[發明專利]一種高速鋼及其鎂和稀土微合金化和增加凝固壓力綜合改善鑄態組織的方法

有效

• 申請號: 202110652303.1
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113355587B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 李花兵;焦衛超;姜周華;馮浩;朱紅春;張樹才;楊守星;賀彤
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C22C33/06
• 分類號: C22C33/06;C22B9/18;C22C38/22;C22C38/24;C22C38/30;C22C38/02;C22C38/04
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 任霜

本發明屬于高速鋼技術領域，具體涉及一種高速鋼及其鎂和稀土微合金化和增加凝固壓力綜合改善鑄態組織的方法。本發明提供的改善高速鋼鑄態組織的方法，包括以下步驟：將工業純鐵、含鉻原料、含鉬原料、金屬鎢、金屬鈷、石墨、工業硅、含錳原料、含釩原料進行熔煉，得到鋼水；在加壓1～2MPa下將鎂合金和稀土加入所述鋼水進行微合金化，得到微合金化鋼水；將所述微合金化鋼水進行澆鑄，得到鑄錠；將所述鑄錠進行加壓電渣重熔，得到高速鋼電渣錠；所述加壓電渣重熔過程中凝固壓力為1～2MPa。本發明在鎂元素和稀土以及高凝固壓力的共同作用下有效細化高速鋼鑄態組織，減小共晶碳化物尺寸并改善其分布均勻性。

技術領域

本發明屬于高速鋼技術領域，具體涉及一種高速鋼及其鎂和稀土微合金化和增加凝固壓力綜合改善鑄態組織的方法。

背景技術

高速工具鋼簡稱高速鋼，因其具有高硬度、高紅硬性、高耐磨性等特性，被廣泛用于制造各種切削刀具，也部分用于高載荷模具、航空高溫軸承、高性能軋輥及特殊耐熱耐磨零部件等。尤其是在復雜薄刃、耐沖擊切削刀具及大截面刀具的制造中占有重要地位，特別是以M42為代表的高性能高速鋼的需求旺盛。

目前，國內外特殊鋼企業生產高速鋼普遍采用感應爐(或電弧爐)熔煉→LF→VD→模鑄→電渣重熔的生產工藝流程。在該流程中，電渣重熔是生產高品質高速鋼質量控制的關鍵環節，能夠提高鋼的純凈度和組織致密性，改善鋼的低倍組織，細化鑄錠的鑄態組織。然而由于高速鋼合金元素(Mo、W、Cr、V)含量高，化學成分復雜，凝固溫度范圍較大，傳統電渣重熔的冷卻能力有限等緣故，采用上述流程生產高速鋼時，在其凝固時極易形成碳和合金元素的嚴重偏析，從而在其凝固組織晶界處生成大量粗大網狀共晶碳化物。網狀共晶碳化物的存在破壞了金屬基體的連續性，易引發裂紋源并擴展，導致高速鋼的熱塑性下降，使得高速鋼難以加工，鍛造過程中容易發生開裂，成材率不高。另一方面，共晶碳化物在鍛造過程中很難被破碎，且使高速鋼易產生以碳化物粗大、分布不均勻為特征的組織質量問題，惡化了高速鋼性能。

為獲得較高的組織質量，高速鋼鑄錠必須經過反復多道次鍛、軋，以減小碳化物尺寸，改善其分布均勻性。細化鑄態組織、減小共晶碳化物尺寸并改善其分布均勻性是提高高速鋼加工成材率和使用性能的關鍵因素，也是在采用熔煉法生產高速鋼中面對的難題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種高速鋼及其鎂和稀土微合金化和增加凝固壓力綜合改善鑄態組織的方法。本發明通過利用鎂合金和稀土對鋼水進行微合金化，同時提高加壓電渣重熔過程中凝固壓力，細化了高速鋼鑄態組織，減小了共晶碳化物尺寸并改善了其分布均勻性，進而提高了高速鋼的加工成材率和使用性能。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種鎂和稀土微合金化和增加凝固壓力綜合改善鑄態組織的方法，包括以下步驟：

將工業純鐵、含鉻原料、含鉬原料、金屬鎢、金屬鈷、石墨、工業硅、含錳原料、含釩原料進行熔煉，得到鋼水；

在加壓1～2MPa下將鎂合金和稀土依次加入所述鋼水進行微合金化，得到微合金化鋼水；

將所述微合金化鋼水進行澆鑄，得到鑄錠；

將所述鑄錠進行加壓電渣重熔，得到高速鋼電渣錠；所述加壓電渣重熔過程中凝固壓力為1～2MPa。

優選的，所述鎂合金中鎂的質量百分含量為5～20％；所述鎂合金中鎂的質量為鑄錠質量的0.03～0.07％。

優選的，所述稀土包括鈰和/或鑭；所述稀土的添加量為鑄錠質量的0.1～0.25％。

優選的，所述微合金化的溫度為1430～1480℃，時間為1～3min。

優選的，所述加壓電渣重熔的電壓為33～40V，電流為2200～3000A，壓力為1～2MPa。

優選的，所述熔煉包括以下步驟：