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高速钢具有高硬度、高耐磨性、优异的红硬性等优点,是制造加工业不可或缺的基础材料。目前,我国高速钢生产仍然依赖模铸-电渣流程,生产效率低下,生产成本较高。开展连铸工艺相关基础研究,将有助于高速钢连铸的实现,进而优化高速钢的生产工艺流程。以高速钢连铸的实现为研究目标,通过实验室模拟实验及相关检测分析,明确了 M2钢凝固过程冷却速率与元素偏析、碳化物析出、晶粒尺寸的关系;通过理论分析,分析了 M2钢凝固过程的碳化物析出的热力学及裂纹敏感性。通过ProCAST软件模拟、实验室规模的M2钢连铸试验研究,研究了连铸工艺参数对M2钢连铸坯质量的影响,提出并优化了适应于M2钢连铸的铸坯断面及连铸工艺参数。研究结果如下:M2钢凝固过程冷却速率与元素偏析、碳化物析出、晶粒尺寸的关系研究表明:(1)1.5 K/s的冷却速率下M2钢凝固过程的包晶反应充分进行,时长为32.7 s,在γ晶界上存在裂纹;10 K/s冷却速率下凝固过程时长仅为5.7s,包晶反应得到抑制,未观察到包晶反应和晶界裂纹。M2钢铸态凝固组织中晶粒尺寸(DL)与冷却速率(CR)之间的关系式为:DL=93.9CR-0.33。(2)随着冷却速率的减小M2钢共晶碳化物类型均为M2C,其形貌的变化规律为:单层片层状→棒状→蜂窝状→多层弯曲片层状→多层平直片层状。M2钢凝固过程的碳化物析出的热力学及裂纹敏感性分析表明:(1)M2钢凝固过程中W2C和Mo2C分别在1504 K和1503 K具有析出的热力学条件,当温度降到固相线以下时,有二次碳化物VC、Mo2C和W2C先后在1475 K、549 K和333 K析出。(2)M2钢裂纹敏感性较高,凝固过程的冷却速率为0.5 K/s-50 K/s时,M2钢内裂纹敏感性指数均大于0.68。适应于M2钢连铸的铸坯断面及连铸工艺参数为:(1)断面从Φ100 mm增大到Φ150 mm时,M2钢连铸坯横截面上网状碳化物的平均厚度从16.2 μm增大到27.9 μm,平均厚度的标准差降低了 31.1%;平均晶粒直径从55.7 μm增大到113.2 μm,平均晶粒尺寸的标准差降低了23.8%。(2)二冷区电磁搅拌(1000A/5Hz)能有效抑制M2钢连铸坯皮下疏松和缩孔,细化、弥散M2钢连铸坯的凝固组织,尤其对凝固组织分布的均匀性有着特别显著的效果,且效果优于增大二冷强度的效果。开启二冷区电磁搅拌比未开启二冷区电磁搅拌的Φ150 mm M2钢连铸坯的晶粒尺寸标准差和碳化物厚度标准差分别减小了 47.4%和37.2%。(3)适合断面为135 mm×135 mm的M2钢的立式连铸工艺为:拉速1.0 m/min、过热度为30℃、结晶器电磁搅拌应小于200 A/2Hz,需增设搅拌强度小于1000A/5Hz的二冷区电磁搅拌,连铸坯表面温度降低至943℃时采用保温+缓慢冷却,在该工艺条件下连铸坯的凝固系数为25.3 mm/min1/2。