專利名稱：軋輥用高速鋼合金的鑄造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)方案涉及金屬鑄造工藝，具體地說是涉及軋輥用高速鋼合金的鑄造工藝。

背景技術(shù)：
開發(fā)新的軋輥材質(zhì)及其制造工藝以滿足我國軋鋼工業(yè)的需求，已成為當(dāng)前的一個(gè)重要課題。
高速鋼軋輥是用硬度高、耐磨性和紅硬性好的高碳高釩高速鋼作為軋輥的工作層材料，采用鍛鋼、鑄鋼或鑄鐵作為軋輥的芯部材料，以冶金方式復(fù)合起來而成的新型復(fù)合軋輥。這種新型復(fù)合軋輥同時(shí)用強(qiáng)度和韌性滿足軋鋼要求，具有良好的強(qiáng)韌性和耐磨性，目前不僅應(yīng)用于冷熱板、帶軋機(jī)，而且還應(yīng)用于棒、線材軋機(jī)、粗軋機(jī)、鋼管軋機(jī)。通過復(fù)合，可以充分發(fā)揮兩種材料的性能優(yōu)勢(shì)，能夠制得其綜合使用壽命比傳統(tǒng)用高鉻鑄鐵提高十倍以上的高速鋼軋輥，因而加強(qiáng)對(duì)高速鋼軋輥的研制與開發(fā)，對(duì)軋輥的生產(chǎn)有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
然而，軋輥用高速鋼合金的鑄造組織粗大，沿晶界分布著數(shù)量較多的大塊狀和網(wǎng)狀共晶碳化物，導(dǎo)致高速鋼軋輥強(qiáng)韌性低，使用中易斷裂和剝落。變質(zhì)處理是在鑄造條件下改善高速鋼合金中碳化物形態(tài)和分布的最有效的方法。變質(zhì)元素不但可以作為碳化物形成的異質(zhì)核心，增大形核率，而且通過細(xì)化晶粒還可以減少晶界偏析，從而改善高速鋼軋輥力學(xué)性能和使用性能。
變質(zhì)處理是指在金屬熔融鑄造過程中加入變質(zhì)劑。變質(zhì)劑包括孕育劑和細(xì)化劑。
CN101191179公開了一種高速鋼材料及其制造方法，該發(fā)明涉及一種機(jī)械加工材料，尤其是涉及一種對(duì)高速鋼輥環(huán)及其制造方法。該方法中采用加入變質(zhì)劑。所述變質(zhì)劑的成分組成為稀土粉25％、生石灰45％，鋁粉30％。由于粉狀變質(zhì)劑仍為普通晶粒度，其對(duì)高速鋼材料變質(zhì)孕育細(xì)化效果有限，另外其粉狀變質(zhì)劑中生石灰不可避免地會(huì)給高速鋼基體摻入一些有害雜質(zhì)。
CN1804095披露了一種鑄造耐磨高速鋼的制備方法，該方法中采用在鋼水出爐時(shí)，加入中間鐵合金孕育劑，其化學(xué)成分(的重量百分比)為Ti2.5～8.0％，N0.5～2.5％，Nb3.0～10.0％，Zn0.5～2.0％，Mn0.5～1.5％，Si0.5～1.5％，P＜0.04％，S＜0.04％，余量為Fe。該中間鐵合金孕育劑仍為普通鑄態(tài)晶粒度，對(duì)高速鋼材料變質(zhì)孕育細(xì)化效果有限，且其熔點(diǎn)較高，若實(shí)現(xiàn)在鋼水出爐時(shí)的隨流孕育細(xì)化，必須提高鋼水出爐溫度，才能保證這種孕育劑全部熔于鋼液，這就增加能耗并增加了鋼錠的氣孔含量。
目前用于軋輥用高速鋼合金鑄造的變質(zhì)劑大部分是塊狀的。采用現(xiàn)有的普通熔煉工藝熔煉，在用塊狀變質(zhì)劑細(xì)化的軋輥用高速鋼合金的鑄態(tài)組織中，晶粒仍然較為粗大，碳化物斷網(wǎng)現(xiàn)象不明顯，軋輥用高速鋼合金的力學(xué)性能得不到明顯的提高。由于所用變質(zhì)劑的晶粒尺寸遠(yuǎn)不是納米級(jí)，所以對(duì)軋輥用高速鋼合金的基體晶粒和組織的細(xì)化效果并不理想。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供軋輥用高速鋼合金的鑄造工藝，該工藝先采用快淬甩帶法分別制得薄片狀的納米晶稀土硅鐵孕育劑和薄片狀的納米晶硼鐵細(xì)化劑，再用由該納米晶稀土硅鐵孕育劑和納米晶硼鐵細(xì)化劑構(gòu)成的變質(zhì)劑對(duì)軋輥用高速鋼合金組織進(jìn)行晶粒和組織細(xì)化處理，以克服高速鋼合金鑄造的缺陷，顯著細(xì)化了其基體晶粒并使碳化物斷網(wǎng)，從而明顯地提高了所制得的高速鋼軋輥的綜合力學(xué)性能。
本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是軋輥用高速鋼合金的鑄造工藝，采用由用快淬甩帶法分別制得的薄片狀的納米晶稀土硅鐵孕育劑和薄片狀的納米晶硼鐵細(xì)化劑構(gòu)成的變質(zhì)劑對(duì)軋輥用高速鋼合金組織進(jìn)行晶粒和組織細(xì)化處理，具體步驟是 第一步，變質(zhì)劑的制備 采用快淬甩帶法分別制備薄片狀的納米晶稀土硅鐵孕育劑和薄片狀的納米晶硼鐵細(xì)化劑 稱取所需量的Fe-Ce-Si-Ca中間合金，其組成成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是30.7％Fe+30％Ce+37.5％Si+1.8％Ca，放入真空快淬爐的水冷銅坩堝內(nèi)，調(diào)節(jié)電極位置，使之與水冷銅坩堝內(nèi)的合金料之間的距離為0.5～1.5mm，關(guān)閉爐門、進(jìn)出料口和放氣閥，抽真空至真空度高于5×10-3Pa后，用氬氣洗爐，隨后充入氬氣至真空度為0.04～0.05PA，起弧后調(diào)節(jié)弧電流逐步上升至500～600A，將坩堝內(nèi)的合金熔化，待該合金全部熔化成液態(tài)時(shí)，傾斜坩堝，使得該合金液通過流道引至高速旋轉(zhuǎn)的水冷鉬輪上，鉬輪表面溫度為10～15℃，鉬輪邊緣線速度為30～40m/s，該熔融液態(tài)合金與鉬輪接觸后，迅速凝固，并形成薄帶狀由鉬輪切線方向飛出，經(jīng)擋板阻擋后落入爐體下部的收藏室，由此快淬得到平均厚度為0.1～0.3mm、平均寬度為0.2～0.5mm和平均長(zhǎng)度為1～1.5mm的薄片狀納米晶稀土硅鐵孕育細(xì)化劑； 稱取所需量的Fe-B中間合金，其組成成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是78.61％Fe+20.76％B+0.35％Si+0.108％Al+0.018％P+0.15％C+0.004％S，放入真空快淬爐的水冷銅坩堝內(nèi)，調(diào)節(jié)電極位置，使之與坩堝內(nèi)的合金料之間的距離為0.5～1.5mm，關(guān)閉爐門、進(jìn)出料口和放氣閥，抽真空至真空度高于5×10-3Pa后，用氬氣洗爐，隨后充入氬氣至真空度為0.04～0.05PA，起弧后調(diào)節(jié)弧電流逐步上升至500～600A，將坩堝內(nèi)的合金熔化，待該合金全部熔化成液態(tài)時(shí)，傾斜坩堝，使得該合金液通過流道引至高速旋轉(zhuǎn)的水冷鉬輪上，鉬輪表面溫度為10～15℃，鉬輪邊緣線速度為30～40m/s，該熔融液態(tài)合金與鉬輪接觸后，迅速凝固，并形成薄帶狀由鉬輪切線方向飛出，經(jīng)擋板阻擋后落入爐體下部的收藏室，由此快淬得到平均厚度為0.3～0.7mm、平均寬度為1～2.5mm和平均長(zhǎng)度為2～3mm的薄片狀納米晶硼鐵細(xì)化劑； 將上述快淬甩帶法制得的薄片狀納米晶稀土硅鐵孕育細(xì)化劑和薄片狀納米晶硼鐵細(xì)化劑密封保存，一起構(gòu)成用于以下軋輥用高速鋼合金的鑄造工藝中的變質(zhì)劑； 第二步，配料 (1)軋輥用高速鋼合金配料 按下面所列組成成分的重量百分?jǐn)?shù)配制軋輥用高速鋼合金配料 C＝2.0％、Cr＝4.0％、W＝2.15％、Mo＝4.0％、V＝6.65％、Ni＝1.0％、S≤0.03、P≤0.03和其余為Fe； (2)變質(zhì)劑配料 分別稱取由第一步制得的密封保存的平均厚度為0.1～0.3mm、平均寬度為0.2～0.5mm和平均長(zhǎng)度為1～1.5mm的薄片狀納米晶稀土硅鐵孕育細(xì)化劑和平均厚度為0.3～0.7mm、平均寬度為1～2.5mm和平均長(zhǎng)度為2～3mm的薄片狀納米晶硼鐵細(xì)化劑，操作過程中確保所有材料干燥，兩者一起構(gòu)成用于軋輥用高速鋼合金鑄造的變質(zhì)劑配料， (3)按重量百分比為，軋輥用高速鋼合金配料∶薄片狀納米晶稀土硅鐵孕育劑∶薄片狀納米晶硼鐵細(xì)化劑＝100∶1.5∶1.5，根據(jù)實(shí)際需要分別稱取上述的軋輥用高速鋼合金配料和變質(zhì)劑配料； 第三步，軋輥用高速鋼合金的熔煉和脫氧 將第二步稱取的軋輥用高速鋼合金配料放入10Kg真空感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔煉，先抽真空至爐內(nèi)真空度為6.67×10-3Pa，再開始加熱，當(dāng)真空感應(yīng)電爐中的軋輥用高速鋼合金配料加熱到1480～1550℃并全部熔化后，加入該軋輥用高速鋼合金配料重量百分?jǐn)?shù)0.6～1.5％的鋁餅進(jìn)行脫氧； 第四步，用變質(zhì)劑對(duì)軋輥用高速鋼合金材料組織進(jìn)行晶粒和組織孕育細(xì)化處理 保溫在第三步熔化溫度的條件下，向第三步真空感應(yīng)電爐中熔煉和脫氧后的熔化軋輥用高速鋼合金熔體中加入第二步稱取的密封保存的變質(zhì)劑配料，磁力攪拌后靜置5秒，對(duì)軋輥用高速鋼合金材料組織進(jìn)行晶粒和組織孕育細(xì)化處理，制得孕育細(xì)化后的軋輥用高速鋼合金熔體； 第五步，軋輥用高速鋼合金熔體的澆鑄 澆鑄前將金屬軋輥模具在溫度為400℃加熱爐內(nèi)烘烤0.5～1.0小時(shí)，將由第四步制得的孕育細(xì)化后的真空感應(yīng)電爐中的軋輥用高速鋼合金熔體，在1480℃～1510℃溫度下出爐，并澆鑄到上述烘烤后的金屬軋輥模具中，待鑄型冷卻下來，打開該模具取出高速鋼軋輥試樣； 第六步，高速鋼軋輥試樣的熱處理 (1)退火 將第五步制得的高速鋼軋輥試樣放入高溫電阻加熱退火爐中加熱至850℃，保溫3小時(shí)，然后在半小時(shí)內(nèi)冷卻到600℃以下，再后隨爐冷卻至室溫，完成均勻化退火； (2)淬火 將上述完成均勻化退火的高速鋼軋輥試樣進(jìn)行淬火，分別采用950℃、1050℃、1150℃進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定最佳淬火溫度，淬火時(shí)間試驗(yàn)設(shè)計(jì)為30分鐘，然后進(jìn)行油淬，完成高速鋼軋輥試樣的淬火，淬火介質(zhì)為20號(hào)機(jī)油； (3)回火 將上述完成淬火的高速鋼軋輥試樣進(jìn)行兩次回火，兩次回火的工藝相同，步驟是，將完成淬火的高速鋼軋輥試樣加熱至設(shè)定的530℃～580℃溫度，保溫45分鐘后降低30℃，再保溫10分鐘，然后再升至設(shè)定530℃～580℃溫度保溫45分鐘，最后空冷至室溫，制得高速鋼軋輥產(chǎn)品。
上述軋輥用高速鋼合金的鑄造工藝中，所說的金屬模具是高速鋼合金的澆鑄模具。
上述軋輥用高速鋼合金的鑄造工藝中，所說的制得的高速鋼軋輥產(chǎn)品是熱軋高速鋼軋輥及其力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)試樣。
上述軋輥用高速鋼合金的鑄造工藝中，所述Fe-Ce-Si-Ca中間合金和Fe-B中間合金原料由供應(yīng)商提供，是公知的；所涉及到的設(shè)備和工藝操作方法均為本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。
本發(fā)明的有益效果是在軋輥用高速鋼合金的鑄造工藝中，加入了用于軋輥用高速鋼合金的鑄造的變質(zhì)劑，即用于軋輥用高速鋼合金組織變質(zhì)細(xì)化的納米晶稀土硅鐵孕育劑和納米晶硼鐵細(xì)化劑，該變質(zhì)劑對(duì)高速鋼熔體起到變質(zhì)和細(xì)化共同作用，其中的變質(zhì)元素不但可以成為碳化物形成的異質(zhì)核心，使高速鋼熔體中異質(zhì)形核心顯著增加，而且基體晶粒顯著細(xì)化，通過細(xì)化晶粒還顯著減少晶界偏析，從而改善鑄造缺陷。由本發(fā)明軋輥用高速鋼合金的鑄造工藝制得的高速鋼軋輥的強(qiáng)度、韌性、耐磨性和和紅硬性都得到提高。更為詳細(xì)理論闡述和事實(shí)對(duì)比數(shù)據(jù)見以下實(shí)施例中的表1、表2和圖4～7的說明。



圖1是實(shí)施例1～3所制得的納米晶稀土硅鐵孕育細(xì)化劑顯微組織的掃描電鏡照片。
圖2是實(shí)施例1～3所制得的納米晶硼鐵細(xì)化劑掃描電鏡顯微組織形貌。
圖3是實(shí)施例1～3所制得變質(zhì)劑的XRD圖譜。其中，(a)是納米晶稀土硅鐵孕育細(xì)化劑的XRD圖譜，(b)是納米晶硼鐵孕育劑的XRD圖譜。
圖4是實(shí)施例1中未加變質(zhì)劑和用本發(fā)明變質(zhì)劑細(xì)化后在同種澆鑄條件下形成的軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)的金相組織對(duì)照?qǐng)D。
圖5是實(shí)施例1中未加變質(zhì)劑和用本發(fā)明變質(zhì)劑細(xì)化后在同種澆鑄條件下軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)再經(jīng)950℃淬火+550℃回火的熱處理后的金相組織對(duì)照?qǐng)D。
圖6是實(shí)施例1中未加變質(zhì)劑和用本發(fā)明變質(zhì)劑細(xì)化后在同種澆鑄條件下軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)再經(jīng)1050℃淬火+550℃回火的熱處理后的金相組織對(duì)照?qǐng)D。
圖7是實(shí)施例1中未加變質(zhì)劑和用本發(fā)明變質(zhì)劑細(xì)化后在同種澆鑄條件下軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)再經(jīng)1150℃淬火+550℃回火熱處理后的金相組織對(duì)照?qǐng)D。

具體實(shí)施例方式 下例實(shí)施例中，F(xiàn)e-Ce-Si-Ca中間合金是商購包鋼三峰稀土有限公司生產(chǎn)的，其組成成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是30.7％Fe+30％Ce+37.5％Si+1.8％Ca，F(xiàn)e-B中間合金是商購東港市宏偉硼合金有限公司生產(chǎn)的，其組成成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是78.61％Fe+20.76％B+0.35％Si+0.108％Al+0.018％P+0.15％C+0.004％S。
實(shí)施例1 第一步，變質(zhì)劑的制備 采用快淬甩帶法分別制備薄片狀的納米晶稀土硅鐵孕育劑和薄片狀的納米晶硼鐵細(xì)化劑 稱取50g商購包鋼三峰稀土有限公司生產(chǎn)的Fe-Ce-Si-Ca中間合金，放入真空快淬爐的水冷銅坩堝內(nèi)，調(diào)節(jié)電極位置，使之與坩堝內(nèi)Fe-Ce-Si-Ca中間合金料之間的距離為1mm，關(guān)閉爐門、進(jìn)出料口和放氣閥，抽真空至真空度高于5×10-3Pa后，用氬氣洗爐，隨后充入氬氣至真空度為0.045Pa，起弧后調(diào)節(jié)弧電流逐步上升至550A，將坩堝內(nèi)的合金熔化，待該合金全部熔化成液態(tài)時(shí)，傾斜坩堝，使得該合金液通過流道引至高速旋轉(zhuǎn)的水冷鉬輪上，鉬輪表面溫度為12.5℃，鉬輪邊緣線速度為35m/s，該熔融液態(tài)合金與鉬輪接觸后，迅速凝固，并形成薄帶狀由鉬輪切線方向飛出，經(jīng)擋板阻擋后落入爐體下部的收藏室，由此快淬得到平均厚度為0.2mm，平均寬度為0.35mm，平均長(zhǎng)度為1.25mm的薄片狀用于軋輥用高速鋼合金組織變質(zhì)細(xì)化的納米晶稀土硅鐵孕育細(xì)化劑I； 稱取50g商購東港市宏偉硼合金有限公司生產(chǎn)的Fe-B中間合金，工藝操作步驟同上，由此快淬得到平均厚度為0.5mm，平均寬度為1.75mm，平均長(zhǎng)度為2.5mm的薄片狀用于軋輥用高速鋼合金組織變質(zhì)細(xì)化的納米晶硼鐵細(xì)化劑I； 將上述快淬甩帶法制得的薄片狀納米晶稀土硅鐵孕育細(xì)化劑I和薄片狀納米晶硼鐵細(xì)化劑I密封保存，一起構(gòu)成用于以下軋輥用高速鋼合金的鑄造工藝的變質(zhì)劑I； 第二步，配料 (1)軋輥用高速鋼合金配料I 按下面所列組成成分的重量百分?jǐn)?shù)配制軋輥用高速鋼合金配料 C＝2.0％、Cr＝4.0％、W＝2.15％、Mo＝4.0％、V＝6.65％、Ni＝1.0％、S≤0.03、P≤0.03和其余為Fe。
(2)變質(zhì)劑配料 分別稱取由第一步制得的密封保存的薄片狀用于軋輥用高速鋼合金組織變質(zhì)細(xì)化的納米晶稀土硅鐵孕育細(xì)化劑I和的薄片狀用于軋輥用高速鋼合金組織變質(zhì)細(xì)化的納米晶硼鐵細(xì)化劑I，操作過程中確保所有材料干燥，兩者一起構(gòu)成用于軋輥用高速鋼合金鑄造的變質(zhì)劑配料I。
(3)按重量百分比為，軋輥用高速鋼合金配料I∶薄片狀納米晶稀土硅鐵孕育劑I∶薄片狀納米晶硼鐵細(xì)化劑I＝100∶1.5∶1.5，根據(jù)實(shí)際需要分別稱取上述的軋輥用高速鋼合金配料I和變質(zhì)劑配料I； 第三步，軋輥用高速鋼合金的熔煉和脫氧 將第二步稱取的軋輥用高速鋼合金配料I放入10Kg真空感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔煉，先抽真空至爐內(nèi)真空度為6.67×10-3Pa，開始加熱，當(dāng)真空感應(yīng)電爐中的軋輥用高速鋼合金配料I加熱到1480℃并全部熔化后，加入該軋輥用高速鋼合金配料I重量百分?jǐn)?shù)0.6％的鋁餅進(jìn)行脫氧； 第四步，用變質(zhì)劑對(duì)軋輥用高速鋼合金材料組織進(jìn)行晶粒和組織孕育細(xì)化處理 保溫在第三步熔化溫度的條件下，向第三步真空感應(yīng)電爐中熔煉和脫氧后的熔化軋輥用高速鋼合金熔體中加入第二步稱取的密封保存的變質(zhì)劑配料I，磁力攪拌后靜置5秒，對(duì)軋輥用高速鋼合金材料組織進(jìn)行晶粒和組織孕育細(xì)化處理，制得孕育細(xì)化后的軋輥用高速鋼合金熔體； 第五步，軋輥用高速鋼合金熔體的澆鑄 澆鑄前將金屬軋輥模具在溫度為400℃加熱爐內(nèi)烘烤模具0.5小時(shí)，將由第四步制得的孕育細(xì)化后的真空感應(yīng)電爐中的軋輥用高速鋼合金熔體，在1480℃溫度下出爐，并澆鑄到金屬軋輥模具中，待鑄型冷卻下來，打開該模具取出高速鋼軋輥試樣； 第六步，高速鋼軋輥試樣的熱處理 (1)退火 將第五步制得的高速鋼軋輥試樣放入高溫電阻加熱退火爐中加熱至850℃，保溫3小時(shí)，然后在半小時(shí)內(nèi)冷卻到600℃以下，再后隨爐冷卻至室溫，完成均勻化退火； (2)淬火 將上述完成均勻化退火的高速鋼軋輥試樣進(jìn)行淬火，分別采用950℃、1050℃、1150℃進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定最佳淬火溫度，淬火時(shí)間試驗(yàn)設(shè)計(jì)為30分鐘，然后進(jìn)行油淬，完成高速鋼軋輥試樣的淬火，淬火介質(zhì)為20號(hào)機(jī)油； (3)回火 將上述完成淬火的高速鋼軋輥試樣進(jìn)行兩次回火，兩次回火的工藝相同，步驟是，將上述完成淬火的高速鋼軋輥試樣加熱至設(shè)定的530℃溫度，保溫45分鐘后降低30℃，再保溫10分鐘，然后再升至設(shè)定530℃溫度保溫45分鐘，最后空冷至室溫，制得高速鋼軋輥產(chǎn)品I-B。
實(shí)施例1的對(duì)比實(shí)施例 第一步，配料 根據(jù)實(shí)際需要稱取同實(shí)施例1的軋輥用高速鋼合金配料I，用量同實(shí)施例1； 第二步，軋輥用高速鋼合金的熔煉和脫氧 將第一步稱取的軋輥用高速鋼合金配料I放入10Kg真空感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔煉，其他同實(shí)施例1的第三步； 第三步，軋輥用高速鋼合金熔體的澆鑄 澆鑄前將金屬軋輥模具在溫度為400℃加熱爐內(nèi)烘烤模具0.5小時(shí)，將由第二步熔煉和脫氧的軋輥用高速鋼合金熔體，在1480℃溫度下出爐，并澆鑄到金屬軋輥模具中，待鑄型冷卻下來，打開該模具取出高速鋼軋輥試樣； 第四步，高速鋼軋輥試樣的熱處理 除將第三步制得的高速鋼軋輥試樣放入高溫電阻加熱退火爐中之外，其他工藝操作均同實(shí)施例1第六步，制得高速鋼軋輥產(chǎn)品I-A。
表1和表2列出了本實(shí)施例未加變質(zhì)劑和用本發(fā)明變質(zhì)劑細(xì)化分別制得的高速鋼軋輥產(chǎn)品I-A和I-B的基本力學(xué)性能測(cè)試平均值結(jié)果。
表1 未加變質(zhì)劑和用本發(fā)明變質(zhì)劑細(xì)化分別制得的 高速鋼軋輥產(chǎn)品I-A和I-B的硬度比較
表2 未加變質(zhì)劑和用本發(fā)明變質(zhì)劑細(xì)化分別制得的 高速鋼軋輥產(chǎn)品I-A和I-B的拉伸強(qiáng)度比較
比較表1和表2數(shù)據(jù)可知，和未加入變質(zhì)劑制得的高速鋼軋輥產(chǎn)品I-A相比，經(jīng)用本發(fā)明的變質(zhì)劑孕育細(xì)化后制得的高速鋼軋輥產(chǎn)品I-B的硬度和拉伸強(qiáng)度均有明顯提高，軋輥用高速鋼合金的韌性和彈性模量也略有提高。這證明經(jīng)用本發(fā)明的變質(zhì)劑孕育細(xì)化后制得的高速鋼軋輥產(chǎn)品I-B的綜合力學(xué)性能明顯優(yōu)于未加入變質(zhì)劑制得的高速鋼軋輥產(chǎn)品I-A。
眾所周知，材料性能的高低取決于其微觀組織的優(yōu)劣。為了更好的表示出本發(fā)明變質(zhì)劑的作用，我們通過金相觀察和對(duì)比分析加入本發(fā)明變質(zhì)劑對(duì)組成成分為前面第二步的(1)軋輥用高速鋼合金配料I所列的軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)和熱處理態(tài)的顯微組織的影響，其結(jié)果如圖4至圖7所示。
圖4是本實(shí)施例中未加變質(zhì)劑和用本發(fā)明變質(zhì)劑細(xì)化后在同種澆鑄條件下形成的軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)的金相組織對(duì)照?qǐng)D。其中圖4(a)是未加變質(zhì)劑在同種澆鑄條件下形成的軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)的金相組織圖；4(b)是用本發(fā)明變質(zhì)劑細(xì)化后在同種澆鑄條件下形成的軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)的金相組織圖。兩種軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)試樣的金相組織比較如下(其中，4A-1#為未加變質(zhì)劑在同種澆鑄條件下形成的軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)試樣，4B-1#為用本發(fā)明變質(zhì)劑細(xì)化后在同種澆鑄條件下形成的軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)試樣) 4(a) 4(b) 材料名稱4A-1# 材料名稱4B-1# 工藝未加變質(zhì)劑細(xì)化的鑄造工藝經(jīng)變質(zhì)劑細(xì)化的鑄造 組織馬氏體+共晶碳化物 組織馬氏體+共晶碳化物 放大倍數(shù)200X放大倍數(shù)200X 侵蝕劑4％硝酸酒精 侵蝕劑4％硝酸酒精 圖5是本實(shí)施例中未加變質(zhì)劑和用本發(fā)明變質(zhì)劑細(xì)化后在同種澆鑄條件下軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)再經(jīng)950℃淬火+550℃回火的熱處理后的金相組織對(duì)照?qǐng)D。其中圖5(a)是未加變質(zhì)劑在同種澆鑄條件下形成的軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)再經(jīng)950℃淬火+550℃回火的熱處理后的金相組織圖；5(b)是用本發(fā)明變質(zhì)劑細(xì)化后在同種澆鑄條件下形成的軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)再經(jīng)950℃淬火+550℃回火的熱處理后的金相組織圖。兩種軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)經(jīng)950℃淬火+550℃回火的熱處理后的試樣的金相組織比較如下(其中，4A-2#-1為未加變質(zhì)劑在同種澆鑄條件下形成的軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)經(jīng)950℃淬火+550℃回火的熱處理后的試樣，4B-2#-1為用本發(fā)明變質(zhì)劑細(xì)化后在同種澆鑄條件下形成的軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)經(jīng)950℃淬火+550℃回火的熱處理后的試樣) 5(a) 5(b) 材料名稱4A-2#-1 材料名稱4B-2#-1 工藝未加變質(zhì)劑細(xì)化的鑄造工藝經(jīng)變質(zhì)劑細(xì)化的鑄造 組織M回+A’+C共+C二次 組織M回+A’+C共+C二次 放大倍數(shù)200X放大倍數(shù)200X 侵蝕劑4％硝酸酒精 侵蝕劑4％硝酸酒精 圖6是本實(shí)施例中未加變質(zhì)劑和用本發(fā)明變質(zhì)劑細(xì)化后在同種澆鑄條件下軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)再經(jīng)1050℃淬火+550℃回火的熱處理后的金相組織對(duì)照?qǐng)D。其中圖6(a)是未加變質(zhì)劑在同種澆鑄條件下形成的軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)再經(jīng)1050℃淬火+550℃回火的熱處理后的金相組織圖；6(b)是用本發(fā)明變質(zhì)劑細(xì)化后在同種澆鑄條件下形成的軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)再經(jīng)1050℃淬火+550℃回火的熱處理后的金相組織圖。兩種軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)經(jīng)1050℃淬火+550℃回火的熱處理后的試樣的金相組織比較如下(其中，4A-2#-2為未加變質(zhì)劑在同種澆鑄條件下形成的軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)經(jīng)1050℃淬火+550℃回火的熱處理后的試樣，4B-2#-2為用本發(fā)明變質(zhì)劑細(xì)化后在同種澆鑄條件下形成的軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)經(jīng)1050℃淬火+550℃回火的熱處理后的試樣) 6(a) 6(b) 材料名稱4A-2#-2 材料名稱4B-2#-2 工藝未加變質(zhì)劑細(xì)化的鑄造工藝經(jīng)變質(zhì)劑細(xì)化的鑄造 組織M回+A’+C共+C二次 組織M回+A’+C共+C二次 放大倍數(shù)200X放大倍數(shù)200X 侵蝕劑4％硝酸酒精 侵蝕劑4％硝酸酒精 圖7是本實(shí)施例中未加變質(zhì)劑和用本發(fā)明變質(zhì)劑細(xì)化后在同種澆鑄條件下軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)再經(jīng)1150℃淬火+550℃回火的熱處理后的金相組織對(duì)照?qǐng)D。其中圖7(a)是未加變質(zhì)劑在同種澆鑄條件下形成的軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)再經(jīng)1150℃淬火+550℃回火的熱處理后的金相組織圖；7(b)是用本發(fā)明變質(zhì)劑細(xì)化后在同種澆鑄條件下形成的軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)再經(jīng)1150℃淬火+550℃回火的熱處理后的金相組織圖。兩種軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)經(jīng)1150℃淬火+550℃回火的熱處理后的試樣的金相組織比較如下(其中，4A-2#-3為未加變質(zhì)劑在同種澆鑄條件下形成的軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)經(jīng)1150℃淬火+550℃回火的熱處理后的試樣，4B-2#-3為用本發(fā)明變質(zhì)劑細(xì)化后在同種澆鑄條件下形成的軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)經(jīng)1150℃淬火+550℃回火的熱處理后的試樣) 7(a) 7(b) 材料名稱4A-2#-3 材料名稱4B-2#-3 工藝未加變質(zhì)劑細(xì)化的鑄造工藝經(jīng)變質(zhì)劑細(xì)化的鑄造 組織M回+A’+C共+C二次 組織M回+A’+C共+C二次 放大倍數(shù)200X放大倍數(shù)200X 侵蝕劑4％硝酸酒精 侵蝕劑4％硝酸酒精 從圖4至圖7的金相組織觀察可以看出 未加變質(zhì)劑和用本發(fā)明變質(zhì)劑細(xì)化分別制得的兩種高速鋼合金鑄態(tài)組織均為馬氏體+碳化物。
未加變質(zhì)劑和用本發(fā)明變質(zhì)劑細(xì)化分別制得的兩種高速鋼合金經(jīng)淬火+回火的熱處理態(tài)的組織均為M回+A’+C共+C二次，其中M回為回火馬氏體，A’為殘余奧氏體，C共為共晶碳化物，C二次為二次碳化物。
對(duì)照鑄態(tài)組織(見圖4)，可見本發(fā)明變質(zhì)劑對(duì)馬氏體+共晶碳化物的細(xì)化效果都很明顯；對(duì)照澆鑄后熱處理態(tài)組織(見圖5、圖6和圖7)，可見本發(fā)明變質(zhì)劑對(duì)M回+A’+C共+C二次的細(xì)化效果都很明顯。因此可以得出本發(fā)明變質(zhì)劑在孕育細(xì)化軋輥用高速鋼合金鑄態(tài)和熱處理態(tài)的顯微組織方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的結(jié)論。
實(shí)施例2 第一步，變質(zhì)劑的制備 采用快淬甩帶法分別制備薄片狀的納米晶稀土硅鐵孕育劑和薄片狀的納米晶硼鐵細(xì)化劑 稱取50g商購包鋼三峰稀土有限公司生產(chǎn)的Fe-Ce-Si-Ca中間合金，放入真空快淬爐的水冷銅坩堝內(nèi)，調(diào)節(jié)電極位置，使之與坩堝內(nèi)Fe-Ce-Si-Ca中間合金料之間的距離為0.5mm，關(guān)閉爐門、進(jìn)出料口和放氣閥，抽真空至真空度高于5×10-3Pa后，用氬氣洗爐，隨后充入氬氣至真空度為0.04Pa，起弧后調(diào)節(jié)弧電流逐步上升至500A，將坩堝內(nèi)的合金熔化，待該合金全部熔化成液態(tài)時(shí)，傾斜坩堝，使得該合金液通過流道引至高速旋轉(zhuǎn)的水冷鉬輪上，鉬輪表面溫度為10℃，鉬輪邊緣線速度為30m/s，該熔融液態(tài)合金與鉬輪接觸后，迅速凝固，并形成薄帶狀由鉬輪切線方向飛出，經(jīng)擋板阻擋后落入爐體下部的收藏室，由此快淬得到平均厚度為0.3mm，平均寬度為0.5mm，平均長(zhǎng)度為1.5mm的薄片狀用于軋輥用高速鋼合金組織變質(zhì)細(xì)化的納米晶稀土硅鐵孕育細(xì)化劑II； 稱取50g商購東港市宏偉硼合金有限公司生產(chǎn)的Fe-B中間合金，工藝操作步驟同上，快淬得到平均厚度為0.7mm，平均寬度為2.5mm，平均長(zhǎng)度為3mm的薄片狀用于軋輥用高速鋼合金組織變質(zhì)細(xì)化的納米晶硼鐵細(xì)化劑II； 將上述快淬甩帶法制得的薄片狀納米晶稀土硅鐵孕育細(xì)化劑和薄片狀納米晶硼鐵細(xì)化劑一起密封保存，構(gòu)成用于軋輥用高速鋼合金鑄造的變質(zhì)劑II； 第二步，配料 (1)軋輥用高速鋼合金配料II 同實(shí)施例1； (2)分別稱取由第一步制得的密封保存的薄片狀用于軋輥用高速鋼合金組織變質(zhì)細(xì)化的納米晶稀土硅鐵孕育細(xì)化劑II和的薄片狀用于軋輥用高速鋼合金組織變質(zhì)細(xì)化的納米晶硼鐵細(xì)化劑II，操作過程中確保所有材料干燥，兩者一起構(gòu)成變質(zhì)劑配料II。
(3)按重量百分比為軋輥用高速鋼合金配料II∶薄片狀納米晶稀土硅鐵孕育劑II∶薄片狀納米晶硼鐵細(xì)化劑II＝100∶1.5∶1.5，根據(jù)實(shí)際需要分別稱取上述的軋輥用高速鋼合金配料II和變質(zhì)劑配料II； 第三步，軋輥用高速鋼合金的熔煉和脫氧 將第二步稱取的軋輥用高速鋼合金配料II放入10Kg真空感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔煉，先抽真空至爐內(nèi)真空度為6.67×10-3Pa，開始加熱，當(dāng)真空感應(yīng)電爐中的軋輥用高速鋼合金配料II加熱到1500℃并全部熔化后，加入該軋輥用高速鋼合金配料II重量百分?jǐn)?shù)1.0％的鋁餅進(jìn)行脫氧； 第四步，用變質(zhì)劑對(duì)軋輥用高速鋼合金材料組織進(jìn)行晶粒和組織孕育細(xì)化處理 保溫在第三步熔化溫度的條件下，向第三步真空感應(yīng)電爐中熔煉和脫氧后的熔化軋輥用高速鋼合金熔體中加入第二步稱取的密封保存的變質(zhì)劑配料II，磁力攪拌后靜置5秒，對(duì)軋輥用高速鋼合金材料組織進(jìn)行晶粒和組織孕育細(xì)化處理，制得孕育細(xì)化后的軋輥用高速鋼合金熔體； 第五步，軋輥用高速鋼合金熔體的澆鑄 澆鑄前將金屬軋輥模具在溫度為400℃加熱爐內(nèi)烘烤模具0.8小時(shí)，將由第四步制得的孕育細(xì)化后的真空感應(yīng)電爐中的軋輥用高速鋼合金熔體，在1490℃溫度下出爐，并澆鑄到金屬軋輥模具中，待鑄型冷卻下來，打開該模具取出高速鋼軋輥試樣； 第六步，高速鋼軋輥試樣的熱處理 (1)退火 同實(shí)施例1； (2)淬火 同實(shí)施例1； (3)回火 將上述完成淬火的高速鋼軋輥試樣進(jìn)行兩次回火，兩次回火的工藝相同，步驟是，將完成淬火的高速鋼軋輥試樣加熱至設(shè)定的550℃溫度，保溫45分鐘后降低30℃，再保溫10分鐘，然后再升至設(shè)定550℃溫度保溫45分鐘，最后空冷至室溫，制得高速鋼軋輥產(chǎn)品II。
實(shí)施例3 第一步，變質(zhì)劑的制備 采用快淬甩帶法分別制備薄片狀的納米晶稀土硅鐵孕育劑和薄片狀的納米晶硼鐵細(xì)化劑 稱取50g商購包鋼三峰稀土有限公司生產(chǎn)的Fe-Ce-Si-Ca中間合金，放入真空快淬爐的水冷銅坩堝內(nèi)，調(diào)節(jié)電極位置，使之與坩堝內(nèi)Fe-Ce-Si-Ca中間合金料之間的距離為1.5mm，關(guān)閉爐門、進(jìn)出料口和放氣閥，抽真空至真空度高于5×10-3Pa后，用氬氣洗爐，隨后充入氬氣至真空度為0.05Pa，起弧后調(diào)節(jié)弧電流逐步上升至600A，將坩堝內(nèi)的合金熔化，待該合金全部熔化成液態(tài)時(shí)，傾斜坩堝，使得該合金液通過流道引至高速旋轉(zhuǎn)的水冷鉬輪上，鉬輪表面溫度為15℃，鉬輪邊緣線速度為40m/s，該熔融液態(tài)合金與鉬輪接觸后，迅速凝固，并形成薄帶狀由鉬輪切線方向飛出，經(jīng)擋板阻擋后落入爐體下部的收藏室，由此快淬得到平均厚度為0.1mm，平均寬度為0.2mm，平均長(zhǎng)度為1mm的薄片狀用于軋輥用高速鋼合金組織變質(zhì)細(xì)化的納米晶稀土硅鐵孕育細(xì)化劑III； 稱取50g商購東港市宏偉硼合金有限公司生產(chǎn)的Fe-B中間合金，工藝操作步驟同上，快淬得到平均厚度為0.3mm，平均寬度為1mm，平均長(zhǎng)度為2mm的薄片狀用于軋輥用高速鋼合金組織變質(zhì)細(xì)化的納米晶硼鐵細(xì)化劑III； 將上述快淬甩帶法制得的薄片狀納米晶稀土硅鐵孕育細(xì)化劑和薄片狀納米晶硼鐵細(xì)化劑一起密封保存，構(gòu)成用于軋輥用高速鋼合金的鑄造的變質(zhì)劑III； 第二步，配料 (1)軋輥用高速鋼合金配料III 同實(shí)施例1； (2)分別稱取由第一步制得的密封保存的薄片狀用于軋輥用高速鋼合金組織變質(zhì)細(xì)化的納米晶稀土硅鐵孕育細(xì)化劑III和的薄片狀用于軋輥用高速鋼合金組織變質(zhì)細(xì)化的納米晶硼鐵細(xì)化劑III，操作過程中確保所有材料干燥，兩者一起構(gòu)成變質(zhì)劑配料III。
(3)按重量百分比為軋輥用高速鋼合金配料III∶薄片狀納米晶稀土硅鐵孕育劑III∶薄片狀納米晶硼鐵細(xì)化劑III＝100∶1.5∶1.5，根據(jù)實(shí)際需要分別稱取上述的軋輥用高速鋼合金配料III和變質(zhì)劑配料III； 第三步，軋輥用高速鋼合金的熔煉和脫氧 將第二步稱取的軋輥用高速鋼合金配料III放入10Kg真空感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔煉，先抽真空至爐內(nèi)真空度為6.67×10-3Pa，開始加熱，當(dāng)真空感應(yīng)電爐中的軋輥用高速鋼合金配料III加熱到1550℃并全部熔化后，加入該軋輥用高速鋼合金配料III重量百分?jǐn)?shù)1.5％的鋁餅進(jìn)行脫氧； 第四步，用變質(zhì)劑對(duì)軋輥用高速鋼合金材料組織進(jìn)行晶粒和組織孕育細(xì)化處理 保溫在第三步熔化溫度的條件下，向第三步真空感應(yīng)電爐中熔煉和脫氧后的熔化軋輥用高速鋼合金熔體中加入第二步稱取的密封保存的變質(zhì)劑配料III，磁力攪拌后靜置5秒，對(duì)軋輥用高速鋼合金材料組織進(jìn)行晶粒和組織孕育細(xì)化處理，制得孕育細(xì)化后的軋輥用高速鋼合金熔體； 第五步，軋輥用高速鋼合金熔體的澆鑄 澆鑄前將金屬軋輥模具在溫度為400℃加熱爐內(nèi)烘烤模具1.0小時(shí)，將由第四步制得的孕育細(xì)化后的真空感應(yīng)電爐中的軋輥用高速鋼合金熔體，在1510℃溫度下出爐，并澆鑄到金屬軋輥模具中，待鑄型冷卻下來，打開該模具取出高速鋼軋輥試樣； 第六步，高速鋼軋輥試樣的熱處理 (1)退火 同實(shí)施例1； (2)淬火 同實(shí)施例1； (3)回火 將上述完成淬火的高速鋼軋輥試樣進(jìn)行兩次回火，兩次回火的工藝相同，步驟是，將完成淬火的高速鋼軋輥試樣加熱至設(shè)定的580℃溫度，保溫45分鐘后降低30℃，再保溫10分鐘，然后再升至設(shè)定580℃溫度保溫45分鐘，最后空冷至室溫，制得高速鋼軋輥產(chǎn)品III。
圖1是實(shí)施例1～3所制得的納米晶稀土硅鐵孕育細(xì)化劑顯微組織的掃描電鏡照片，它表明經(jīng)過納米晶稀土硅鐵孕育細(xì)化的高速鋼軋輥鑄態(tài)組織中的碳化物組織非常細(xì)小均勻，其碳化物為寬為400納米、長(zhǎng)為2～4微米的晶須狀。
圖2是實(shí)施例1～3所制得的納米晶硼鐵細(xì)化劑顯微組織的掃描電鏡照片，它表明經(jīng)過納米晶納米晶硼鐵細(xì)化劑細(xì)化的高速鋼軋輥鑄態(tài)組織中的基體晶粒和碳化物組織細(xì)小均勻，其基體晶粒尺寸約為20～30微米，大部分碳化物顆粒直徑為2～3微米、少部分碳化物顆粒直徑為4～7微米。
圖3是實(shí)施例1～3所制得變質(zhì)劑的XRD圖譜。其中 (a)是納米晶稀土硅鐵孕育細(xì)化劑的XRD圖譜，采用Scherrer公式計(jì)算孕育劑稀土硅鐵的平均粒徑為D＝Kλ/βcosθ。該式中，D為晶粒尺寸(nm)，K為Scherrer常數(shù)(K＝0.89)，λ為X射線波長(zhǎng)(λ＝0.154056nm)，β為衍射峰半高寬(FWHM)，θ為衍射角。根據(jù)圖3(a)可知，選擇衍射角較小的最強(qiáng)峰計(jì)算β＝0.0043611，θ＝16.3°，計(jì)算得晶粒直經(jīng)Dc＝32.76nm，證明稀土硅鐵孕育細(xì)化劑的晶粒達(dá)到納米級(jí)。
(b)是納米晶硼鐵孕育劑的XRD圖譜。同樣，采用Scherrer公式可計(jì)算出納米晶硼鐵孕育劑的晶粒直經(jīng)。根據(jù)圖3(b)可知，選擇衍射角較小的最強(qiáng)峰計(jì)算β＝0.0017356，θ＝32.55°，計(jì)算得晶粒直經(jīng)Dc＝93.76nm，證明硼鐵細(xì)化劑的晶粒達(dá)到納米級(jí)。
上述實(shí)施例1～3中，所說的金屬模具是高速鋼合金的澆鑄模具。
上述實(shí)施例1～3中，所說的制得的高速鋼軋輥產(chǎn)品是熱軋高速鋼軋輥及其力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)試樣。
上述實(shí)施例1～3中，所述Fe-Ce-Si-Ca中間合金和Fe-B中間合金原料由供應(yīng)商提供，是公知的；所涉及到的設(shè)備和工藝操作方法均為本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。
權(quán)利要求
1.高速鋼軋輥的鑄造工藝，其特征在于采用由用快淬甩帶法分別制得的薄片狀的納米晶稀土硅鐵孕育劑和薄片狀的納米晶硼鐵細(xì)化劑構(gòu)成的變質(zhì)劑對(duì)軋輥用高速鋼合金組織進(jìn)行晶粒和組織細(xì)化處理，具體步驟是
第一步，變質(zhì)劑的制備
采用快淬甩帶法分別制備薄片狀的納米晶稀土硅鐵孕育劑和薄片狀的納米晶硼鐵細(xì)化劑
稱取所需量的Fe-Ce-Si-Ca中間合金，其組成成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是30.7％Fe+30％Ce+37.5％Si+1.8％Ca，放入真空快淬爐的水冷銅坩堝內(nèi)，調(diào)節(jié)電極位置，使之與水冷銅坩堝內(nèi)的合金料之間的距離為0.5～1.5mm，關(guān)閉爐門、進(jìn)出料口和放氣閥，抽真空至真空度高于5×10-3Pa后，用氬氣洗爐，隨后充入氬氣至真空度為0.04～0.05PA，起弧后調(diào)節(jié)弧電流逐步上升至500～600A，將坩堝內(nèi)的合金熔化，待該合金全部熔化成液態(tài)時(shí)，傾斜坩堝，使得該合金液通過流道引至高速旋轉(zhuǎn)的水冷鉬輪上，鉬輪表面溫度為10～15℃，鉬輪邊緣線速度為30～40m/s，該熔融液態(tài)合金與鉬輪接觸后，迅速凝固，并形成薄帶狀由鉬輪切線方向飛出，經(jīng)擋板阻擋后落入爐體下部的收藏室，由此快淬得到平均厚度為0.1～0.3mm、平均寬度為0.2～0.5mm和平均長(zhǎng)度為1～1.5mm的薄片狀納米晶稀土硅鐵孕育細(xì)化劑；
稱取所需量的Fe-B中間合金，其組成成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)是78.61％Fe+20.76％B+0.35％Si+0.108％Al+0.018％P+0.15％C+0.004％S，放入真空快淬爐的水冷銅坩堝內(nèi)，調(diào)節(jié)電極位置，使之與坩堝內(nèi)的合金料之間的距離為0.5～1.5mm，關(guān)閉爐門、進(jìn)出料口和放氣閥，抽真空至真空度高于5×10-3Pa后，用氬氣洗爐，隨后充入氬氣至真空度為0.04～0.05PA，起弧后調(diào)節(jié)弧電流逐步上升至500～600A，將坩堝內(nèi)的合金熔化，待該合金全部熔化成液態(tài)時(shí)，傾斜坩堝，使得該合金液通過流道引至高速旋轉(zhuǎn)的水冷鉬輪上，鉬輪表面溫度為10～15℃，鉬輪邊緣線速度為30～40m/s，該熔融液態(tài)合金與鉬輪接觸后，迅速凝固，并形成薄帶狀由鉬輪切線方向飛出，經(jīng)擋板阻擋后落入爐體下部的收藏室，由此快淬得到平均厚度為0.3～0.7mm、平均寬度為1～2.5mm和平均長(zhǎng)度為2～3mm的薄片狀納米晶硼鐵細(xì)化劑；
將上述快淬甩帶法制得的薄片狀納米晶稀土硅鐵孕育細(xì)化劑和薄片狀納米晶硼鐵細(xì)化劑密封保存，一起構(gòu)成用于以下軋輥用高速鋼合金的鑄造工藝中的變質(zhì)劑。
第二步，配料
(1)軋輥用高速鋼合金配料
按下面所列組成成分的重量百分?jǐn)?shù)配制軋輥用高速鋼合金配料
C＝2.0％、Cr＝4.0％、W＝2.15％、Mo＝4.0％、V＝6.65％、Ni＝1.0％、S≤0.03、P≤0.03和其余為Fe；
(2)變質(zhì)劑配料
分別稱取由第一步制得的密封保存的平均厚度為0.1～0.3mm、平均寬度為0.2～0.5mm和平均長(zhǎng)度為1～1.5mm的薄片狀納米晶稀土硅鐵孕育細(xì)化劑和平均厚度為0.3～0.7mm、平均寬度為1～2.5mm和平均長(zhǎng)度為2～3mm的薄片狀納米晶硼鐵細(xì)化劑，操作過程中確保所有材料干燥，兩者一起構(gòu)成用于軋輥用高速鋼合金鑄造的變質(zhì)劑配料，
(3)按重量百分比為，軋輥用高速鋼合金配料∶薄片狀納米晶稀土硅鐵孕育劑∶薄片狀納米晶硼鐵細(xì)化劑＝100∶1.5∶1.5，根據(jù)實(shí)際需要分別稱取上述的軋輥用高速鋼合金配料和變質(zhì)劑配料；
第三步，軋輥用高速鋼合金的熔煉和脫氧
將第二步稱取的軋輥用高速鋼合金配料放入10Kg真空感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔煉，先抽真空至爐內(nèi)真空度為6.67×10-3Pa，再開始加熱，當(dāng)真空感應(yīng)電爐中的軋輥用高速鋼合金配料加熱到1480～1550℃并全部熔化后，加入該軋輥用高速鋼合金配料重量百分?jǐn)?shù)0.6～1.5％的鋁餅進(jìn)行脫氧；
第四步，用變質(zhì)劑對(duì)軋輥用高速鋼合金材料組織進(jìn)行晶粒和組織孕育細(xì)化處理
保溫在第三步熔化溫度的條件下，向第三步真空感應(yīng)電爐中熔煉和脫氧后的熔化軋輥用高速鋼合金熔體中加入第二步稱取的密封保存的變質(zhì)劑配料，磁力攪拌后靜置5秒，對(duì)軋輥用高速鋼合金材料組織進(jìn)行晶粒和組織孕育細(xì)化處理，制得孕育細(xì)化后的軋輥用高速鋼合金熔體；
第五步，軋輥用高速鋼合金熔體的澆鑄
澆鑄前將金屬軋輥模具在溫度為400℃加熱爐內(nèi)烘烤0.5～1.0小時(shí)，將由第四步制得的孕育細(xì)化后的真空感應(yīng)電爐中的軋輥用高速鋼合金熔體，在1480℃～1510℃溫度下出爐，并澆鑄到上述烘烤后的金屬軋輥模具中，待鑄型冷卻下來，打開該模具取出高速鋼軋輥試樣；
第六步，高速鋼軋輥試樣的熱處理
(1)退火
將第五步制得的高速鋼軋輥試樣放入高溫電阻加熱退火爐中加熱至850℃，保溫3小時(shí)，然后在半小時(shí)內(nèi)冷卻到600℃以下，再后隨爐冷卻至室溫，完成均勻化退火；
(2)淬火
將上述完成均勻化退火的高速鋼軋輥試樣進(jìn)行淬火，分別采用950℃、1050℃、1150℃進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定最佳淬火溫度，淬火時(shí)間試驗(yàn)設(shè)計(jì)為30分鐘，然后進(jìn)行油淬，完成高速鋼軋輥試樣的淬火，淬火介質(zhì)為20號(hào)機(jī)油；
(3)回火
將上述完成淬火的高速鋼軋輥試樣進(jìn)行兩次回火，兩次回火的工藝相同，步驟是，將完成淬火的高速鋼軋輥試樣加熱至設(shè)定的530℃～580℃溫度，保溫45分鐘后降低30℃，再保溫10分鐘，然后再升至設(shè)定530℃～580℃溫度保溫45分鐘，最后空冷至室溫，制得高速鋼軋輥產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高速鋼軋輥的鑄造工藝，其特征在于所說的金屬模具是高速鋼合金的澆鑄模具。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高速鋼軋輥的鑄造工藝，其特征在于所說的制得的高速鋼軋輥產(chǎn)品是熱軋高速鋼軋輥及其力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)試樣。
全文摘要
本發(fā)明軋輥用高速鋼合金的鑄造工藝，涉及金屬鑄造工藝，該工藝先采用快淬甩帶法分別制得薄片狀的納米晶稀土硅鐵孕育劑和薄片狀的納米晶硼鐵細(xì)化劑，再用由該納米晶稀土硅鐵孕育劑和納米晶硼鐵細(xì)化劑構(gòu)成的變質(zhì)劑對(duì)軋輥用高速鋼合金組織進(jìn)行晶粒和組織細(xì)化處理，以克服高速鋼合金鑄造的缺陷，顯著細(xì)化了其基體晶粒并使碳化物斷網(wǎng)，從而明顯地提高了所制得的高速鋼軋輥的綜合力學(xué)性能。
文檔編號(hào)B22D11/16GK101812646SQ20101015230
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者崔春翔, 劉雙進(jìn), 戚玉敏, 梁敏, 祖寧 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)