[发明专利]一种标定电渣重熔生产高速钢过程的电渣锭局部冷却速度的方法

说明书

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种标定电渣重熔生产高速钢过程的电渣锭局部冷却速度的方法，具体为通过标定高速钢电渣锭的局部冷却速度，从而精准控制高速钢碳化物质量的方法。用于测量高速钢碳化物特征与其局部冷却速度的对应关系，对电渣重熔生产高速钢电渣锭的冷却速度与碳化物的定量关系进行研究，通过对不同冷却速度下碳化物特征的统计和计算，得出电渣锭冷却速度与碳化物特征的定量关系曲线和关系式；根据电渣锭的碳化物网距来有效的确定局部凝固时的冷却速度；因此，在高速钢的实际生产中直接可以通过调节电渣重熔工艺参数，改变局部凝固时的冷却速度，即可得到所需碳化物质量要求的电渣钢锭。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种标定电渣重熔生产高速钢过程的电渣锭局部冷却速度的方法，具体为通过标定高速钢电渣锭的局部冷却速度，从而精准控制高速钢碳化物质量的方法。

背景技术

电渣重熔法是制备高品质高速钢的主要方法，其优点包括非金属夹杂物少，金属纯净度高，钢锭心部结晶组织均匀，结构致密，钢锭表面质量良好等。

高速钢中的碳饱和度较高，共晶碳化物数量较多，碳化物组成了连续的网状将基体分割开来，使钢的塑性变得很差，而且高速钢中的初生碳化物开始分解的温度较高，而且很难完全分解，导致高速钢的各类钢材中易产生微裂纹。同时，由于高速钢的合金含量高，糊状区较宽，因此碳化物的偏析更加严重，造成较严重的碳化物不均匀度较高、碳化物颗粒尺寸较大等问题。高速钢中碳化物的分布均匀性、颗粒尺寸、类型、数量等会直接影响高速钢的质量和使用性能，碳化物的特征除了与热处理、热加工变形有关，更重要的是和铸态组织有关，尤其是铸态共晶碳化物的不均匀度和颗粒直径直接决定了后续的加工性能。电渣重熔过程中电渣锭的局部冷却速度对钢锭的碳化物质量起着决定性作用。局部冷却速度越大，形核过冷度越大，越有利于凝固形核，这可以使得高速钢在凝固过程中碳化物颗粒更加细小、分布更加均匀。

研究表明增大高速钢的冷却速度可以促进包晶反应L+δ→γ的进行，使δ铁素体迅速被奥氏体完全包裹，降低元素的扩散速度，抑制成分偏析，降低碳化物网距。由于固液两相区距离很难改变，所以增大局部凝固速度来降低高速钢的碳化物网距变的尤为重要。固液两相区距离局部凝固时间与两相区宽度、局部凝固速度、二次枝晶间距等的关系为：

LST＝X/V_r

logd＝k₁+k₂logLST

式中：LST为局部凝固时间，s；X为固液两相区距离，mm；Vr为局部凝固速度，mm/s，G为液相温度梯度，K/mm；Rc为局部冷却速度，K·s^-1；d为二次枝晶间距，mm；k1、k2为与材料属性有关的常数。

一般采用电渣锭的碳化物网距来表征碳化物质量，碳化物网距越小，则碳化物的不均匀度越小，电渣锭质量越好。然而，过低的冷却速度会使熔池的液态金属圆柱端高度降低甚至消失，使钢锭表面出现渣沟、结瘤等表面质量缺陷。因此，合理控制电渣重熔过程中电渣锭的局部冷却速度对生产高品质高速钢电渣锭具有决定性作用。然而，在整个电渣重熔生产过程中金属熔池上方始终被液态渣池覆盖，下方和四周处于结晶器内部；同时，渣池和金属熔池始终保持1300℃～1900℃的高温，使得电渣锭的冷却速度较难测定。另一方面，冶金工作者通过调整渣系、渣量、电流、电压等工艺参数实现对电渣锭的凝固结构的控制，但没有实现对工艺改善效果的定量表征，所以难以实现电渣锭的质量的准确控制。申请人通过多年的研究发现，准确的标定不同工艺条件下的电渣锭的局部冷却速度对于优化电渣重熔工艺制度和高速钢碳化物质量至关重要。然而申请人查阅大量的资料发现，目前国内外学者并没有有效的方法来标定生产过程中电渣锭的局部冷却速度，来指导高质量高速钢的生产；因此，准确标定电渣锭的局部冷却速度是精准控制高速钢碳化物质量需要亟待解决的问题。

发明内容