CN113355587A - 一种高速钢及其镁和稀土微合金化和增加凝固压力综合改善铸态组织的方法 - Google Patents

一种高速钢及其镁和稀土微合金化和增加凝固压力综合改善铸态组织的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于高速钢技术领域，具体涉及一种高速钢及其镁和稀土微合金化和增加凝固压力综合改善铸态组织的方法。本发明提供的改善高速钢铸态组织的方法，包括以下步骤：将工业纯铁、含铬原料、含钼原料、金属钨、金属钴、石墨、工业硅、含锰原料、含钒原料进行熔炼，得到钢水；在加压1～2MPa下将镁合金和稀土加入所述钢水进行微合金化，得到微合金化钢水；将所述微合金化钢水进行浇铸，得到铸锭；将所述铸锭进行加压电渣重熔，得到高速钢电渣锭；所述加压电渣重熔过程中凝固压力为1～2MPa。本发明在镁元素和稀土以及高凝固压力的共同作用下有效细化高速钢铸态组织，减小共晶碳化物尺寸并改善其分布均匀性。

Description

一种高速钢及其镁和稀土微合金化和增加凝固压力综合改善 铸态组织的方法
技术领域
本发明属于高速钢技术领域，具体涉及一种高速钢及其镁和稀土微合金化和增加凝固压力综合改善铸态组织的方法。
背景技术
高速工具钢简称高速钢，因其具有高硬度、高红硬性、高耐磨性等特性，被广泛用于制造各种切削刀具，也部分用于高载荷模具、航空高温轴承、高性能轧辊及特殊耐热耐磨零部件等。尤其是在复杂薄刃、耐冲击切削刀具及大截面刀具的制造中占有重要地位，特别是以M42为代表的高性能高速钢的需求旺盛。
目前，国内外特殊钢企业生产高速钢普遍采用感应炉(或电弧炉)熔炼→LF→VD→模铸→电渣重熔的生产工艺流程。在该流程中，电渣重熔是生产高品质高速钢质量控制的关键环节，能够提高钢的纯净度和组织致密性，改善钢的低倍组织，细化铸锭的铸态组织。然而由于高速钢合金元素(Mo、W、Cr、V)含量高，化学成分复杂，凝固温度范围较大，传统电渣重熔的冷却能力有限等缘故，采用上述流程生产高速钢时，在其凝固时极易形成碳和合金元素的严重偏析，从而在其凝固组织晶界处生成大量粗大网状共晶碳化物。网状共晶碳化物的存在破坏了金属基体的连续性，易引发裂纹源并扩展，导致高速钢的热塑性下降，使得高速钢难以加工，锻造过程中容易发生开裂，成材率不高。另一方面，共晶碳化物在锻造过程中很难被破碎，且使高速钢易产生以碳化物粗大、分布不均匀为特征的组织质量问题，恶化了高速钢性能。
为获得较高的组织质量，高速钢铸锭必须经过反复多道次锻、轧，以减小碳化物尺寸，改善其分布均匀性。细化铸态组织、减小共晶碳化物尺寸并改善其分布均匀性是提高高速钢加工成材率和使用性能的关键因素，也是在采用熔炼法生产高速钢中面对的难题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高速钢及其镁和稀土微合金化和增加凝固压力综合改善铸态组织的方法。本发明通过利用镁合金和稀土对钢水进行微合金化，同时提高加压电渣重熔过程中凝固压力，细化了高速钢铸态组织，减小了共晶碳化物尺寸并改善了其分布均匀性，进而提高了高速钢的加工成材率和使用性能。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种镁和稀土微合金化和增加凝固压力综合改善铸态组织的方法，包括以下步骤：
将工业纯铁、含铬原料、含钼原料、金属钨、金属钴、石墨、工业硅、含锰原料、含钒原料进行熔炼，得到钢水；
在加压1～2MPa下将镁合金和稀土依次加入所述钢水进行微合金化，得到微合金化钢水；
将所述微合金化钢水进行浇铸，得到铸锭；
将所述铸锭进行加压电渣重熔，得到高速钢电渣锭；所述加压电渣重熔过程中凝固压力为1～2MPa。
优选的，所述镁合金中镁的质量百分含量为5～20％；所述镁合金中镁的质量为铸锭质量的0.03～0.07％。
优选的，所述稀土包括铈和/或镧；所述稀土的添加量为铸锭质量的0.1～0.25％。
优选的，所述微合金化的温度为1430～1480℃，时间为1～3min。
优选的，所述加压电渣重熔的电压为33～40V，电流为2200～3000A，压力为1～2MPa。
优选的，所述熔炼包括以下步骤：
将工业纯铁、含铬原料、含钼原料、金属钨、金属钴进行感应熔炼，得到基础钢水；
将部分石墨加入所述基础钢水进行真空碳脱氧，得到预脱氧钢水；
将含锰原料、含钒原料、工业硅和剩余石墨加入所述预脱氧钢水进行合金化，得到钢水。
优选的，所述感应熔炼的温度为1480～1530℃。
优选的，所述真空碳脱氧的真空度为30Pa以下，温度为1430～1480℃。
优选的，所述合金化的温度为1430～1480℃，时间为5～9min。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的高速钢，包括以下质量百分含量的化学组分：
Figure BDA0003112098780000031
本发明提供了一种高速钢的制备方法，包括以下步骤：将工业纯铁、含铬原料、含钼原料、金属钨、金属钴、石墨、工业硅、含锰原料、含钒原料进行熔炼，得到钢水；在加压1～2MPa下将镁合金和稀土依次加入所述钢水进行微合金化，得到微合金化钢水；将所述微合金化钢水进行浇铸，得到铸锭；将所述铸锭进行加压电渣重熔，得到高速钢电渣锭；所述加压电渣重熔过程中凝固压力为1～2MPa。本发明在加压条件下向钢液中添加镁合金，能够显著提升镁的收得率，高效深脱氧和脱硫，并增加钢中镁的固溶含量；钢液经镁处理之后具有低的氧、硫含量，能够显著提升稀土的收得率并增加钢中稀土的固溶含量。本发明利用镁合金和稀土对钢水进行微合金化，在凝固过程中固溶镁在晶界或相界的偏聚可阻碍碳、铬、钼等元素扩散，从而细化共晶碳化物；稀土夹杂物作为非均质形核位置可增加初晶奥氏体形核，细化初晶奥氏体；同时稀土会富集于枝晶生长前沿，促进奥氏体枝晶多次分支并限制其生长，从而细化高速钢铸态组织。本发明通过提高加压电渣重熔过程中凝固压力可以有效减小铸锭和结晶器之间的气隙，增强冷却水对铸锭的冷却效果，提高冷却速率，克服了传统电渣重熔制备高速钢过程中冷却能力有限的问题，从而细化高速钢铸态组织、改善共晶碳化物分布和降低元素偏析。
本发明在镁元素和稀土的微合金化以及提高加压电渣熔炼中凝固压力的共同作用下，能够有效细化高速钢铸态组织，减小共晶碳化物尺寸并改善其分布均匀性，从而提高了高速钢的加工成材率和使用性能。
附图说明
图1为实施例1制备得到的高速钢电渣锭的微观组织图；
图2为实施例2制备得到的高速钢电渣锭的微观组织图；
图3为实施例3制备得到的高速钢电渣锭的微观组织图；
图4为实施例4制备得到的高速钢电渣锭的微观组织图；
图5为对比例1制备得到的高速钢电渣锭的微观组织图；
图6为对比例2制备得到的高速钢电渣锭的微观组织图；
图7为对比例3制备得到的高速钢电渣锭的微观组织图。
具体实施方式
本发明提供了一种镁和稀土微合金化和增加凝固压力综合改善铸态组织的方法，包括以下步骤：
将工业纯铁、含铬原料、含钼原料、金属钨、金属钴、石墨、工业硅、含锰原料、含钒原料进行熔炼，得到钢水；
在加压1～2MPa下将镁合金和稀土依次加入所述钢水进行微合金化，得到微合金化钢水；
将所述微合金化钢水进行浇铸，得到铸锭；
将所述铸锭进行加压电渣重熔，得到高速钢电渣锭；所述加压电渣重熔过程中凝固压力为1～2MPa。
本发明将工业纯铁、含铬原料、含钼原料、金属钨、金属钴、石墨、工业硅、含锰原料、含钒原料进行熔炼，得到钢水。在本发明中，所述熔炼优选包括以下步骤：
将工业纯铁、含铬原料、含钼原料、金属钨、金属钴进行感应熔炼，得到基础钢水；
将部分石墨添加至所述基础钢水，进行真空碳脱氧，得到预脱氧钢水；
将含锰原料、含钒原料、工业硅和剩余石墨加入所述预脱氧钢水进行合金化，得到钢水。
本发明将工业纯铁、含铬原料、含钼原料、金属钨、金属钴进行感应熔炼，得到基础钢水。在本发明中，所述含铬原料优选包括金属铬。在本发明中，所述含钼原料优选包括金属钼或钼铁，更优选为钼铁。本发明对所述工业纯铁、含铬原料、含钼原料、金属钨、金属钴的质量比无特殊要求，根据所需高速钢的化学组分的含量进行配比即可。
在本发明中，所述感应熔炼优选为真空感应熔炼；所述真空感应熔炼的真空度优选为10Pa以下，更优选为5～8Pa；所述真空感应熔炼的温度优选为1480～1530℃，更优选为1500～1510℃。
得到基础钢水后，本发明将部分石墨加入到所述基础钢水进行真空碳脱氧，得到预脱氧钢水。在本发明中，所述部分碳源占碳源总质量的质量百分含量优选为40～80％，更优选为50～60％。在本发明中所述石墨总质量和目标高速钢中碳的质量比优选为1.03～1.08:1，更优选为1.06～1.07:1。在本发明中，所述碳源用于形成目标高速钢中的碳以外还用于脱氧。
在本发明中，所述将石墨添加至基础钢水的过程优选在保护气氛下进行，所述保护气氛优选为纯度≥99.999％的氩气，所述保护气氛的压力优选为0.01～0.05MPa，更优选为0.02～0.03MPa。在本发明中，所述真空碳脱氧的真空度优选为30Pa以下，更优选为10～20Pa。在本发明中，所述真空碳脱氧的温度优选为1430～1480℃，更优选为1450～1470℃。在本发明中，所述真空碳脱氧的时间优选为20～30min，更优选为20～25min。
本发明在保护气氛下向钢水中添加部分石墨能够避免剧烈的碳氧反应，防止钢液严重喷溅。
在本发明中，所述真空碳脱氧能够将钢液中氧含量降低到小于25ppm，有助于提升后续微合金化过程中镁和稀土元素的收得率和净化钢液效果。
得到预脱氧钢水后，本发明将含锰原料、含钒原料、工业硅和剩余石墨加入所述预脱氧钢水进行合金化，得到钢水。在本发明中，所述含锰原料优选包括金属锰。在本发明中，所述含钒原料优选包括金属钒或钒铁，更优选为金属钒。本发明对所述工业硅、含锰原料和含钒原料的质量比无特殊要求，根据所需高速钢的化学组分的含量进行配比即可。
在本发明中，所述将含锰原料、含钒原料、工业硅和剩余石墨加入到所述预脱氧钢水中优选依次将含锰原料、含钒原料、工业硅和剩余石墨添加至预脱氧钢水中；添加含锰原料、含钒原料、工业硅和剩余石墨的时间间隔优选为1～3min，更优选为2min。本发明优选在添加过程中进行合金化。在本发明中，所述合金化过程优选在保护气氛下进行，所述保护气氛优选为纯度≥99.999％的氩气，所述保护气氛的压力优选为0.01～0.03MPa，更优选为0.02～0.03MPa。在本发明中，所述合金化的温度优选为1430～1480℃，更优选为1450～1480℃；时间优选为5～9min，更优选为6～8min。
得到钢水后，本发明在加压1～2MPa下将镁合金和稀土依次加入所述钢水进行微合金化，得到微合金化钢水。在本发明中，所述镁合金优选包括镍镁合金或铁镁合金，更优选为镍镁合金。在本发明中，所述镁合金中镁的质量百分含量优选为5～20％。在本发明中，所述镁合金中镁的质量优选为铸锭质量的0.03～0.07％。在本发明中，所述稀土优选包括铈和/或镧，更优选为铈。在本发明中，当所述稀土为铈和镧时，本发明对所述铈和镧的质量比无特殊要求，采用任意比即可。在本发明中，所述稀土的添加量优选为铸锭质量的0.1～0.25％。
在本发明中，所述微合金化过程优选在保护气氛下进行，所述保护气氛优选为纯度≥99.999％的氩气，所述保护气氛的压力优选为1.0～2.0MPa，更优选为1.5～1.8MPa。在本发明中，所述微合金化的温度优选为1430～1480℃，更优选为1450～1480℃；时间优选为1～3min，更优选为2min。
在本发明中，所述镁元素和稀土与氧、硫杂质元素具有很强的亲和力，可有效去除钢中氧、硫杂质元素以净化钢液，起到深度脱氧和脱硫的作用。同时钢液中固溶的镁和稀土元素易在晶界偏聚，可以抑制硫、磷等杂质元素在晶界偏析，进而净化和强化晶界。此外，镁还可起到抑制稀土夹杂物作为形核位点促进高速钢铸态组织中形成鱼骨状M6C共晶碳化物(热加过程难分解和破碎)的作用。本发明在镁和稀土元素的共同作用下能够充分改善高速钢铸态组织。
在压力为1～2MPa的条件下向钢液中添加含镁合金，能够显著提升镁的收得率(＞25％)，高效深脱氧和脱硫，并增加钢中镁的固溶含量。钢液经真空碳脱氧和微合金化之后具有低的氧、硫含量，能够显著提升后续稀土处理过程中稀土的收得率(＞40％)，并增加钢中稀土的固溶含量。
得到微合金化钢水后，本发明将所述微合金化钢水进行浇铸，得到铸锭。在本发明中，浇铸时所述微合金化钢水的温度优选为1430～1480℃，更优选为1450～1470℃。在本发明中，所述浇铸前还优选包括：将微合金化钢水在浇铸温度下保温。在本发明中，所述保温的时间优选为2～4min，更优选为3min。本发明对所述浇铸无特殊要求，采用本领域常规的方式即可。
得到铸锭后，本发明将所述铸锭进行加压电渣重熔，得到高速钢电渣锭；所述加压电渣重熔过程中凝固压力为1～2MPa。在本发明中，所述加压电渣重熔的冷却方式是冷却水冷却，所述凝固压力指的是熔炼室内气体压力。本发明优选向加压电渣重熔炉熔炼室充氩气的同时提高结晶器夹套内的冷却水压力，使冷却水的压力与熔炼室内压力保持一致。
在本发明中，所述加压电渣重熔优选在加压电渣重熔炉中进行。本发明优选对铸锭进行锻造得到适应所述加压电渣重熔炉结晶器尺寸的自耗电极。本发明对所述自耗电极的尺寸无特殊限定，只要能够适应加压电渣重熔炉结晶器尺寸即可。在本发明的实施例中，自耗电极为直径为80mm长度为的棒材。在本发明中，所述加压电渣重熔前还优选包括：将所述自耗电极焊接到假电极上，并将所述假电极与电极夹持器连接；将引弧屑放置于加压电渣重熔炉底水箱中心处的引弧环中；将预熔渣烘烤后加入加压电渣重熔炉结晶器内进行起弧造渣。
在本发明中，所述引弧屑的材质优选与目标高速钢的材质相同。在本发明中，所述引弧屑的用量优选为0.25～0.35kg，更优选为0.28～0.32kg。在本发明中，所述引弧环和加压电渣重熔炉结晶器之间优选设置垫片，所述垫片的材质优选为铸铁，所述垫片的直径优选为108～112mm，更优选为110mm；所述垫片的厚度优选为8～12mm，更优选为10mm。在本发明中，所述自耗电极、引弧屑和加压电渣重熔炉底水箱紧密接触，保证通电后有电流通过。
在本发明中，以质量百分含量计，所述预熔渣为优选包括50～58％CaF2，15～20％CaO，12～18％Al2O3，3～7％MgO，5～10％Ce2O3，0.5％以下的SiO2和不可避免的杂质；更优选为53～55％CaF2，16～18％CaO，15～17％％Al2O3，4～6％MgO，6～8％Ce2O3，0.3％以下SiO2和不可避免的杂质。在本发明中，所述烘烤的温度优选为500～800℃，更优选为650～700℃；时间优选为6～10h，更优选为8～9h。本发明经过烘烤能够充分除去预熔渣中的水分。
在本发明中，所述自耗电极中的镁和稀土元素易与预熔渣中氧化物反应，从而向预熔渣中添加了一定比例的氧化镁和稀土氧化物、适当降低渣中氧化铝含量及严格控制渣中二氧化硅含量，能够有效抑制加压电渣重熔过程中镁和稀土元素的烧损(镁和稀土的收得率独立的＞60％)。
在本发明中，所述起弧造渣前还优选包括：向加压电渣重熔炉的熔炼室内通入氩气。所述氩气的纯度优选为≥99.999％，所述通入氩气的流量优选为10～20NL/min，更优选为12～15NL/min，时间优选为4～10min，更优选为5～6min。本发明通过通入氩气除去加压电渣重熔炉熔炼室中的空气。在本发明中，所述起弧造渣的电压优选为25～33V，更优选为28～30V；电流优选为1000～2100A，更优选为1600～2000A；时间优选为7～15min，更优选为10～15min。
在本发明中，所述加压电渣重熔的电压优选为33～40V，更优选为35～40V；电流优选为2200～3000A，更优选为2200～2500A。在本发明中，所述电压和电流的波动优选小于5％。在本发明中，所述加压电渣重熔的熔速优选按照式1确定：
v＝(0.35～0.45)×Dkg/h 式1；
其中D为加压电渣重熔炉结晶器尺寸，单位为mm。
在本发明的实施例中，所述熔速具体为50kg/h。在本发明中，所述熔速波动优选小于5％。
在本发明中，所述加压电渣重熔的压力优选为1～2MPa，更优选为1.5～1.8MPa。在本发明中，所述压力优选向加压电渣重熔炉的熔炼室内通过通入氩气形成。本发明在上述压力下进行加压电渣重熔，能够避免渣池吸氧，进一步减少镁和稀土元素的烧损。在本发明中，所述加压电渣重熔过程中凝固压力为1～2MPa，优选为1.5～1.8MPa。
在本发明中，所述加压电渣重熔后还优选包括：采用逐渐降低电流的方式进行补缩填充；关闭电源，泄压，取出电渣锭。
本发明采用逐渐降低电流的方式进行补缩填充。在本发明中，所述降低电流的方式为每次降低500～800A，更优选为600～800A，以确保补缩填充充分，保证补缩端面平整。在本发明中，所述降低电流的频次优选为3～5min/次，更优选为4min/次。
补缩填充完成后，本发明关闭电源，泄压，取出电渣锭。在本发明中，所述泄压优选为降低加压电渣重熔炉内和结晶器中的压力，泄压后压力为常压。本发明取出电渣锭后优选将所述电渣锭置于保温罩中进行缓慢冷却。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的高速钢包括以下质量百分含量的化学组分：
Figure BDA0003112098780000091
在本发明中，所述高速钢优选包括以下质量百分含量的化学组分：
Figure BDA0003112098780000092
Figure BDA0003112098780000101
在本发明中，所述稀土元素优选包括铈和/或镧，更优选为铈。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
本发明实施例中，感应熔炼在50kg加压感应炉内进行，其中加压感应炉极限真空度为0.1Pa，最高压力为7MPa，装炉量为40～45kg。
本发明实施例中，加压电渣重熔在50kg加压电渣重熔炉内进行，加压电渣重熔炉最高压力为7MPa，电源额定功率为500kW，结晶器内径D为130mm，自耗电极重量为30～50kg。
本发明实施例中，工业纯铁含铁99.98wt％，金属铬纯度为99.17wt％，金属钼纯度为99.98wt％，金属钴纯度为99.98wt％，金属钨纯度为99.95wt％，金属钒纯度为≥99.9wt％，工业硅纯度为99.38wt％，金属锰纯度为97.92wt％，石墨纯度≥99.9wt％，镍镁合金含镁19.65wt％、含镍79.27wt％，稀土铈纯度≥99.5wt％，各步骤中的氩气纯度≥99.999％。
实施例1
将29.738kg工业纯铁、1.5kg金属铬、3.8kg金属钼、0.6kg金属钨、3.2kg金属钴置于感应炉内的坩埚中，在温度为1510℃真空度为5Pa的条件下进行感应熔炼，得到基础钢水；
向加压感应炉中充入纯度≥99.999％的氩气使炉内压力为0.025MPa，在氩气气氛下向所述初级钢水中添加0.232kg石墨，石墨熔清后启动真空泵进行真空碳脱氧，真空碳脱氧的真空度为16Pa，温度为1475℃，时间为24min，得到预脱氧钢水；
向炉内充入纯度≥99.999％的氩气使炉内压力为0.013MPa，在氩气气氛下向所述预脱氧钢水中依次(间隔2min)添加0.12kg金属锰、0.46kg金属钒、0.12kg工业硅、剩余0.23kg石墨进行合金化，合金化温度为1480℃，得到钢水；
向炉内充入纯度≥99.999％的氩气使炉内压力为1.5MPa，在氩气气氛下向所述钢水中依次加入75g镍镁合金(镁的质量百分含量为19.65wt％)和92g铈，1460℃微合金化2min，得到微合金化钢水；
将所述微合金化钢水在1460℃保温3min后进行浇铸，得到铸锭；将所述铸锭进行锻造，得到直径Φ＝80mm的自耗电极，并焊接到假电极上，将假电极与电极夹持器连接；
将0.33kg引弧屑(1.1％C，0.3％Si，0.3％Mn，3.75％Cr，9.5％Mo，8％Co，1.5％W，1.15％V和余量的Fe)置于加压电渣重熔炉底水箱中心位置的引弧环中(自耗电极、引弧屑和加压电渣重熔炉底水箱紧密接触)；其中引弧环和水箱之间设置直径为110mm、厚度为10mm材质为铸铁的垫片；
将3400g成分为55.5％CaF2-17％CaO-15.5％Al2O3-5％MgO-7％Ce2O3-0.2％SiO2的预熔渣在650℃温度下烘烤8h后加入加压电渣重熔炉结晶器内，然后将加压电渣炉密闭；开启供水***将常压冷却水通入结晶器内；向加压电渣重熔炉内通入流量为12NL/min的氩气8min；在电压为27V、电流为1650A的条件下进行起弧造渣12min；
起弧造渣结束后，向加压电渣重熔炉的熔炼室内通入氩气，使加压电渣重熔炉熔炼室内的气体压力为1.5MPa，同时使加压电渣重熔炉结晶器夹套内的冷却水的压力为1.5MPa，在电压为37V、电流为2300A的条件下进行加压电渣重熔(熔速为50kg/h)，其中电压波动小于3％，电流波动小于5％，熔速波动小于5％；
自耗电极冶炼终了时，采用逐渐降低电流的方式进行补缩填充，每间隔4min降低一次电流，每次降低电流550A；
补缩结束后，关闭交流电源，打开加压电渣炉放气阀泄压，同步降低加压电渣炉结晶器内的冷却水压力至常压，得到高速钢电渣锭；将所述高速钢置于保温罩中进行缓慢冷却。
实施例2
按照实施例1的方法制备高速钢，不同之处在于，微合金化阶段加压感应炉内的氩气压力为2MPa。
实施例3
按照实施例1的方法制备高速钢，不同之处在于，微合金化阶段镍镁合金添加量为93g，铈添加量为79g。
实施例4
按照实施例1的方法制备高速钢，不同之处在于，微合金化阶段镍镁合金添加量为125g，铈添加量为41g。
对比例1
按照实施例1的方法制备高速钢，不同之处在于，合金化后不进行镁和稀土微合金化，将合金化后加压感应炉内的压力增加至0.1MPa，然后进行浇铸；加压电渣重熔过程中加压电渣重熔炉内的压力和结晶器夹套内冷却水的压力为0.1MPa。
对比例2
按照实施例1的方法制备高速钢，不同之处在于，微合金化阶段添加镍镁合金和铈时保护气氛的压力为0.1MPa；加压电渣重熔过程中，预熔渣成分为60±1％CaF2-20±1％CaO-20±1％Al2O3，加压电渣重熔炉熔炼室内的压力和结晶器夹套内冷却水的压力为0.1MPa。
对比例3
按照实施例1的方法制备高速钢，不同之处在于，合金化后不进行镁和稀土微合金化，合金化后加压感应炉内的压力为0.1MPa，然后进行浇铸。
实施例1～4和对比例1～3中加压感应炉冶炼制备得到的铸锭的化学成分列于表1中。利用直读光谱测定铸锭中Si、Mn、Cr、Mo、Co、W和V的含量；利用氮氧分析仪测定铸锭中O的含量；利用碳硫分析仪测定铸锭中C和S的含量；利用电感耦合等离子体质谱仪测定铸锭中Mg和Ce的含量。
表1实施例1～4和对比例1～3加压感应炉制备得到的铸锭的化学成分
实施例 C Si Mn Cr Mo Co W V Mg Ce O S Fe
实施例1 1.10 0.29 0.28 3.75 9.49 7.99 1.50 1.15 0.0094 0.112 0.0006 0.0019 余量
实施例2 1.08 0.27 0.28 3.73 9.50 8.00 1.48 1.13 0.0103 0.120 0.0005 0.0017 余量
实施例3 1.09 0.28 0.27 3.74 9.51 8.01 1.49 1.14 0.0143 0.089 0.0005 0.0018 余量
实施例4 1.09 0.29 0.28 3.75 9.48 7.98 1.48 1.15 0.0206 0.044 0.0006 0.0020 余量
对比例1 1.12 0.29 0.28 3.73 9.48 7.99 1.49 1.14 - - 0.0015 0.0035 余量
对比例2 1.11 0.29 0.27 3.74 9.47 7.97 1.49 1.15 0.0025 0.054 0.0008 0.0022 余量
对比例3 1.12 0.28 0.28 3.75 9.49 7.98 1.48 1.14 - - 0.0016 0.0035 余量
由表1中数据可知，制备铸锭过程中通过添加镁合金和稀土元素进行深脱氧、深脱硫，降低了铸锭中的氧和硫含量，实现了超洁净化冶炼。
实施例1～4和对比例1～3中加压电渣重熔制备得到的高速钢电渣锭的化学成分列于表2中。利用直读光谱测定高速钢电渣锭中Si、Mn、Cr、Mo、Co、W和V的含量；利用氮氧分析仪测定高速钢电渣锭中O的含量；利用碳硫分析仪测定高速钢电渣锭中C和S的含量；利用电感耦合等离子体质谱仪测定高速钢电渣锭中Mg和Ce的含量。
表2实施例1～4和对比例1～3加压电渣重熔制备得到的高速钢电渣锭的化学成分
实施例 C Si Mn Cr Mo Co W V Mg Ce O S Fe
实施例1 1.08 0.27 0.24 3.74 9.49 7.98 1.50 1.13 0.0060 0.075 0.0007 0.0012 余量
实施例2 1.08 0.26 0.24 3.73 9.50 8.00 1.49 1.12 0.0068 0.079 0.0006 0.0011 余量
实施例3 1.07 0.28 0.25 3.75 9.47 7.97 1.47 1.13 0.0092 0.058 0.0007 0.0012 余量
实施例4 1.08 0.28 0.27 3.73 9.47 7.97 1.48 1.14 0.0135 0.027 0.0006 0.0010 余量
对比例1 1.10 0.28 0.26 3.72 9.98 7.98 1.48 1.13 - - 0.0012 0.0014 余量
对比例2 1.11 0.29 0.27 3.74 9.47 7.97 1.49 1.15 0.0004 0.010 0.0010 0.0012 余量
对比例3 1.09 0.27 0.25 3.72 9.47 7.97 1.47 1.13 - - 0.0014 0.0013 余量
由表2中的数据可知加压电渣重熔后高速钢电渣锭中的硫含量显著降低，进一步提高高速钢的洁净度。
表3汇总了实施例1～4和对比例1～3中制备高速钢电渣锭的冶炼工艺参数以及镁和稀土的添加量和收得率。
表3实施例1～4和对比例1～3中制备高速钢的冶炼工艺参数以及镁和稀土的添加量和收得率
Figure BDA0003112098780000131
Figure BDA0003112098780000141
由表3中数据，可以看出在感应熔炼阶段，在压力为1～2MPa的条件下向钢液中添加含镁中间合金，能够显著提升镁的收得率(＞25％)，同时镁的高效处能够理显著提高铈的收得率(＞40％)；本发明预熔渣可以有效抑制镁和稀土铈在电渣重熔过程的烧损，镁和铈的收得率大于60％。
利用金相显微镜对实施例1～4和对比例1～3制备得到的高速钢电渣铸锭进行微观组织观察，得到微观组织图，如图1～7所示。其中观察试样取自实施例1～4和对比例1～3制备得到的高速钢电渣铸锭1/2半径部位。
结合图1～7可以看出，采用本发明提供的制备方法制备得到的高速钢具有较小的共晶碳化物，且分布均匀，细化了高速钢的铸态组织，有利于减轻高速钢热加工过程中的开裂倾向，提高了高速钢的加工成材率和使用性能。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种镁和稀土微合金化和增加凝固压力综合改善铸态组织的方法，包括以下步骤：
将工业纯铁、含铬原料、含钼原料、金属钨、金属钴、石墨、工业硅、含锰原料、含钒原料进行熔炼，得到钢水；
在加压1～2MPa下将镁合金和稀土依次加入所述钢水进行微合金化，得到微合金化钢水；
将所述微合金化钢水进行浇铸，得到铸锭；
将所述铸锭进行加压电渣重熔，得到高速钢电渣锭；所述加压电渣重熔过程中凝固压力为1～2MPa。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述镁合金中镁的质量百分含量为5～20％；所述镁合金中镁的质量为铸锭质量的0.03～0.07％。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述稀土包括铈和/或镧；所述稀土的添加量为铸锭质量的0.1～0.25％。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述微合金化的温度为1430～1480℃，时间为1～3min。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述加压电渣重熔的电压为33～40V，电流为2200～3000A，压力为1～2MPa。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述熔炼包括以下步骤：
将工业纯铁、含铬原料、含钼原料、金属钨、金属钴进行感应熔炼，得到基础钢水；
将部分石墨加入所述基础钢水进行真空碳脱氧，得到预脱氧钢水；
将含锰原料、含钒原料、工业硅和剩余石墨加入所述预脱氧钢水进行合金化，得到钢水。
7.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述感应熔炼的温度为1480～1530℃。
8.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述真空碳脱氧的真空度为30Pa以下，温度为1430～1480℃。
9.根据权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述合金化的温度为1430～1480℃，时间为5～9min。
10.权利要求1～9任一项所述制备方法制备得到的高速钢，包括以下质量百分含量的化学组分：
Figure FDA0003112098770000021
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