[發明專利]磁場電場復合作用下離心鑄造高硼高速鋼軋輥的方法

有效

• 申請號: 201310592932.5
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103624240A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 王宏明;李桂榮
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B22D27/02
• 分類號: B22D27/02;B22D13/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

????本發明涉及高硼高速鋼軋輥，特別涉及磁場電場復合作用下離心鑄造高硼高速鋼軋輥的方法。

背景技術

高速鋼中含有較高含量的Cr、Mo、W等合金元素，在凝固過程中和碳元素結合成碳化物析出，可以提高高速鋼的耐磨性和硬度，因此，傳統的高速鋼中還含有較高含量的碳，在碳化物的析出過程中，容易形成片狀及網狀的碳化物析出，會嚴重影響材料的抗剝落性能。在高速鋼中加入適量的硼元素，由于硼與高速鋼中的合金元素有更強的結合析出能力，且硼化物的硬度、耐磨性均高于同類型的碳化物，所以高硼高速鋼作為一種很好的耐磨材料逐步開始應用，目前高硼高速鋼是最具有應用前途的高速鋼軋輥材質；但是，問題同樣存在，高硼高速鋼軋輥在凝固過程中硼、碳與高速鋼合金元素結合析出的硼化物、碳化物及硼碳化物也是決定材料耐磨性及抗剝落性能的關鍵因素，如果不采用控制措施，析出的硬質相體積分數低、容易呈現片層狀及網狀，嚴重降低材料的抗剝落性能和使用穩定性。

現有技術中對高硼高速鋼軋輥的鑄造凝固控制，提出了離心鑄造的方法，并提出在鑄造過程中施加外場控制；申請號:CN200910235071.9，一種高速鋼軋輥及其在電磁場下離心復合制備的方法，提出施加1-10T的脈沖磁場；申請號:CN03114582.5，?一種離心鑄造高速鋼軋輥制造方法，提出施加磁感應強度為0.03T～0.20T電磁場；申請號:CN200710038573.3，一種電磁離心鑄造高速鋼復合軋輥工作層材質，提出施加磁感應強度為0.21T～0.30T的電磁場；申請號:CN200410004744.7，電磁離心鑄造高速鋼復合軋輥方法，提出在管模外面加穩恒磁場；這些現有技術的不足在于，單一施加脈沖磁場，需要1T以上的磁感應強度，對于生產軋輥這類大型的鑄件，需要作用半徑非常大的脈沖磁場裝置，目前，這類大型脈沖磁場裝置還很難實現商業化應用；而對于單一施加其他類型的穩恒磁場，磁感應強度在0.03—0.30T，其作用強度不能滿足大型軋輥的使用要求，導致析出物的數量不夠，析出物的形態和尺寸失控，即出現大量層片狀和網狀的析出物，軋輥的性能難以有效提高，特別是對于高硼高速鋼軋輥，需要開發一種有效控制析出物形態和分布的鑄造方法。

發明內容

本發明的目的是針對目前高硼高速鋼軋輥鑄造凝固過程析出物數量不足，以及析出物中出現大量層片狀和網狀結構，即析出物的形態和尺寸失控的問題，提出一種磁場電場復合作用下離心鑄造高硼高速鋼軋輥的方法，解決現有技術的不足。

本發明的目的是通過以下方案實現的：

一種磁場電場復合作用下離心鑄造高硼高速鋼軋輥的方法，具體為：在高硼高速鋼軋輥豎型旋轉離心鑄造過程中，在鑄模外側沿與鑄模軸線平行的方向安置固定的穩恒磁場，所施加的穩恒磁場在鑄型中心部位的磁感應強度控制在0.01-0.7T范圍內；同時，在鑄模的兩端分別安裝一個石墨材質的導電環，導電環的內外徑分別與鑄模的內外徑一致，導電環的中心軸線與鑄模的中心軸線在一條直線上，導電環與鑄模之間通過螺栓連接，鑄模兩端通過法蘭將導電環與鑄模壓緊，導電環外弧部與彈簧式電極相觸接，導電環內部與鑄模內壁平齊，即導電環內側與鑄模內鋼液或凝固的鑄件外層相觸接，將電流導入鑄模內金屬中，離心澆鑄過程中對處于凝固過程中的鑄件通入脈沖電流，所施加的脈沖電流的電壓為100V-1500V，頻率10-20Hz，脈沖寬度在15-25μs；利用脈沖電流震蕩、脈沖電流與穩恒磁場交互作用形成的電磁震蕩及旋轉離心作用，改變高硼高速鋼軋輥凝固過程中析出硬質相的形態和控制硬質相的分布。

需要特別指出的是：

1）所述的離心鑄造為豎型旋轉離心鑄造，鑄型轉速公式為n=299????????????????????????????????????????????????，式中:n表示鑄型轉速，rpm；G為重力倍數，本發明的重力倍數控制在90~120；r一軋輥內半徑，cm；對于采用其他轉速確定方案，即使轉速不在本發明提出的鑄型轉速公式確定的范圍，但只要采用與本發明的磁場與脈沖電場復合作用豎型旋轉離心鑄造，都屬于本發明要保護的技術方案；

2）所述的高硼高速鋼軋輥是指硼含量高于1.0%的高速鋼軋輥，但對于其他成分類型的高速鋼及高合金鋼軋輥的離心鑄造，同樣適用，也屬于本發明要保護的技術方案。

3）本發明中，在鑄模的端部安裝導電環，熔體內電流分布均勻，與采用點式電極引入電流相比，具有可引入大電流、電壓平穩、接觸可靠等優勢，特別是熔體內電流及電勢分配均勻，有利于提供鑄件周向的均質性。