專利名稱：軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑的制備和應(yīng)用方法
軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑的制備和應(yīng)用方法技術(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(shuō)是涉及軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì) 化用的孕育劑的制備和應(yīng)用方法。
背景技術(shù)：
軋輥是鋼鐵材料軋制成形實(shí)現(xiàn)其各種使用功能和大幅增值的極其重要的部件，冶 金軋輥的制造水平也是體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家鋼鐵制造業(yè)水平的標(biāo)志之一。為了擴(kuò)大我國(guó)鋼材品 種，提高鋼材質(zhì)量，必須對(duì)軋輥的需求量和品種提出更高的要求。因此開發(fā)新的軋輥材質(zhì)及 其制造工藝以滿足我國(guó)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，同時(shí)用強(qiáng)度和韌性滿足軋鋼要求的鍛鋼、鑄鋼或鑄鐵作為軋輥的芯部材料以冶金方 式復(fù)合起來(lái)而成的新型復(fù)合軋輥。然而，高速鋼軋輥鑄造組織粗大，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(guò)細(xì)化晶粒還可以減少晶界偏祈，從而改善高速 鋼軋輥力學(xué)性能和使用性能。
目前高速鋼軋輥所用合金的晶粒和組織細(xì)化處理的變質(zhì)細(xì)化劑(即孕育劑)大部 分是塊狀的，采用普通熔煉工藝熔煉和將鑄錠粉碎成小塊使用。由如此孕育劑細(xì)化的高速 鋼軋輥鑄態(tài)組織中，晶粒仍然較為粗大，碳化物斷網(wǎng)現(xiàn)象不明顯，軋輥用高速鋼合金力學(xué)性 能得不到很大提高。由于其細(xì)化劑的晶粒尺寸遠(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(wèn)題是提供軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑的制 備和應(yīng)用方法，該孕育劑是一種將釩鐵、鈮鐵和生鐵按一定配比混合熔煉凝固后經(jīng)快淬處 理得到的薄帶，在熔煉軋輥用高速鋼過(guò)程中加入該孕育劑，使Nb與V原位形成復(fù)合碳化物 (V，Nb)C，其作為初晶析出時(shí)，密度與鋼液大致相同，從而作為基體合金液體的孕育變質(zhì)形 核核心，整體細(xì)化軋輥用高速鋼基體晶粒和組織，從而提高了軋輥用高速鋼材料的綜合力 學(xué)性能。
本發(fā)明解決該技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕 育劑的制備方法，步驟如下
第一步，配料
采用來(lái)自鑄造原料市場(chǎng)的鈮鐵、釩鐵中間合金和生鐵為原料，其中鈮鐵中間合金 的成分為質(zhì)量百分比65 70%鈮和30 35%鐵，釩鐵中間合金的成分為質(zhì)量百分比 49 53%釩和47 51 %鐵，生鐵為鋼鐵工業(yè)常用的成分公知的鐵碳合金，按設(shè)定的質(zhì)量比 Fe V Nb = 3. 2 5. 6 1. 9 4. 3 1. 5 3. 5稱好所需的鈮鐵、釩鐵和生鐵；
第二步，熔融
將第一步稱好的鈮鐵、釩鐵和生鐵混合放入真空熔煉爐中，使其熔融后充分混合 均勻并凝固成I^eVNb中間合金塊體；
第三步，離心快淬甩帶
稱取所需量的由第二步制得的!^eVNb中間合金塊體，將它們破碎成小塊，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!^eVNb中間合金小塊之間的距 離為0. 5 1. 5mm,關(guān)閉真空快淬爐的爐門、進(jìn)出料口和放氣閥，抽真空至真空度壓力為 5X 10_3Pa，用氬氣洗爐，隨后充入氬氣至真空度的壓力值為0. 04 0. 05Pa，通電，起弧后調(diào) 節(jié)弧電流逐步上升至500 600A，將水冷銅坩堝內(nèi)的!^eVNb中間合金熔化，待水冷銅坩堝內(nèi) 的!^eVNb中間合金全部熔化成液態(tài)時(shí)，傾斜水冷銅坩堝使得!^eVNb中間合金液通過(guò)流道引 至高速旋轉(zhuǎn)的水冷鉬輪上，鉬輪表面溫度為10 15°C，熔融液態(tài)!^eVNb中間合金與其接觸 后，迅速凝固，鉬輪邊緣線速度為35m/s，F(xiàn)eVNb中間合金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，快淬得到平均厚度為0. 1 0. 3mm，平均寬度為1 2. 5mm，平均長(zhǎng)度為3 8mm的薄片狀快速凝固!^eVNb中間合金孕育劑，即為軋輥用高速鋼 組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑。
上述軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑的制備方法中，所述鈮鐵中間合金、 釩鐵中間合金和生鐵原料由供應(yīng)商提供，成分均是公知的；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。
軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑的應(yīng)用方法，將平均厚度為0. 1 0. 3mm, 平均寬度為1 2. 5mm，平均長(zhǎng)度為3 8mm的薄片狀快速凝固!^eVNb中間合金孕育劑用于 軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化，具體步驟如下
第一步，軋輥用高速鋼合金原料的配料
配料甲為高速鋼合金原料，其化學(xué)成分為重量百分比C 1.6 3.2%、Cr 2. 1 4.0%、W 1. 15 3. 15%、Mo 3 6%、V 5. 5 7.5%、Ni 0. 4 1. 9%、P 彡 0. 03%、 S^O. 03%和其余為Fe，
配料乙為平均厚度為0. 1 0. 3mm，平均寬度為1 2. 5mm，平均長(zhǎng)度為3 8mm 的薄片狀快速凝固I^eVNb中間合金孕育劑，
按質(zhì)量百分比為配料甲配料乙=1 0. 25 0. 55進(jìn)行稱取配料，操作過(guò)程中 確保所有材料干燥；
第二步，熔煉和脫氧
將第一步稱取的配料甲放入鑄鐵模具模型中，再將該鑄鐵模具模型放進(jìn)IOKg真 空感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉，真空度為6. 67X 10 ,當(dāng)上述配料甲加熱到1480 1550°C并全部 熔化后加入重量百分比為上述配料甲重量的Al進(jìn)行脫氧；
第三步，細(xì)化
在第二步的熔化并保溫的溫度下，向脫氧后的熔化軋輥用高速鋼合金中加入第一 步中稱取的密封保存的配料乙，磁力攪拌均勻后靜置5秒；
第四步，澆鑄
真空感應(yīng)電爐溫度為1500°C，將第三步細(xì)化的熔化軋輥用高速鋼合金出爐澆鑄， 待鑄型冷卻下來(lái)開型取出試樣，檢查其表面狀況；
第五步，熱處理
(1)退火，將第四步得到的澆鑄試樣于退火爐中860°C保溫4小時(shí)，然后隨爐冷卻 至740°C保溫2小時(shí)，最后隨爐冷至550°C時(shí)出爐空冷，得到退火的試樣，
(2)淬火，將(1)退火得到的試樣加熱至850°C保溫30分鐘，然后繼續(xù)加熱至 1050°C保溫1小時(shí)，然后進(jìn)行油淬，得到淬火的試樣，
(3)回火，將⑵淬火得到的試樣于回火爐中加熱至550°C保溫1小時(shí)，然后隨爐 冷卻至520°C保溫10分鐘，隨后打開加熱開關(guān)繼續(xù)加熱至550°C保溫1小時(shí)，然后出爐空冷 至室溫，兩次回火，最終制得軋輥用高速鋼合金產(chǎn)品。
上述軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑的應(yīng)用方法中，所說(shuō)的鑄鐵模具是高 速鋼合金的澆鑄模具，所說(shuō)的制得的軋輥用高速鋼合金產(chǎn)品是熱軋高速鋼軋輥及其力學(xué)性 能標(biāo)準(zhǔn)試樣。
本發(fā)明的有益效果是
(1)與同一第一發(fā)明人早先申請(qǐng)的專利CN201010152304. 1 “軋輥用高速鋼合金的 鑄造工藝”中所采用納米晶稀土硅鐵孕育劑(Fe-Ce-Si-Ca中間合金)和納米晶硼鐵細(xì)化 劑O^e-B中間合金)相比，本發(fā)明的軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn) 在于本發(fā)明的用于軋輥用高速鋼合金組織變質(zhì)細(xì)化的快速凝固!^eVNb中間合金孕育劑所 解決的核心技術(shù)問(wèn)題是i^eVNb中間合金孕育劑熔入高速鋼熔體后，在鋼液中迅速形成大量 NbC、VC和(Nb, 乂)(形核核心，而恥(、VC和(Nb, V) C的比重與鋼液比重接近，容易在鋼液 中彌散分布，有效避免比重偏析，且NbC、VC和(Nb，V) C形核核心在隨后高速鋼熔體澆鑄冷 卻過(guò)程中有效細(xì)化高速鋼的基體晶粒和碳化物，從而顯著提高了高速鋼材料的綜合力學(xué)性 能。兩者相比，本發(fā)明的特別之處在于①在鋼液中迅速形成大量NbC、VC和(Nb，V)C形核 核心，而NbC、VC和(Nb，V) C的比重與鋼液比重接近，容易在鋼液中彌散分布，有效避免比重 偏析；②該孕育劑適合于大型高速鋼軋輥的孕育細(xì)化。
(2)與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑的突出的 優(yōu)點(diǎn)在于加入本發(fā)明的用于軋輥用高速鋼合金組織變質(zhì)細(xì)化的快速凝固!^eVNb中間合金 孕育劑，由于密度與鋼液大致相同，其在軋輥用高速鋼熔體中均勻分布，不但可以成為碳化 物形成的異質(zhì)核心，大大增大形核率，并在基體中實(shí)現(xiàn)晶內(nèi)增強(qiáng)，而且通過(guò)細(xì)化晶粒還顯著 減少晶界偏析，從而改善鑄造缺陷，提高了合金的強(qiáng)度和韌性，又增加了其耐磨性和和紅硬 性。另外，由于本發(fā)明的軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑在制備過(guò)程中通過(guò)離心甩 帶而快速冷卻能夠“快速凝固”。因?yàn)椤翱焖倌獭倍?^eVNb中間合金孕育劑晶粒顯著細(xì) 化從而在加入高速鋼熔體而起到顯著細(xì)化高速鋼基體晶粒和碳化物，提高軋輥高速鋼的綜 合力學(xué)性能作用。第三，由于該孕育劑是一種將釩鐵，鈮鐵和生鐵按一定配比混合熔煉凝固 后經(jīng)快淬處理得到的薄帶，在熔煉軋輥用高速鋼過(guò)程中加入，使Nb與V原位形成復(fù)合碳化 物(V，Nb)C，其作為初晶析出時(shí)，密度與鋼液大致相同，從而作為基體合金液體的孕育變質(zhì) 形核核心，整體細(xì)化軋輥用高速鋼基體晶粒和組織，從而提高了軋輥用高速鋼材料的綜合 力學(xué)性能。詳細(xì)對(duì)比數(shù)據(jù)見以下的表1。


圖1是1500°C的鋼水密度與合金元素含量的關(guān)系以及碳化物與合金元素種類與含量的關(guān)系圖。
圖2是本發(fā)明的軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑的掃描電鏡顯微組織形貌。
圖3是未加孕育劑軋輥用高速鋼合金試樣鑄態(tài)金組織相與采用由實(shí)施例1 3得 到的本發(fā)明的軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑孕育細(xì)化的軋輥用高速鋼合金試樣 鑄態(tài)金相組織的對(duì)照?qǐng)D。
圖4是未加孕育劑軋輥用高速鋼合金試樣鑄態(tài)金相與按0. 7倍采用由實(shí)施例1 3得到的本發(fā)明的軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑孕育細(xì)化的軋輥用高速鋼合金試 樣鑄態(tài)金相組織的對(duì)照?qǐng)D。
圖5是未加孕育劑軋輥用高速鋼合金試樣鑄態(tài)金相與按1. 5倍采用由實(shí)施例1 3得到的本發(fā)明的軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑孕育細(xì)化的軋輥用高速鋼合金試 樣鑄態(tài)金相組織的對(duì)照?qǐng)D。
具體實(shí)施方式
圖1說(shuō)明考慮軋輥用高速鋼中各種合金元素的含量，通過(guò)計(jì)算，該實(shí)驗(yàn)用鋼在 1500°C下鋼水的密度大致在7. 2g. cm-3左右，據(jù)此得出釩鈮的配比，即按！^ V Nb = 3. 2 5. 6 1.9 4. 3 1. 5 3. 5的比例配置孕育劑合金，可以使其在加入軋輥用高速 鋼熔體中生成較多的有異質(zhì)形核作用的VC、NbC顆粒。
圖2是實(shí)施例1 3所制得的軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑的顯微組織 的掃描電鏡照片。
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 的軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑的作用，通過(guò)金相觀察對(duì)比分析未入和加入本發(fā) 明的軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑后對(duì)軋輥用高速鋼鑄態(tài)和熱處理后顯微組織 的影響，金相觀察檢測(cè)結(jié)果如圖3至圖5所示。
本發(fā)明金相試樣編號(hào)規(guī)則加入軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑孕育細(xì)化 的高速鋼試樣的編號(hào)為B ；與此同種澆鑄條件的未加入孕育劑的原始高速鋼試樣編號(hào)為A ； 鑄態(tài)表示為1#，熱處理態(tài)表示為2#。
兩種高速鋼合金鑄態(tài)組織均為馬氏體+碳化物。
兩種高速鋼合金經(jīng)淬火+回火熱處理的組織均為
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。
圖3中，(a)圖是未加孕育劑高速鋼合金試樣(A 1#)鑄態(tài)金相組織圖，(b)圖是采 用按實(shí)施例1 3所制得的軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑按實(shí)施例4孕育細(xì)化軋 輥用高速鋼合金試樣(B 1#)鑄態(tài)金相組織圖。
(a)材料名稱A 1#(b)材料名稱=B 1#
工藝鑄造(未加孕育劑細(xì)化)工藝鑄造(納米孕育劑細(xì)化)
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7
比較(a)和(b)兩圖說(shuō)明，對(duì)照高速鋼常規(guī)凝固組織，采用按實(shí)施例l一3得到的本發(fā)明的軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑孕育細(xì)化軋輥用高速鋼合金試樣的鑄態(tài)金相組織中一次碳化物和共晶碳化物得到了明顯細(xì)化，基體晶粒尺寸從180一200 u m細(xì)化至70—lOO u m。F0052] 圖4中，(a)圖是未加孕育劑高速鋼合金試樣(A l#)鑄態(tài)金相組織圖，(b)圖是采用按o．7倍實(shí)施例l一3所制得的軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑按實(shí)施例5孕育細(xì)化軋輥用高速鋼合金試樣(B l#)鑄態(tài)金相組織圖。
(a)材料名稱A l#(b)材料名稱B l#
工藝鑄造(未加孕育劑細(xì)化)工藝鑄造(納米孕育劑細(xì)化)
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)400X放大倍數(shù)400X
侵蝕劑4％硝酸酒精侵蝕劑4％硝酸酒精
比較(a)和(b)兩圖說(shuō)明，對(duì)照高速鋼常規(guī)凝固組織，采用按o．7倍實(shí)施例l一3得到的本發(fā)明的軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑孕育細(xì)化軋輥用高速鋼合金試樣的鑄態(tài)金相組織中一次碳化物細(xì)化不太明顯，但共晶碳化物得到了明顯細(xì)化，基體晶粒尺寸從180一200 u m細(xì)化至90—130 u m。
圖5中，(a)圖是未加孕育劑經(jīng)1050℃淬火+550℃回火熱處理后的高速鋼合金試樣(A 2#)鑄態(tài)金相組織圖，(b)圖是采用按1．5倍實(shí)施例l一3所制得的軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑按實(shí)施例6孕育細(xì)化并經(jīng)1050℃淬火+550℃回火熱處理后的軋輥用高速鋼合金試樣(B 2#)鑄態(tài)金相組織圖。
工藝鑄后熱處理(未加孕育劑細(xì)化)工藝鑄后熱處理(納米孕育劑細(xì)化)i-0062] 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
比較(a)和(b)兩圖說(shuō)明，對(duì)照高速鋼常規(guī)凝固組織，采用按1．5倍實(shí)施例l一3得到的本發(fā)明的軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑孕育細(xì)化軋輥用高速鋼合金試樣的鑄態(tài)金相組織中一次碳化物明顯細(xì)化，尤其是共晶碳化物得到了顯著細(xì)化，基體晶粒尺寸從180一200 u m細(xì)化至65—95 u m。
從圖3至圖5的金相組織觀察可以看出兩組采用本發(fā)明的軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑細(xì)化的對(duì)照鑄態(tài)組織(見圖3和圖4)中快速凝固孕育劑對(duì)馬氏體+共晶碳化物的細(xì)化效果都很明顯；一組孕育劑細(xì)化的對(duì)照澆鑄后熱處理組織(見圖5)中采用本發(fā)明的軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑對(duì)M回／A’+C共+C二次的細(xì)化效果都很明顯。因此可以得出采用本發(fā)明的軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑在孕育細(xì)化軋輥用高速鋼鑄態(tài)和熱處理后顯微組織方面的具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的結(jié)論。
實(shí)施例l
制備軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑的制備方法，采用快淬甩帶法，其步驟如下
第一步，配料
采用來(lái)自鑄造原料市場(chǎng)的鈮鐵、釩鐵中間合金及生鐵為原料，其中鈮鐵中間合金 的成分為質(zhì)量百分比65%鈮和35%鐵，釩鐵中間合金的成分為質(zhì)量百分比49%釩和51% 鐵，按設(shè)定的質(zhì)量比狗V Nb = 5.6 1.9 1.5稱好所需的鈮鐵、釩鐵和生鐵；
第二步，熔融
將第一步稱好的鈮鐵、釩鐵和生鐵混合放入真空熔煉爐中，使其熔融后充分混合 均勻并凝固成I^eVNb中間合金塊體；
第三步，離心快淬甩帶
稱取所需量的由第二步制得Wi^eVNb中間合金塊體，將它們破碎成小塊，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i^eVNb中間合金小塊之間 的距離為0. 5mm，關(guān)閉真空快淬爐的爐門、進(jìn)出料口和放氣閥，抽真空至真空度壓力為 5X 10 ,用氬氣洗爐，隨后充入氬氣至真空度的壓力值為0. 04Pa，通電，起弧后調(diào)節(jié)弧電 流逐步上升至500A，將水冷銅坩堝內(nèi)的!^eVNb中間合金熔化，待水冷銅坩堝內(nèi)的!^eVNb中間 合金全部熔化成液態(tài)時(shí)，傾斜水冷銅坩堝使得!^eVNb中間合金液通過(guò)流道引至高速旋轉(zhuǎn)的 水冷鉬輪上，鉬輪表面溫度為15°C，熔融液態(tài)!^eVNb中間合金與其接觸后，迅速凝固，鉬輪 邊緣線速度為35m/s，F(xiàn)eVNb中間合金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，快淬得到平均厚度為0. 1mm，平均寬度為1mm，平均長(zhǎng)度為3mm的薄片狀 快速凝固!^eVNb中間合金孕育劑，即為軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑。
實(shí)施例2
制備軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑的制備方法，采用快淬甩帶法，其步 驟如下
第一步，配料
采用來(lái)自鑄造原料市場(chǎng)的鈮鐵、釩鐵中間合金及生鐵為原料，其中鈮鐵中間合金 的成分為質(zhì)量百分比68%鈮和32%鐵，釩鐵中間合金的成分為質(zhì)量百分比51%釩和49% 鐵，按設(shè)定的質(zhì)量比狗V Nb = 4. 4 3. 1 2. 5稱好所需的鈮鐵、釩鐵及生鐵；
第二步，熔融
將第一步稱好的鈮鐵、釩鐵和生鐵混合放入真空熔煉爐中，使其熔融后充分混合 均勻并凝固成I^eVNb中間合金塊體；
第三步，離心快淬甩帶
稱取所需量的由第二步制得Wi^eVNb中間合金塊體，將它們破碎成小塊，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i^eVNb中間合金小塊之間 的距離為1.0mm，關(guān)閉真空快淬爐的爐門、進(jìn)出料口和放氣閥，抽真空至真空度壓力為 5X 10_3Pa，用氬氣洗爐，隨后充入氬氣至真空度的壓力值為0. 045Pa，通電，起弧后調(diào)節(jié)弧電 流逐步上升至550A，將水冷銅坩堝內(nèi)的!^eVNb中間合金熔化，待水冷銅坩堝內(nèi)的!^eVNb中間 合金全部熔化成液態(tài)時(shí)，傾斜水冷銅坩堝使得!^eVNb中間合金液通過(guò)流道引至高速旋轉(zhuǎn)的 水冷鉬輪上，鉬輪表面溫度為12. 5°C，熔融液態(tài)!^eVNb中間合金與其接觸后，迅速凝固，鉬 輪邊緣線速度為35m/s，F(xiàn)eVNb中間合金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，快淬得到平均厚度為0. 2mm,平均寬度為1. 7mm,平均長(zhǎng)度為5mm的薄 片狀快速凝固i^eVNb中間合金孕育劑，即為軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑。
實(shí)施例3
制備軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑的制備方法，采用快淬甩帶法，其步 驟如下
第一步，配料
采用來(lái)自鑄造原料市場(chǎng)的鈮鐵、釩鐵中間合金及生鐵為原料，其中鈮鐵中間合金 的成分為質(zhì)量百分比70%鈮和30%鐵，釩鐵中間合金的成分為質(zhì)量百分比53%釩和47% 鐵，按設(shè)定的質(zhì)量比狗V Nb = 3.2 4.3 3. 5稱好所需的鈮鐵、釩鐵和生鐵；
第二步，熔融
將第一步稱好的鈮鐵、釩鐵和生鐵混合放入真空熔煉爐中，使其熔融后充分混合 均勻并凝固成I^eVNb中間合金塊體；
第三步，離心快淬甩帶
稱取所需量的由第二步制得Wi^eVNb中間合金塊體，將它們破碎成小塊，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i^eVNb中間合金小塊之間 的距離為1.5mm，關(guān)閉真空快淬爐的爐門、進(jìn)出料口和放氣閥，抽真空至真空度壓力為 5X 10 ,用氬氣洗爐，隨后充入氬氣至真空度的壓力值為0. 05Pa，通電，起弧后調(diào)節(jié)弧電 流逐步上升至600A，將水冷銅坩堝內(nèi)的!^eVNb中間合金熔化，待水冷銅坩堝內(nèi)的!^eVNb中間 合金全部熔化成液態(tài)時(shí)，傾斜水冷銅坩堝使得!^eVNb中間合金液通過(guò)流道引至高速旋轉(zhuǎn)的 水冷鉬輪上，鉬輪表面溫度為10°C，熔融液態(tài)!^eVNb中間合金與其接觸后，迅速凝固，鉬輪 邊緣線速度為35m/s，F(xiàn)eVNb中間合金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，快淬得到平均厚度為0. 3mm，平均寬度為2. 5mm，平均長(zhǎng)度為8mm的薄片 狀快速凝固i^eVNb中間合金孕育劑，即為軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑。
上述實(shí)施例所制得的軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑的顯微組織的掃描 電鏡照片如圖2所示。
上述實(shí)施例1 3中，所述鈮鐵、釩鐵中間合金和生鐵原料由供應(yīng)商提供，成分均 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。
實(shí)施例4
軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑的應(yīng)用方法，將由實(shí)施例1 3所制得的 任意一種薄片狀軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑用于軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化， 具體步驟如下
第一步，軋輥用高速鋼合金原料的配料
配料甲為高速鋼合金原料，其化學(xué)成分為重量百分比C 1.6%, Cr 2.1%、W 1. 15%,Mo 3%, V 5. 5%, Ni 0. 4%、P 彡 0. 03%、S 彡 0. 03%和其余為 Fe，
配料乙為由實(shí)施例1 3所制得的任意一種薄片狀快速凝固!^eVNb中間合金孕育 劑，
按質(zhì)量百分比為配料甲配料乙=1 0.357進(jìn)行稱取配料，操作過(guò)程中確保所 有材料干燥；
第二步，熔煉和脫氧
將第一步稱取的配料甲放入鑄鐵模具模型中，再將該鑄鐵模具模型放進(jìn)IOKg真 空感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉，真空度為6. 67X 10 ,當(dāng)上述配料甲加熱到1480°C并全部熔化后加入重量百分比為上述配料甲重量的Al進(jìn)行脫氧；
第三步，細(xì)化
在第二步的熔化并保溫的溫度下，向脫氧后的熔化軋輥用高速鋼合金中加入第一 步中稱取的密封保存的配料乙，磁力攪拌均勻后靜置5秒；
第四步，澆鑄
真空感應(yīng)電爐溫度為1500°C，將第三步細(xì)化的熔化軋輥用高速鋼合金出爐澆鑄， 待鑄型冷卻下來(lái)開型取出試樣，檢查其表面狀況；
第五步，熱處理
(1)退火，將第四步得到的澆鑄試樣于退火爐中860°C保溫4小時(shí)，然后隨爐冷卻 至740°C保溫2小時(shí)，最后隨爐冷至550°C時(shí)出爐空冷，得到退火的試樣，
(2)淬火，將(1)退火得到的試樣加熱至850°C保溫30分鐘，然后繼續(xù)加熱至 1050°C保溫1小時(shí)，然后進(jìn)行油淬，得到淬火的試樣，
(3)回火，將⑵淬火得到的試樣于回火爐中加熱至550°C保溫1小時(shí)，然后隨爐 冷卻至520°C保溫10分鐘，隨后打開加熱開關(guān)繼續(xù)加熱至550°C保溫1小時(shí)，然后出爐空冷 至室溫，兩次回火，最終制得軋輥用高速鋼合金產(chǎn)品。
實(shí)施例5
軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑的應(yīng)用方法，將由實(shí)施例1 3所制得的 任意一種薄片狀軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑用于軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化， 具體步驟如下
第一步，軋輥用高速鋼合金原料的配料
配料甲為高速鋼合金原料，其化學(xué)成分為重量百分比C 2.4%, Cr3.0%, W 2. 15%, Mo 4. 5%, V 6. 5%, Ni 1. 15%, P ^ 0. 03%, S ^ 0. 03%和其余為 Fe,
配料乙為由實(shí)施例1 3所制得的任意一種薄片狀快速凝固!^eVNb中間合金孕育 劑，
按質(zhì)量百分比為配料甲配料乙=1 0. 25進(jìn)行稱取配料，操作過(guò)程中確保所有 材料干燥；
第二步，熔煉和脫氧
將第一步稱取的配料甲放入鑄鐵模具模型中，再將該鑄鐵模具模型放進(jìn)IOKg真 空感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉，真空度為6. 67X 10 ,當(dāng)上述配料甲加熱到1515°C并全部熔化后 加入重量百分比為上述配料甲重量的Al進(jìn)行脫氧；
第三步，細(xì)化
在第二步的熔化并保溫的溫度下，向脫氧后的熔化軋輥用高速鋼合金中加入第一 步中稱取的密封保存的配料乙，磁力攪拌均勻后靜置5秒；
第四步，澆鑄
真空感應(yīng)電爐溫度為1500°C，將第三步細(xì)化的熔化軋輥用高速鋼合金出爐澆鑄， 待鑄型冷卻下來(lái)開型取出試樣，檢查其表面狀況；
第五步，熱處理
(1)退火，將第四步得到的澆鑄試樣于退火爐中860°C保溫4小時(shí)，然后隨爐冷卻 至740°C保溫2小時(shí)，最后隨爐冷至550°C時(shí)出爐空冷，得到退火的試樣，
(2)淬火，將(1)退火得到的試樣加熱至850°C保溫30分鐘，然后繼續(xù)加熱至 1050°C保溫1小時(shí)，然后進(jìn)行油淬，得到淬火的試樣，
(3)回火，將⑵淬火得到的試樣于回火爐中加熱至550°C保溫1小時(shí)，然后隨爐 冷卻至520°C保溫10分鐘，隨后打開加熱開關(guān)繼續(xù)加熱至550°C保溫1小時(shí)，然后出爐空冷 至室溫，兩次回火，最終制得軋輥用高速鋼合金產(chǎn)品。
實(shí)施例6
軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑的應(yīng)用方法，將由實(shí)施例1 3所制得的 任意一種薄片狀軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑用于軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化， 具體步驟如下
第一步，軋輥用高速鋼合金原料的配料
配料甲為高速鋼合金原料，其化學(xué)成分為重量百分比C3. 2%,Cr4. 0%,ff 3. 15%, Mo 6%, V 7. 5%, Ni 1· 9%、P 彡 0· 03%、S 彡 0· 03%和其余為 Fe，
配料乙為由實(shí)施例1 3所制得的任意一種薄片狀快速凝固!^eVNb中間合金孕育 劑，
按質(zhì)量百分比為配料甲配料乙=1 0. 55進(jìn)行稱取配料，操作過(guò)程中確保所有 材料干燥；
第二步，熔煉和脫氧
將第一步稱取的配料甲放入鑄鐵模具模型中，再將該鑄鐵模具模型放進(jìn)IOKg真 空感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉，真空度為6. 67X 10 ,當(dāng)上述配料甲加熱到1550°C并全部熔化后 加入重量百分比為上述配料甲重量的Al進(jìn)行脫氧；
第三步，細(xì)化
在第二步的熔化并保溫的溫度下，向脫氧后的熔化軋輥用高速鋼合金中加入第一 步中稱取的密封保存的由實(shí)施例1 3所制得的任意一種薄片狀快速凝固!^eVNb中間合金 孕育劑，磁力攪拌均勻后靜置5秒；
第四步，澆鑄
真空感應(yīng)電爐溫度為1500°C，將第三步細(xì)化的熔化軋輥用高速鋼合金出爐澆鑄， 待鑄型冷卻下來(lái)開型取出試樣，檢查其表面狀況；
第五步，熱處理
(1)退火，將第四步得到的澆鑄試樣于退火爐中860°C保溫4小時(shí)，然后隨爐冷卻 至740°C保溫2小時(shí)，最后隨爐冷至550°C時(shí)出爐空冷，得到退火的試樣，
(2)淬火，將(1)退火得到的試樣加熱至850°C保溫30分鐘，然后繼續(xù)加熱至 1050°C保溫1小時(shí)，然后進(jìn)行油淬，得到淬火的試樣，
(3)回火，將⑵淬火得到的試樣于回火爐中加熱至550°C保溫1小時(shí)，然后隨爐 冷卻至520°C保溫10分鐘，隨后打開加熱開關(guān)繼續(xù)加熱至550°C保溫1小時(shí)，然后出爐空冷 至室溫，兩次回火，最終制得軋輥用高速鋼合金產(chǎn)品
表1未加孕育細(xì)化劑的和采用軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑細(xì)化的軋 輥用高速鋼兩類試樣A和B的力學(xué)性能比較
權(quán)利要求
1.軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑的制備方法，其特征在于步驟如下第一步，配料采用來(lái)自鑄造原料市場(chǎng)的鈮鐵、釩鐵中間合金和生鐵為原料，其中鈮鐵中間合金的成 分為質(zhì)量百分比65 70%鈮和30 35%鐵，釩鐵中間合金的成分為質(zhì)量百分比49 53%釩和47 51%鐵，生鐵為鋼鐵工業(yè)常用的成分公知的鐵碳合金，按設(shè)定的質(zhì)量比 Fe V Nb = 3. 2 5. 6 1. 9 4. 3 1. 5 3. 5稱好所需的鈮鐵、釩鐵和生鐵；第二步，熔融將第一步稱好的鈮鐵、釩鐵和生鐵混合放入真空熔煉爐中，使其熔融后充分混合均勻 并凝固成!^eVNb中間合金塊體；第三步，離心快淬甩帶稱取所需量的由第二步制得的i^eVNb中間合金塊體，將它們破碎成小塊，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!^eVNb中間合金小塊之間的距 離為0. 5 1. 5mm，關(guān)閉真空快淬爐的爐門、進(jìn)出料口和放氣閥，抽真空至真空度壓力為 5X 10_3Pa，用氬氣洗爐，隨后充入氬氣至真空度的壓力值為0. 04 0. 05Pa，通電，起弧后調(diào) 節(jié)弧電流逐步上升至500 600A，將水冷銅坩堝內(nèi)的!^eVNb中間合金熔化，待水冷銅坩堝內(nèi) 的!^eVNb中間合金全部熔化成液態(tài)時(shí)，傾斜水冷銅坩堝使得!^eVNb中間合金液通過(guò)流道引 至高速旋轉(zhuǎn)的水冷鉬輪上，鉬輪表面溫度為10 15°C，熔融液態(tài)!^eVNb中間合金與其接觸 后，迅速凝固，鉬輪邊緣線速度為35m/s，F(xiàn)eVNb中間合金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，快淬得到平均厚度為0. 1 0. 3mm，平均寬度為1 2. 5mm，平均長(zhǎng)度為3 8mm的薄片狀快速凝固!^eVNb中間合金孕育劑，即為軋輥用高速鋼 組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑。
2.軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑的應(yīng)用方法，其特征在于將平均厚度為 0. 1 0. 3mm,平均寬度為1 2. 5mm,平均長(zhǎng)度為3 8mm的薄片狀快速凝固!^eVNb中間合 金孕育劑用于軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化，具體步驟如下第一步，軋輥用高速鋼合金原料的配料。配料甲為高速鋼合金原料，其化學(xué)成分為重量百分比C 1.6 3.2%、Cr 2.1 4.0%、 W 1. 15 3. 15%、Mo 3 6%、V 5.5 7.5%、Ni 0. 4 1. 9%、P ≤ 0. 03%、S ≤ 0. 03% 和其余為狗，配料乙為平均厚度為0. 1 0. 3mm，平均寬度為1 2. 5mm，平均長(zhǎng)度為3 8mm的薄 片狀快速凝固I^eVNb中間合金孕育劑，按質(zhì)量百分比為配料甲配料乙=1 0.25 0.55進(jìn)行稱取配料，操作過(guò)程中確保 所有材料干燥；第二步，熔煉和脫氧。將第一步稱取的配料甲放入鑄鐵模具模型中，再將該鑄鐵模具模型放進(jìn)IOKg真空感 應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉，真空度為6. 67X10_3Pa，當(dāng)上述配料甲加熱到1480 1550°C并全部熔化 后加入重量百分比為上述配料甲重量的Al進(jìn)行脫氧；第三步，細(xì)化。在第二步的熔化并保溫的溫度下，向脫氧后的熔化軋輥用高速鋼合金中加入第一步中 稱取的密封保存的配料乙，磁力攪拌均勻后靜置5秒；第四步，澆鑄。真空感應(yīng)電爐溫度為1500°C，將第三步細(xì)化的熔化軋輥用高速鋼合金出爐澆鑄，待鑄 型冷卻下來(lái)開型取出試樣，檢查其表面狀況； 第五步，熱處理。(1)退火，將第四步得到的澆鑄試樣于退火爐中860°C保溫4小時(shí)，然后隨爐冷卻至 740°C保溫2小時(shí)，最后隨爐冷至550°C時(shí)出爐空冷，得到退火的試樣，(2)淬火，將(1)退火得到的試樣加熱至850°C保溫30分鐘，然后繼續(xù)加熱至1050°C保 溫1小時(shí)，然后進(jìn)行油淬，得到淬火的試樣，(3)回火，將(2)淬火得到的試樣于回火爐中加熱至550°C保溫1小時(shí)，然后隨爐冷卻 至520°C保溫10分鐘，隨后打開加熱開關(guān)繼續(xù)加熱至550°C保溫1小時(shí)，然后出爐空冷至室 溫，兩次回火，最終制得軋輥用高速鋼合金產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明軋輥用高速鋼組織變質(zhì)細(xì)化用的孕育劑的制備和應(yīng)用方法，涉及金屬鑄造工藝，該孕育劑是一種將釩鐵、鈮鐵和生鐵按質(zhì)量比Fe∶V∶Nb＝3.2～5.6∶1.9～4.3∶1.5～3.5配比混合熔煉凝固后經(jīng)快淬處理得到的薄帶，在熔煉軋輥用高速鋼過(guò)程中加入該孕育劑，使Nb與V原位形成復(fù)合碳化物(V，Nb)C，其作為初晶析出時(shí)，密度與鋼液大致相同，從而作為基體合金液體的孕育變質(zhì)形核核心，整體細(xì)化軋輥用高速鋼基體晶粒和組織，從而提高了軋輥用高速鋼材料的綜合力學(xué)性能。
文檔編號(hào)B22F9/06GK102031442SQ20101053157
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者劉雙進(jìn), 孫繼兵, 崔春翔, 戚玉敏, 梁敏, 祖寧 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)