗弯强度≥1690MPa。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1制备得到的高性能高速钢的铸锭铸态组织；
[0022]图2为本专利技术实施例2制备得到的高性能高速钢的铸锭铸态组织；
[0023]图3为本专利技术实施例2制备得到的高性能高速钢的碳化物形貌；
[0024]图4为本专利技术实施例3制备得到的高性能高速钢的铸锭铸态组织；
[0025]图5为本专利技术对比例1制备得到的高性能高速钢的铸锭铸态组织；
[0026]图6为本专利技术对比例1制备得到的高性能高速钢的的碳化物形貌。
具体实施方式
[0027]本专利技术提供了一种调控高速钢中碳化物析出的方法，包括以下步骤：
[0028](1)将高速钢的原料混合后进行熔炼，得到钢液；
[0029](2)向所述步骤(1)得到的钢液中加入稀土变质剂，进行变质处理，然后进行浇注成型，得到高速钢自耗电极；
[0030](3)对所述步骤(2)得到的高速钢自耗电极进行电渣重熔，得到高性能高速钢；所述电渣重熔在抽锭式结晶器中进行；所述抽锭式结晶器的内径为100～160mm，抽锭式结晶器的熔池深度为40～60mm，抽锭式结晶器的抽锭速度为10～12mm/min本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调控高速钢中碳化物析出的方法，包括以下步骤：(1)将高速钢的原料混合后进行熔炼，得到钢液；(2)向所述步骤(1)得到的钢液中加入稀土变质剂，进行变质处理，然后进行浇注成型，得到高速钢自耗电极；(3)对所述步骤(2)得到的高速钢自耗电极进行电渣重熔，得到高性能高速钢；所述电渣重熔在抽锭式结晶器中进行；所述抽锭式结晶器的内径为100～160mm，抽锭式结晶器的熔池深度为40～60mm，抽锭式结晶器的抽锭速度为10～12mm/min。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按质量百分比计，所述步骤(1)中高速钢的成分包括：0.80～0.90％的C；0.15～0.40％的Mn；P≤0.030％；S≤0.030％；3.8～4.0％的Cr；4.7～4.8％的Mo；1.8～2.0％的V；5.8～6.0％的W和余量的Fe。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中高速钢的原料包括工业纯铁、增碳剂、金属硅、金属锰、金属铬、钒铁、钼铁和钨铁。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的稀土变质剂包括Fe
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘秋香，胡强，王佳伟，胡晓娜，孙旭，
申请(专利权)人：江西省科学院应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：