[發明專利]一種確定加壓電渣重熔壓力、動態調節壓力制備高氮高速鋼梯度材料的方法及應用

有效

• 申請號: 202110652304.6
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113373316B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 李花兵;馮浩;劉壯壯;姜周華;朱紅春;張樹才;焦衛超;楊守星;賀彤
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C22B9/18
• 分類號: C22B9/18;C21C7/06;C21C7/10;C22C33/04;C22C38/22;C22C38/04;C22C38/02;C22C38/24;C22C38/30
• 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

1.一種動態調節壓力制備高氮高速鋼梯度材料的方法，包括以下步驟：

將鑄錠作為自耗電極，按照式1和式2確定的壓力進行加壓電渣重熔，得到所述高氮高速鋼梯度材料；所述鑄錠包括以下化學元素的組成：Fe、Cr、Mo、W、Co、Mn、V、C和稀土元素；所述加壓電渣重熔過程中包括：向加壓電渣重熔結晶器中添加氮化硅和鈣粒的混合物，對鑄錠進行增氮和脫氧處理；

式1為確定高氮高速鋼中各部分對應氮含量的壓力的公式；式2為確定不同部分高氮高速鋼的加壓電渣重熔壓力的公式；

式1；

其中p'_i為氮氣壓力，單位為MPa；p^Θ為標準大氣壓，單位為MPa；T為冶煉溫度，單位為K；[％N]為高速鋼目標氮梯度相應質量百分數；[％C]為鑄錠中碳的質量百分數；[％Si]為鑄錠中硅的質量百分數；[％Ni]為鑄錠中鎳的質量百分數；[％Mn]為鑄錠中錳的質量百分數；[％Mo]為鑄錠中鉬的質量百分數；[％Cr]為鑄錠中鉻的質量百分數；[％V]為鑄錠中釩的質量百分數；

p_i＝p_i'+(0.5～1.2) 式2；

其中p_i為加壓電渣重熔壓力，單位為MPa。

2.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于，所述鑄錠的制備方法包括以下步驟：

將工業純鐵、含鉻原料、含鉬原料、金屬鎢、金屬鈷、含錳原料、含釩原料、石墨和稀土元素進行熔煉，得到鋼水；

將所述鋼水進行澆鑄，得到鑄錠。

3.根據權利要求2所述制備方法，其特征在于，所述熔煉包括以下步驟：

將工業純鐵、含鉻原料、含鉬原料、金屬鎢、金屬鈷進行真空感應熔煉，得到基礎鋼水；

將部分石墨加入所述基礎鋼水中，進行真空碳脫氧反應，得到預脫氧鋼水；

將含錳原料、含釩原料、剩余石墨和稀土元素依次加入所述預脫氧鋼水，進一步真空感應熔煉，得到鋼水。

4.根據權利要求3所述制備方法，其特征在于，所述真空感應熔煉的真空度為10Pa以下，溫度為1480～1530℃。

5.根據權利要求3所述制備方法，其特征在于，所述真空碳脫氧反應的真空度為30Pa以下，溫度為1430～1480℃，時間為20～30min。

6.根據權利要求3所述制備方法，其特征在于，所述進一步真空感應熔煉的溫度為1430～1480℃，時間為5～10min。

7.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于，所述加壓電渣重熔的電壓為38～40V，電流為2200～3000A；

所述加壓電渣重熔的熔速按照式3確定：

v＝(0.35～0.45)×D kg/h 式3；

其中D為加壓電渣重熔爐結晶器尺寸，單位為mm。

8.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于，所述加壓電渣重熔中還包括：所述氮化硅和鈣粒的質量比為85～90：10～15；

所述添加的加料速度按照式4確定：

V＝(0.853～1.017)×v×[％N] 式4；

式中：V為加料速度，單位為g/min；v為加壓電渣重熔爐熔速，單位為kg/h；[％N]為高速鋼目標氮梯度相應質量百分數。

9.權利要求1～8任意一項所述制備方法制備得到的高氮高速鋼梯度材料在具有高韌性背部和高硬度高耐磨性刃部性能的高端刀具中的應用。