[发明专利]一种加压电渣重熔技术冶炼高品质高速钢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速钢冶炼方法，特别涉及一种加压电渣重熔技术冶炼高品质高速钢的冶炼方法。

背景技术

高速钢一般指在使用状态下具有高硬度的耐热钢，由于这种钢含有大量的合金元素钨、钼、铬、钒等，在铸态组织中形成较多的共晶体碳化物，即莱氏体组织，故又称它为莱氏体钢。由于高速钢在500℃～600℃仍可以保持高硬度和高耐磨性，其广泛用于制作高速切削刀具、冷挤压模和冲模等。

高速钢由于含有较高的碳和合金元素，在凝固过程中难以避免碳的偏析，并容易在晶界上形成粗大的网状碳化物导致脆性增加。目前降低碳化物偏析的一个有效手段即提高冷却速率，冷却速率越快，析出的先共析碳化物越少，共晶莱氏体网也越细。冷却速率的快慢还会影响共晶碳化物的类型，冷却速率越快，共晶碳化物将由近平衡态的M₆C变为亚稳的M₂C，亚稳的M₂C在后续的热处理过程中会发生分解，进一步使碳化物细化、分布均匀。

传统的高速钢生产工艺中需要把炉外精炼的钢水浇铸成电渣重熔的自耗电极，利用电渣重熔技术进行二次精炼，以提高钢的纯净度，改善钢的低倍组织，细化铸锭的组织和碳化物。传统电渣重熔技术铸锭在凝固过程中由于凝固收缩，在铸锭表面与结晶器壁之间形成气隙，减小铸锭壁面的传热系数，限制了铸锭冷却速率的进一步提高。

加压电渣重熔技术是电渣冶金领域的一项新技术，在德国已经实现了工业化，其熔炼室内的最大压力高达4.2MPa。由于金属熔体在固相线附近具有良好的流动性，增大钢液中的静压力两相区发生明显变形，使铸锭紧贴结晶器壁面，减小甚至消除铸锭与结晶器之间的气隙，进而显著增大铸锭与结晶器之间的界面换热系数提高铸锭的冷却速率。传统电渣重熔过程中，铸锭与结晶器壁面之间的综合传热系数为300W/(m²·K)～500W/(m²·K)，当压力从常压增大到1.5MPa时，其界面综合换热系数增大到500W/(m²·K)～1200W/(m²·K)。采用加压电渣重熔技术冶炼高速钢，不仅保留了传统电渣重熔过程的优点，还可以进一步减少铸锭与结晶器壁之间的气隙；同时，在压下作用下，铸锭和底水箱接触压力增大，提高铸锭的冷却速率，细化凝固组织，提高碳化物的均匀度。

加压电渣重熔过程中冶炼工艺和熔炼压力的选择是采用加压电渣重熔技术冶炼高速钢的核心技术，直接关系到最终产品质量的优劣。因此，如何选择合理的工艺参数是采用加压电渣重熔技术冶炼出组织致密、碳化物尺寸细小、分布均匀的高速钢的关键问题。

发明内容

为了解决采用传统电渣重熔技术冶炼高速钢过程中铸锭与结晶器之间的气隙较大，限制了铸锭的冷却速率进一步提高的问题，本发明提供了一种采用加压电渣重熔技术冶炼高速钢的冶炼方法。该方法不仅可以保留传统电渣重熔的优点，还可以减小甚至消除铸锭与结晶器壁之间的气隙，增大铸锭与底水箱接触压力，进一步提高铸锭的冷却速率，细化凝固组织，改善碳化物的均匀度。

本发明的一种加压电渣重熔技术冶炼高品质高速钢的方法的步骤如下：

(1)渣料的准备

首先配制渣料，混匀后放入电阻炉内600℃～800℃下烘烤4～6小时，充分去除渣料中的水分，然后关闭电源，让渣料随炉降温；然后将与所冶炼钢种相同材质的底垫、渣料和引弧屑放到底水箱中央；

(2)熔化渣料

安装好上部的炉壳封闭炉体，然后向熔炼室内以10L/min～15L/min的速度通入氩气5min～10min，排除熔炼室内的空气，同时向结晶器内通入常压水，采用固渣启动的方法化渣，其化渣电压为35V～40V，化渣电流为2000A～3000A，化渣时间为15min～30min。

(3)加压电渣重熔

渣料熔清后，逐渐增大熔炼室内氩气的压强至2MPa～3MPa，并同步增大冷却水的压力，使结晶器两侧水和气体的压力基本保持一致。此后调整电压和电流，正式进入熔炼阶段。

(4)递减功率补缩

在电渣重熔后期，为了保证铸锭上部的凝固质量，需要进行递减功率的补缩操作，在保证炉口电压/重熔电流的比值不变的条件下，同时按比例降低电压和电流，达到递减功率的目的。

(5)泄压脱模

补缩结束后，抬升电极并关闭电源，打开泄压阀泄至常压，并同步降低冷却水的压力，等铸锭完全冷却后脱模。