立式连铸高速钢W6Mo5Cr4V2 φ100mm坯的工艺试验

采用150 kg中频感应炉-150 kg过渡钢包在设计的中100 mm立式连铸机以结晶器振动频率1.2 Hz和振幅±3 mm,拉速0.4 m/min,二冷水压力0.2 MPa进行高速钢W6Mo5Cr4V2连铸试验,并测定了在不同工艺条件下高速钢莱氏体网的厚度和冷却速率。结果表明,与15 kg锭普通模铸高速钢W6Mo5Cr4V2相比,Φ100 mm立式连续铸造得到的高速钢铸坯低倍组织致密无缺陷,莱氏体网明显变薄,铸坯心部莱氏体网平均厚度≤16μm,晶粒明显细化;M_2C和MC型碳化物的析出量增多,M_6C型碳化物的析出量减少,碳化物更加细小、均匀和弥散;铸坯边部的冷却速率为3.33×10~4K/s,r/2处为9.4×10~3K/s,心部为8.1×10~2K/s,冶金质量明显优于普通模铸。     

W9高速钢的电磁连续铸造研究

 研究了W9高速钢的电磁连续铸造工艺和铸坯的凝固组织特征,并与普通的模铸高速钢中共晶碳化物的类型和分布情况进行了比较,测定了在不同制备条件下高速钢莱氏体网的厚度和凝固冷却速度。结果表明：电磁连续铸造得到的高速钢铸坯表面光滑、振痕轻微、外观形状规整、内部组织致密无缺陷,莱氏体网明显变薄,晶粒明显细化;M2C和MC型碳化物的析出量增多,M6C型碳化物的析出量减少,合金碳化物变得细小、均匀和弥散;铸坯边部的凝固冷却速度为3.4×104 K/s,r/2处为6.5×103 K/s,心部为3.9×102 K/s,冶金质量明显优于普通模铸。     

连铸工艺对M2高速钢碳化物析出的影响

采用立式连铸机生产135 mm×135 mm M2高速钢,并利用金相显微镜和扫描电镜分析了不同拉速、过热度、电磁搅拌参数对铸坯碳化物的分布、形貌、厚度的影响。结果表明:M2钢连铸坯横截面上平均碳化物面积分数约0. 20,改变连铸工艺对其影响不大;拉速和过热度分别从1. 5 m/min、50℃降低到1. 0 m/min、30℃,碳化物网的厚度降低29. 4%,碳化物均匀性明显提高;结晶器电磁搅拌可以有效降低M2钢连铸坯中心碳化物含量和碳化物网厚度,提高碳化物均匀性。     

连铸对M2高速钢偏析与碳化物的影响

为了加快实现M2高速钢连铸工业生产，改善M2连铸坯组织均匀性、降低宏观偏析、细化碳化物、提高铸坯内部质量，采用金属原位分析仪、直读光谱仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等手段研究弧形连铸工艺生产M2高速钢弧形的铸态组织以及热加工后组织情况，特别是宏观偏析和碳化物演变，并与模铸工艺生产M2高速钢进行对比。结果表明，M2高速钢弧形连铸坯的碳化物最大尺寸相比于模铸情况降低了约44%,二次枝晶间距降低约20%;另外，连铸坯碳化物呈纤维状，经过高温热处理后更易分解，碳化物得到了进一步细化；锻轧后，连铸坯碳化物尺寸均匀，无明显大块碳化物，最大碳化物尺寸小于10μm。     

改善不锈轴承钢9Cr18共晶碳化物的工艺研究

采用金相显微镜分析了30 t EAF-LF-VD-Φ200 mm电极-Φ360 mm ESR锭-120 mm×120 mm锻坯-Φ50 mm轧材的冶炼和加工工艺对不锈轴承钢9Cr18共晶碳化物的影响,结果表明,模铸电极浇注温度由1500～1510℃降至1485～1495℃,电渣重熔熔速由4.5 kg/min降至3.5 kg/min,增强电渣重熔冷却条件,可以有效减少冶炼过程中的共晶碳化物原始形成。采用锻透力强、大变形开坯,可使大颗粒碳化物破碎、减小颗粒尺寸,降低碳化物条带和网状聚集程度,能够有效改善不锈轴承钢共晶碳化物评级,减小碳化物颗粒尺寸。     

Al对M2高速钢铸态组织的影响

试验M2高速钢(%:0.85C、5.92W、4.74Mo、3.86Cr、1.81V)由25 kg真空感应炉熔炼,并用砂型铸造成锭。研究了0～1.3%Al对钢铸态组织的影响。结果表明,加入0.6%Al,可细化共晶莱氏体网,改善碳化物分布;加入过量Al(1.3%),初生晶粒内部出现大量由δ铁素体通过共析转变产生的针状碳化物。Al促进M₂C共晶碳化物形态由弯曲棒状变为平直片层状,并提高其合金元素含量。与片层状M₂C相比,棒状M₂C在高温易分解成短棒状或球状碳化物,有利改善碳化物形态。     

快速抽锭电渣重熔M2高速钢160 mm x160 mm铸坯工艺及质量

为控制高速钢钢锭组织的不均匀性和碳化物偏析问题,常采用电渣重熔生产小规格钢锭,但其生产效率低、成材率低。采用快速抽锭电渣重熔小规格长电渣坯可提高生产效率和成材率,利用T型导电结晶器快速抽锭电渣炉以不同熔速重熔M2高速钢160 mm×160 mm方长坯并锻轧成材,通过对电渣坯成分、低倍、铸态组织及轧材碳化物不均度、大颗粒碳化物尺寸检测分析,并与常规电渣重熔Φ220 mm锭轧材进行对比,分析表明快速抽锭电渣炉以400 kg/h熔速重熔的电渣坯成分稳定、低倍组织良好,生产的轧材碳化物不均度、大颗粒碳化物尺寸与常规电渣重熔Φ220 mm锭轧材相当,而生产效率、成材率有明显提高。     

快速抽锭电渣重熔M2高速钢160 mm×160 mm铸坯工艺及质量

为控制高速钢钢锭组织的不均匀性和碳化物偏析问题,常采用电渣重熔生产小规格钢锭,但其生产效率低、成材率低。采用快速抽锭电渣重熔小规格长电渣坯可提高生产效率和成材率,利用T型导电结晶器快速抽锭电渣炉以不同熔速重熔M2高速钢160 mm×160 mm方长坯并锻轧成材,通过对电渣坯成分、低倍、铸态组织及轧材碳化物不均度、大颗粒碳化物尺寸检测分析,并与常规电渣重熔Φ220 mm锭轧材进行对比,分析表明快速抽锭电渣炉以400 kg/h熔速重熔的电渣坯成分稳定、低倍组织良好,生产的轧材碳化物不均度、大颗粒碳化物尺寸与常规电渣重熔Φ220 mm锭轧材相当,而生产效率、成材率有明显提高。     

喷射成形M3型高速钢碳化物组织特征与加热过程演化

采用常规铸造和喷射成形工艺分别制备了M3型高速钢铸坯和沉积坯.利用扫描电子显微镜、X射线能谱和X射线衍射等分析方法对冷却速度对合金的显微组织的影响,加热温度对M3高速钢中M₂C共晶碳化物分解行为的影响,以及热加工变形后铸态和沉积态组织的变化进行了研究.结果表明:铸态合金含有粗大的一次枝晶和M₂C共晶碳化物,而喷射成形沉积坯主要为等轴晶且碳化物细小均匀;冷却速度的提高极大地抑制了碳化物的析出和晶粒长大;加热温度的提高有利于M₂C共晶碳化物分解,过高的温度使得分解后的M₆C长大,不利于合金性能的提高;沉积坯经恰当的预热处理和热变形可以获得理想的变形组织.     

M42高速钢电渣重熔及锻造退火后碳化物的析出

 通过X射线衍射分析、光学显微镜和透射式电子显微镜观察以及相关热力学计算,对比研究了M42高速钢电渣锭及锻后退火两种状态所析出碳化物的类型、尺寸、分布及析出条件。得出M42高速钢电渣锭中的碳化物主要为Mo2C亚稳态碳化物和少量Cr7C3碳化物,Mo2C碳化物尺寸较大,主要呈层片状、纤维状和棒状沿晶界析出。锻造退火后的M42高速钢中碳化物类型主要为Cr7C3,VC和Fe2Mo4C,平均尺寸小于10 μm且分布均匀,形态以方形、不规则球形和小颗粒为主。M42高速钢电渣锭中的Mo2C在锻造过程中可以分解为Fe2Mo4C和VC。根据冶金热力学计算得出,Mo2C和VC在固液两相区析出,析出温度分别为1 229 和1 222 ℃;Cr7C3在固相中析出,析出温度为842 ℃。     

连铸M2高速钢碳化物和宏观偏析热模拟

M2高速钢碳化物粗大且分布不均匀制约了该钢种采用连铸-连轧工艺生产。采用基于特征单元热相似性的连铸坯枝晶生长热模拟试验机研究了连铸M2高速钢凝固过程及组织形成规律，并且使用光学显微镜和金属原位分析仪分析了过热度和二冷区比水量对其碳化物分布和尺寸及宏观偏析的影响。实验结果表明，铸坯碳化物分布和尺寸及宏观偏析受到过热度与二冷区比水量的显著影响。过热度每减小10℃,凝固末端的碳化物面积占比减小约1.5%,碳化物网交汇处平均尺寸减小约7.5μm。随着二冷区比水量由0.36 L/kg增加至0.54 L/kg,凝固末端的碳化物面积占比减小约2.8%,碳化物网交汇处平均尺寸减小约23.8μm。降低过热度和提高二冷区比水量有利于C、W、Cr、V元素均匀分布和降低中心偏析。     

碳化物堆积对钨钼系高速钢性能的影响

研究了高速钢W6Mo5Cr4V2(M2)和W9Mo3Cr4V(W9)中的碳化物堆积程度对钢的力学性能和加工性能的影响.结果表明,随着钢中碳化物堆积程度的增加,M2和W9钢的硬度、抗拉强度和屈服强度增加,冲击韧性、抗弯强度和冷拔性能降低;碳化物堆积程度对高速钢淬回火硬度和红硬性影响较小.     

电渣重熔锭的直径和压缩比对M2高速钢碳化物不均度的影响

统计回归分析了M2高速钢（/%:0.85~0.90C,5.8~6.2W,4.6~5.0Mo,3.8~4.4Cr,1.75~1.95V）电渣锭直径（Φ250 mm~Φ400 mm）和压缩比（11.10~92.46）对钢材（Φ26 mm~Φ120 mm）碳化物不均度的影响,并建立了回归方程,以预测钢材的碳化物不均度级别。结果表明,当压缩比小于20时,随压缩比增加,钢中碳化物不均度降低显著,压缩比超过20时,随压缩比增加,钢中碳化物不均度降低较小;相同压缩比下小规格钢材锻轧材碳化物不均度级别较小。     

高速钢W4Mo3Cr4VSi中碳化物的析出行为

为了更好地了解高速钢W4Mo3Cr4VSi(4341)中碳化物的析出行为并对其加以控制,提高钢种的使用性能,通过扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)以及热力学计算软件Thermo-Calc对高速钢W4Mo3Cr4VSi中碳化物的种类、形貌、成分、分布以及析出行为进行了研究。研究发现,高速钢W4Mo3Cr4VSi中主要包含两类碳化物,一类是颗粒状的富钨钼的M6C碳化物,另一类是长条不规则形状的富钒的VC碳化物,两相碳化物均在凝固过程于液相中析出。其中,在VC碳化物的凝固过程中,研究结果显示,最先析出的是VN,当固相质量分数达到78%时,开始只析出VC。对于钢种碳化物的热稳定性,M6C碳化物的稳定性较低,当试样加热到1 150℃保温6 h时即有溶解现象,当试样加热到1 250℃保温6 h时,碳化物不仅有溶解现象,而且有明显的长大现象。VC碳化物热稳定性较高,无论加热到1 150还是1 250℃,其溶解变化均很小。     

模铸和电渣M2高速钢中碳化物的演变行为及对比

为了优化高速钢生产工艺、控制钢中碳化物,研究了不同冶炼工艺和加工工序下M2高速钢中碳化物的演变行为。采用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析以及热力学计算等方法,对模铸和电渣重熔M2高速钢中碳化物的类型、形貌、面积分数和分布进行研究和对比。结果表明,模铸M2高速钢锻造、轧制、盘圆和拉丝成材过程中网状碳化物得到破碎,但仍存在不规则一次碳化物,各工序下碳化物面积分数为4.96%、4.54%、5.05%和5.08%。电渣M2高速钢锻造后网状碳化物交叉处堆积比较严重,且比相同工序下模铸M2高速钢的面积分数高。国内某厂家和日本不二越的电渣M2高速钢二次锻造材中碳化物面积分数分别为5.47%和5.33%。M2高速钢锻造坯中碳化物为M₆C、MC、M₇C₃。存在于基体中的尺寸大、形状不规则的M₆C和MC对后续加工和成品材会产生不利影响。     

冷却速率对M2高速工具钢铸锭凝固组织的影响

试验M2钢(/%:0.81C,0.31Si,0.33Mn,4.01Cr,4.57Mo,5.71W,1.77V)由实验室25 kg高频真空感应炉熔炼,并浇铸成横截面50 mm×100 mm钢锭。研究了水冷铜模和铸铁模浇铸的M2钢的低倍组织、晶粒尺寸和碳化物分布。结果表明,快速冷却可有效控制和消除M2钢铸锭中的柱状晶,随着冷却速率增大,M2钢铸锭部分气泡上浮不完全,但中心缩孔显著减小,晶粒更细小且分布更均匀,碳化物更加弥散且细小;铸铁模锭边缘和中心部分的晶粒尺寸分别为40~57μm用和55~62μm,而水冷铜模锭边缘和中心部分的晶粒尺寸分别为30~40μm和50μm。     

热处理对超硬高速钢M42冷拔材组织和塑性的影响

采用中间退火、炉冷退火及相变退火等工艺处理W2Mo9Cr4VCo8(AISI M42)超硬高速钢冷拔钢丝(Φ5.2 mm、Φ4.96 mm),研究分析了不同组织因素对M42材料形变硬化和塑性的影响规律。结果表明,位错密度、铁素体晶粒度及亚微米级碳化物,在不同程度上影响M42高速钢形变硬化和塑性失稳行为。800℃中间退火和860炉冷退火能够显著降低铁素体位错密度,在一定程度上恢复加工硬化能力、改善M42高速钢加工塑性。860℃加热+750℃等温相变退火能够获得低位错密度、细小晶粒内部弥散分布亚微米碳化物颗粒的均匀复相组织,有利于提高材料加工硬化能力,使M42钢延伸率提升至20%。     

丝锥用Nb微合金化TGM2A-S高速钢的开发

TGM2A-S钢(/%:0.85C、0.27Si、0.24Mn、0.026P、0.007S、3.98Cr、4.76Mo、6.09W、1.83V、0.12Nb、0.03RE)是在高速钢TGM2A的基础上添加微量铌和稀土开发的新型丝锥用高速钢。TGM2A-S钢的生产工艺流程为25 t EAF-30 t LF-VD(微合金化)-铸锭(700 kg)二火锻造(85 mm方)-连轧(Φ8 mm)-冷拉(Φ6.6 mm)-加工丝锥(M6)。结果表明,原工艺:3 t中频感应炉-ESR (280 kg锭)-二火锻造(85 mm方)-连轧(Φ8 mm)-冷拉(Φ6.6 mm)-加工丝锥(M6)生产的TGM2A钢中的O和N含量分别为35.4×10^-6和123.6×10^-6,而改进工艺生产的TGM2A-S钢的O和N含量分别为15.7×10^-6和87.7×10^-6。TGM2A-S钢的丝锥切削寿命较电渣工艺生产的TGM2A钢提高20%; TGM2A-S钢的淬火晶粒为10.5级,电渣工艺生产的TGM2A钢的晶粒度为10级。     

SCM435合金冷镦钢盘条控轧控冷工艺

对150 mm×150 mm连铸坯轧制Φ12 mm SCM435合金冷镦钢(%:0.35C、0.98Cr、0.16Mo)盘条的工艺试验表明:采用1020℃加热,900℃轧制,吐丝温度控制在780～800℃,相变前冷却速度控制在1℃/s左右,该钢可以获得均匀的铁素体+珠光体组织和良好的冷镦性能。     

改善QT20CrMo含硫齿轮钢A类夹杂物的优化中心偏析的工艺实践

对A类夹杂物超标（A细>3.0级,A粗>2.5级）含硫齿轮钢QT20CrMo（/%:0.20C,0.020S,0.020Al,0.95Cr,0.20Mo）Φ16 mm轧材和150 mm×150 mm铸坯中的MnS央杂进行了分析,得出铸坯中心区域的大尺寸MnS夹杂物是轧材中超标A类夹杂物的来源,并且中心偏析严重是铸坯中心区域形成大尺寸MnS夹杂物的主要原因。通过将二次冷却比水量从0.37 L/kg提高到0.59 L/kg后,铸坯中心碳偏析指数由1.12~1.44降低至0.99~1.23,硫偏析指数由1.28~1.70降低至1.01~1.31,最大网状MnS尺寸由2 000μm降低至1 000μm。QT20CrMo钢轧材A类夹杂物合格率达100%,A细类央杂物≤2.0级的比例由25.0%提高至97.0%。