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CN113355584B - 一种高钴高钼超硬型高速钢及改善其热加工性能的方法 - Google Patents

一种高钴高钼超硬型高速钢及改善其热加工性能的方法 Download PDF

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CN113355584B CN202110652006.7A CN202110652006A CN113355584B CN 113355584 B CN113355584 B CN 113355584B CN 202110652006 A CN202110652006 A CN 202110652006A CN 113355584 B CN113355584 B CN 113355584B
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Abstract

本发明属于高速钢技术领域，具体涉及一种高钴高钼超硬型高速钢及改善其热加工性能的方法。本发明提供的改善方法，包括以下步骤：将工业纯铁、含铬原料、含钼原料、金属钨、金属钴、石墨、工业硅、含锰原料、含钒原料进行感应熔炼，得到钢水；将所述钢水浇铸得到的铸锭进行加压电渣重熔，得到电渣锭；所述加压电渣重熔过程中凝固压力为1～2MPa；将所述电渣锭依次进行高温热处理和锻造，得到高钴高钼超硬型高速钢锻件。通过提高加压电渣重熔凝固压力，提高了电渣锭冷却速率，细化了共晶碳化物；同时通过高温热处理使电渣锭中M2C共晶碳化物分解及球化，改善了碳化物的形态和尺寸，进而提高了高钴高钼超硬型高速钢的热加工性能和加工成材率。

Description

一种高钴高钼超硬型高速钢及改善其热加工性能的方法
技术领域
本发明属于高速钢技术领域，具体涉及一种高钴高钼超硬型高速钢及改善其热加工性能的方法。
背景技术
高速钢具有硬度高、耐磨性好、红硬性优良等优点，广泛应用于刀具、高载荷模具、航空高温轴承、高性能轧辊等领域。近年来，随着现代切削加工技术的迅速发展，虽然高速钢面临被硬质合金等材料替代的挑战，但因其工艺性能好，强度和韧性配合好，抗冲击能力强，可用来制造复杂精密刀具、耐冲击和振动的切削刀具，至今在刀具材料领域仍占有重要地位，特别是以M42为代表的高性能高速钢的需求依然旺盛。
目前，高速钢生产流程主要以熔炼工艺为主，即熔炼→LF+VD精炼→制成电极棒进行电渣重熔→锻造。但由于合金元素(Co、Mo、W、Cr、V等)含量高且传统电渣重熔冷却能力有限等缘故，高速钢在凝固过程中极易形成严重的碳和合金元素偏析，因而在晶界处形成粗大的网状共晶碳化物。共晶碳化物的存在既会严重割裂基体，又作为裂纹源和裂纹扩展的途径，导致高速钢晶界脆化严重，热塑性降低，进而使得高速钢在锻造和轧制等热加工过程中极易开裂，成材率低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高钴高钼超硬型高速钢及改善其热加工性能的方法。本发明通过提高加压电渣重熔过程中凝固压力，增加高温热处理步骤以及优化锻造工艺，提高了高钴高钼超硬型高速钢的热加工性能，进而提高了其加工成材率。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种改善高钴高钼超硬型高速钢热加工性能的方法，包括以下步骤：
将工业纯铁、含铬原料、含钼原料、金属钨、金属钴、石墨、工业硅、含锰原料、含钒原料进行熔炼，得到钢水；
将所述钢水浇铸得到的铸锭进行加压电渣重熔，得到电渣锭；所述加压电渣重熔过程中凝固压力为1～2MPa；
将所述电渣锭依次进行高温热处理和锻造，得到高钴高钼超硬型高速钢锻件。
优选的，所述高温热处理的温度为1100～1140℃，保温时间为6～10h；升温至热处理所需温度的升温速率为80～120℃/h。
优选的，所述加压电渣重熔的电压为33～40V，电流为2200～3000A，压力为1～2MPa。
优选的，所述熔炼包括以下步骤：
将工业纯铁、含铬原料、含钼原料、金属钨、金属钴进行感应熔炼，得到基础钢水；
将部分石墨加入所述基础钢水进行真空碳脱氧，得到预脱氧钢水；
将含锰原料、含钒原料、工业硅和剩余石墨加入所述预脱氧钢水进行合金化，得到钢水。
优选的，所述感应熔炼的温度为1480～1530℃；
优选的，所述真空碳脱氧的真空度为小于30Pa，时间为20～30min，温度为1430～1480℃。
优选的，所述合金化的温度为1430～1480℃，时间为5～10min。
优选的，所述高温热处理前还包括：将电渣锭表面涂覆涂料；所述涂料包括黏结剂和粉料，所述黏结剂和粉料的质量比优选为0.4～0.9：1；
所述粉料包括以下质量百分含量的组分：45～50％SiO2，22～26％Al2O3，14～18％SiC，2～4％CeO2，2～4％CaO，5～8％白泥；
所述粘结剂为硅酸钠水溶液，密度为1.36～1.42g/cm3。
优选的，所述锻造的开锻温度为1090～1120℃，终锻温度为960～980℃。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的高钴高钼超硬型高速钢包括以下质量百分含量的化学组分：0.9～1.2％C，8～10％Mo，7～9％Co，3～5％Cr，1～2.5％W，0.7～1.5％V，0.1～0.5％Si，0.1～0.5％Mn，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明提供了一种改善高钴高钼超硬型高速钢热加工性能的方法，包括以下步骤：将工业纯铁、含铬原料、含钼原料、金属钨、金属钴、石墨、工业硅、含锰原料、含钒原料进行熔炼，得到钢水；将所述钢水浇铸得到的铸锭进行加压电渣重熔，得到电渣锭；所述加压电渣重熔过程中凝固压力为1～2MPa；将所述电渣锭依次进行高温热处理和锻造，得到高钴高钼超硬型高速钢锻件。本发明通过提高加压电渣重熔过程中凝固压力可以有效减小铸锭和结晶器之间的气隙，增强结晶器的冷却效果，提高电渣锭的冷却速率，从而细化凝固组织、改善共晶碳化物分布，进而提高高钴高钼超硬型高速钢的热加工性能。本发明通过高温热处理使高钴高钼超硬型高速钢中亚稳态的M2C共晶碳化物发生分解，生成M6C和MC稳定型碳化物；M2C共晶碳化物的分解、断裂及球化提高了基体的连续性，改善了碳化物形态和尺寸，因而能够有效改善了高钴高钼超硬型高速钢的热加工性能，提高了其加工成材率。
附图说明
图1为实施例1制备得到的电渣锭高温热处理后的微观组织图；
图2为实施例2制备得到的电渣锭高温热处理后的微观组织图；
图3为实施例1制备得到的高钴高钼超硬型高速钢锻件的微观组织图；
图4为实施例2制备得到的高钴高钼超硬型高速钢锻件的微观组织图；
图5为实施例1制备得到的高钴高钼超硬型高速钢锻件的表面形貌图；
图6为实施例2制备得到的高钴高钼超硬型高速钢锻件的表面形貌图；
图7为对比例1制备得到的高钴高钼超硬型高速钢锻件的表面形貌图。
具体实施方式
本发明提供了一种改善高钴高钼超硬型高速钢热加工性能的方法，包括以下步骤：
将工业纯铁、含铬原料、含钼原料、金属钨、金属钴、石墨、工业硅、含锰原料、含钒原料进行熔炼，得到钢水；
将所述钢水浇铸得到的铸锭进行加压电渣重熔，得到电渣锭；所述加压电渣重熔过程中凝固压力为1～2MPa；
将所述电渣锭依次进行高温热处理和锻造，得到高钴高钼超硬型高速钢锻件。
本发明将工业纯铁、含铬原料、含钼原料、金属钨、金属钴、石墨、工业硅、含锰原料、含钒原料进行熔炼，得到钢水。在本发明中，所述熔炼优选包括以下步骤：
将工业纯铁、含铬原料、含钼原料、金属钨、金属钴进行感应熔炼，得到基础钢水；
将部分石墨加入所述所述基础钢水进行真空碳脱氧，得到预脱氧钢水；
将含锰原料、含钒原料、工业硅和剩余石墨加入所述预脱氧钢水进行合金化并浇铸，得到铸锭。
本发明将工业纯铁、含铬原料、含钼原料、金属钨、金属钴进行感应熔炼，得到基础钢水。在本发明中，所述含铬原料优选包括金属铬或铬铁，更优选为金属铬。在本发明中，所述含钼原料优选包括金属钼或钼铁，更优选为金属钼。本发明对所述工业纯铁、含铬原料、含钼原料、金属钨、金属钴的质量比无特殊要求，根据所需高速钢的化学组分的含量进行配比即可。
在本发明中，所述感应熔炼优选为真空感应熔炼；所述真空感应熔炼的真空度优选为10Pa以下，更优选为5～8Pa；所述真空感应熔炼的温度优选为1480～1530℃，更优选为1500～1510℃。
得到基础钢水后，本发明将部分石墨加入所述基础钢水中进行真空碳脱氧，得到预脱氧钢水。在本发明中，所述部分石墨占石墨总质量的质量百分含量优选为40～80％，更优选为50～60％。在本发明中，所述石墨的总质量和铸锭中碳的质量比优选为1.03～1.08：1，更优选为1.05～1.07：1。在本发明中，所述石墨用于形成目标高速钢中的碳以外还用于脱氧。
在本发明中，所述将部分石墨加入基础钢水的过程优选在保护气氛下进行，所述保护气氛优选为纯度≥99.999％的氩气，所述保护气氛的压力优选为0.01～0.05MPa，更优选为0.02～0.03MPa。在本发明中，所述真空碳脱氧优选在真空的条件下进行，所述真空条件的真空度优选为小于30Pa，更优选为10～20Pa。在本发明中，所述真空碳脱氧的温度优选为1430～1480℃，更优选为1450～1470℃。在本发明中，所述真空碳脱氧的时间优选为20～30min，更优选为20～25min。
在本发明中，所述真空碳脱氧能够有效降低钢液中氧含量，有助于提高电渣锭的洁净度，避免氧元素恶化高钴高钼超硬型高速钢的热塑性。
得到预脱氧钢水后，本发明将含锰原料、含钒原料、工业硅和剩余石墨加入所述预脱氧钢水进行合金化，得到钢水。在本发明中，所述含锰原料优选包括金属锰和电解锰，更优选为金属锰。在本发明中，所述含钒原料优选包括金属钒或钒铁，更优选为金属钒。本发明对所述工业硅、含锰原料、含钒原料的质量比无特殊要求，根据所需高速钢的化学组分的含量进行配比即可。
在本发明中，将含锰原料、含钒原料、工业硅和剩余石墨加入所述预脱氧钢水中，优选将含锰原料、含钒原料、工业硅和剩余石墨依次添加至预脱氧钢水中；添加含锰原料、含钒原料、工业硅和剩余石墨的时间间隔优选为1～3min，更优选为2min。本发明优选在添加过程中进行合金化。在本发明中，所述合金化过程优选在保护气氛下进行，所述保护气氛优选为纯度≥99.999％的氩气，所述保护气氛的压力优选为0.01～0.03MPa，更优选为0.02～0.03MPa。在本发明中，所述合金化的温度优选为1430～1480℃，更优选为1450～1470℃。
在本发明中，将含锰原料、含钒原料、工业硅和剩余石墨加入所述预脱氧钢水后还优选包括添加镁合金和稀土，进行深度脱氧和深度脱硫。在本发明中，所述镁合金优选包括镍镁合金或铁镁合金，更优选为镍镁合金。在本发明中，所述镁合金中镁的质量百分含量优选为5～20％。在本发明中，所述稀土优选包括铈或镧，更优选为铈。在本发明中，以一吨高钴高钼超硬型高速钢为基准，所述镁合金中镁的添加量优选为0.006～0.012kg，更优选为0.008～0.10kg；所述稀土的添加量优选为0.3～0.6kg，更优选为0.4～0.5kg。
本发明通过向钢液中添加镁合金和稀土，能够进一步降低钢液中氧、硫杂质，有助于提高电渣锭的洁净度，避免氧、硫杂质元素恶化高钴高钼超硬型高速钢的热塑性。
得到钢水后，本发明将所述钢水浇铸得到的铸锭进行加压电渣重熔，得到电渣锭；所述加压电渣重熔过程中凝固压力为1～2MPa。
在本发明中，浇铸时钢水的温度优选为1430～1480℃，更优选为1450～1470℃。在本发明中，所述浇铸前还优选包括：将钢水在浇铸温度下保温。在本发明中，所述保温的时间优选为2～4min，更优选为3min。本发明对所述浇铸无特殊要求，采用本领域常规的方式即可。
在本发明中，所述加压电渣重熔优选在加压电渣重熔炉中进行。本发明优选对铸锭进行锻造得到适应所述加压电渣重熔炉结晶器尺寸的自耗电极。本发明对所述自耗电极的尺寸无特殊限定，只要能够适应加压电渣重熔炉结晶器尺寸即可。在本发明的实施例中，自耗电极为直径为80mm的棒材。在本发明中，所述加压电渣重熔前还优选包括：将所述自耗电极焊接到假电极上，并将所述假电极与电极夹持器连接；将引弧屑放置于加压电渣重熔炉底水箱中心处的引弧环中；将预熔渣烘烤后加入加压电渣重熔炉结晶器内进行起弧造渣。
本发明将所述自耗电极焊接到假电极上之前还优选包括：将自耗电极表面磨光。在本发明中，本发明对所述磨光的具体操作没有特殊的限定，采用本领域常规的磨光操作即可。本发明将自耗电极四周磨光，去除氧化皮，可防止电渣锭中增氧。
在本发明中，所述引弧屑的材质优选与目标高速钢的材质相同。在本发明的实施例中，所述引弧屑的用量优选为0.25～0.35kg，更优选为0.28～0.32kg。在本发明中，所述引弧环和加压电渣重熔炉结晶器之间优选设置垫片，所述垫片的材质优选为铸铁。在本发明的实施例中所述垫片的直径优选为108～112mm，更优选为110mm；所述垫片的厚度优选为8～12mm，更优选为10mm。在本发明中，所述自耗电极、引弧屑和加压电渣重熔炉底水箱紧密接触，保证通电后有电流通过。
在本发明中，以质量百分含量计，所述预熔渣为优选包括55～65％CaF2，15～25％CaO，15～25％Al2O3和不可避免的杂质；更优选为58～62％CaF2，18～22％CaO，18～22％Al2O3和不可避免的杂质。在本发明中，所述预熔渣的用量优选为3～3.6kg，更优选为3.3～3.5kg。在本发明中，所述烘烤的温度优选为600～800℃，更优选为650～750℃；时间优选为6～10h，更优选为8～9h。
在本发明中，所述起弧造渣前还优选包括：向加压电渣重熔炉内通入氩气。所述氩气的纯度优选为≥99.999％，所述通入氩气的流量优选为10～20NL/min，更优选为12～15NL/min，时间优选为4～10min，更优选为5～8min。本发明通过通入氩气除去加压电渣重熔炉中的空气。在本发明中，所述起弧造渣的电压优选为25～33V，更优选为28～30V；电流优选为1200～2100A，更优选为1600～2000A；时间优选为7～15min，更优选为10～15min。
在本发明中，所述加压电渣重熔的电压优选为33～40V，更优选为35～40V；电流优选为2200～3000A，更优选为2200～2500A。在本发明中，所述电压和电流的波动优选小于5％。在本发明中，所述加压电渣重熔的熔速优选按照式1确定：
v＝(0.35～0.45)×D kg/h 式1；
其中D为加压电渣重熔炉结晶器尺寸，单位为mm。在本发明的实施例中，所述熔速具体为50kg/h。在本发明中，所述熔速波动优选小于5％。在本发明中，所述加压电渣重熔的压力优选为1～2MPa，更优选为1.5～1.8MPa。在本发明中，所述压力优选向加压电渣重熔炉的熔炼室内通过通入氩气形成。在本发明中，所述加压电渣重熔过程中凝固压力为1～2MPa，优选为1.5～1.8MPa，所述凝固压力指的是熔炼室内的气体压力。本发明优选向加压电渣重熔炉熔炼室充氩气的同时提高结晶器夹套内的冷却水压力，使冷却水的压力与熔炼室内压力保持一致。在本发明中，所述加压电渣重熔的冷却方式是冷却水冷却。
在本发明中，所述加压电渣重熔后还优选包括：采用逐渐降低电流的方式进行补缩填充；关闭电源，泄压，取出电渣锭。
本发明采用逐渐降低电流的方式进行补缩填充。在本发明中，所述降低电流的方式优选为每次降低500～1000A，更优选为600～800A，以确保补缩填充充分，保证补缩端面平整。在本发明中，所述降低电流的频次优选为3～5min/次，更优选为4min/次。
补缩填充完成后，本发明关闭电源，泄压，取出电渣锭。在本发明中，所述泄压优选为降低加压电渣重熔炉内和结晶器中的压力，泄压后压力为常压。本发明取出电渣锭后优选将所述电渣锭置于保温罩中进行缓慢冷却，以防止开裂。
得到电渣锭后，本发明将所述电渣锭依次进行高温热处理和锻造，得到高钴高钼超硬型高速钢锻件。在本发明中，所述高温热处理前还优选包括：将电渣锭表面涂覆涂料。在本发明中，所述涂料优选包括黏结剂和粉料。在本发明中，所述黏结剂优选为硅酸钠水溶液(水玻璃)，所述黏结剂的密度优选为1.36～1.42g/cm3。在本发明中，所述粉料优选包括以下质量百分含量的组分：45～50％SiO2，22～26％Al2O3，14～18％SiC，2～4％CeO2，2～4％CaO，5～8％白泥；以质量百分含量计，所述粉料优选包括45～50％SiO2，更优选为46～48％。以质量百分含量计，所述粉料优选包括22～26％Al2O3，更优选为23～25％。在本发明中，低熔点的硅酸钠在高温下熔融成膜将二氧化硅和三氧化二铝粘结，形成致密的玻璃状涂膜，对电渣锭在高温阶段进行防护。以质量百分含量计，所述粉料优选包括14～18％SiC，更优选为15～17％。在本发明中，所述SiC与O2反应降低了涂层周围的氧势，增加了涂层低温阶段的防护效果。以质量百分含量计，所述粉料优选包括2～4％CeO2，更优选为2.5～3.5％。在本发明中，所述二氧化铈能够改善涂层和电渣锭的黏着力，使涂层在高温下仍能与电渣锭紧密结合。以质量百分含量计，所述粉料优选包括2～4％CaO，更优选为2.5～3.5％。在本发明中，所述氧化钙能够改善高温下涂层的流动性和润滑性，使涂料均匀覆盖在电渣锭表面。以质量百分含量计，所述粉料还优选包括5～8％白泥，更优选为6～7％。
在本发明中，所述粉料的平均粒度优选为100～200目，更优选为100～150目。在本发明中，所述黏结剂和粉料的质量比优选为0.4～0.9：1，更优选为0.5～0.7：1。在本发明中，所述涂覆后涂层的厚度优选为0.3～0.6mm，更优选为0.4～0.5mm。
在本发明中，所述涂料具有良好的化学稳定性、适中的表面张力、较强的黏着性、较好的润湿性和耐高温性。本发明通过在电渣锭表面涂覆涂料能够避免电渣锭在热处理过程中发生严重氧化和脱碳；同时能够显著减小电渣锭在热处理过程中的氧化烧损量和脱碳层厚度。
在本发明中，所述涂覆后还优选包括：将涂覆涂料的电渣锭进行干燥。在本发明中，所述干燥的温度优选为20～50℃，更优选为25～40℃；时间优选为8～15h，更优选为9～12h。
在本发明中，所述高温热处理的温度优选为1100～1140℃，更优选为1120～1130℃；保温时间优选为6～10h，更优选为6～8h。在本发明中，升温至热处理所需温度的升温速率优选为80～120℃/h，更优选为80～100℃/h。在本发明中，所述升温的初始温度优选为小于200℃，更优选为小于150℃。在本发明中，所述高温热处理过程中会使亚稳态的M2C共晶碳化物发生分解反应，生成M6C和MC稳定型碳化物；所述分解反应如式1所示：
M2C+γ(Fe)→M6C+MC 式1。
在本发明中，所述锻造前还优选包括：将锤砧进行预热；所述预热后的温度优选为150～200℃。在本发明中，所述锻造的开锻温度优选为1090～1120℃，更优选为1100～1110℃；终锻温度优选为960～980℃，更优选为970～980℃。在本发明中，当锻造物温度在1050℃以上时，优选为轻击以防止钢锭开裂；当锻造物温度为980～1050℃时，优选为重击，以保证能够打碎锻造物中的碳化物。在本发明中，所述锻造的次数优选为3～5次，所述锻造的总锻造比优选为12～16。
本发明通过在不同锻造温度下选择不同的击打程度能够减轻电渣锭在锻造过程中的开裂倾向，同时能够使电渣锭中粗大的共晶碳化物破碎，得到碳化物细小的分布均匀的组织。本发明在大的锻造比下进行锻造，能够使高速钢充分变形，可有效打碎铸态组织，进而减小碳化物尺寸，并使碳化物均匀分布。
在本发明中，所述锻造后还优选包括：将锻造后的产物进行降温，所述降温的降温速率优选为80～120℃/h，更优选为80～100℃/h。在本发明中，所述降温优选包括将锻造后产物在加热炉内随炉降温或在锻造后的产物表面覆盖保温材料进行降温。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的高速钢包括以下质量百分含量的化学组分：
Figure BDA0003111940730000091
Figure BDA0003111940730000101
在本发明中，所述高速钢优选包括以下质量百分含量的化学组分：
Figure BDA0003111940730000102
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
本发明实施例中，感应熔炼在50kg真空感应炉内进行，其中极限真空度为0.1Pa，装炉量为40～45kg。
本发明实施例中，加压电渣重熔在50kg加压电渣重熔炉内进行，加压电渣重熔炉最高压力为7MPa，电源额定功率为500kW，结晶器内径D为130mm，自耗电极重量为30～50kg。
本发明实施例中，工业纯铁含铁99.9wt％，金属铬纯度为99.15wt％，金属钼纯度为99.98wt％，金属钴纯度为99.94wt％，金属钨纯度为99.95wt％，金属钒纯度为≥99.9wt％，工业硅纯度为99.93wt％，金属锰纯度为97.65wt％，石墨纯度≥99.9wt％，镍镁合金含镁19.65wt％、含镍80.37wt％，铈纯度≥99.5wt％，各步骤中的氩气纯度≥99.999％。
本发明实施例中，预熔渣的成分为CaF2：60±1％，Al2O3：20±1％，CaO：20±1％，余量为不可避免杂质。
实施例1
将31.248kg工业纯铁、1.575kg金属铬、3.99kg金属钼、0.63kg金属钨、3.36kg金属钴置于真空感应炉内的坩埚中，在温度为1505℃真空度为5Pa的条件下进行感应熔炼，得到基础钢水；
向真空感应炉中充入纯度≥99.999％的氩气使炉内压力为0.025MPa，在氩气气氛下向所述初级钢水中添加0.255kg石墨(目标成分基础上多加5％)，石墨熔清后启动真空泵进行真空碳脱氧，真空碳脱氧的真空度为15Pa，温度为1480℃，时间为24min，得到预脱氧钢水；
向炉内充入纯度≥99.999％的氩气使炉内压力为0.02MPa，在1480℃下向所述预脱氧钢水中依次(间隔2min)添加、0.126kg金属锰、0.483kg金属钒、0.126kg工业硅、0.230kg石墨、0.042kg镍镁合金和0.021kg铈，得到钢水；
将所述钢水在1470℃保温3min后进行浇铸，得到铸锭；将所述铸锭进行锻造，得到直径Φ＝80mm的自耗电极，并焊接到假电极上，将假电极与电极夹持器连接；
将0.32kg引弧屑(1.1％C，0.3％Si，0.3％Mn，3.75％Cr，9.5％Mo，8％Co，1.5％W，1.15％V和余量的Fe)置于加压电渣重熔炉底水箱中心位置的引弧环中(自耗电极、引弧屑和加压电渣重熔炉底水箱紧密接触)；其中引弧环和水箱之间放置直径为110mm、厚度为10mm、材质为铸铁的垫片；
将3.35kg预熔渣在650℃温度下烘烤8h后加入加压电渣重熔炉结晶器内，然后将加压电渣炉密闭；开启供水系统将常压冷却水通入结晶器内；向加压电渣重熔炉内通入流量为15NL/min的氩气6min；在电压为28V、电流为1600A的条件下进行起弧造渣12min；
起弧造渣结束后，向加压电渣重熔炉的熔炼室内通入氩气，使加压电渣重熔炉熔炼室内的压力为1.8MPa，同时使加压电渣重熔炉结晶器夹套内的冷却水的压力为1.8MPa，在电压为37V、电流为2300A的条件下进行加压电渣重熔(熔速为50kg/h)；
自耗电极冶炼终了时，采用逐渐降低电流的方式进行补缩填充，每间隔4min降低一次电流，每次降低电流550A；
补缩结束后，关闭交流电源，打开加压电渣炉放气阀泄压，同步降低加压电渣炉结晶器内的冷却水压力至常压，得到电渣锭；将所述电渣锭置于保温罩中进行冷却；
在所述电渣锭表面涂覆厚度为0.4mm的涂料(粉料组成：48％SiO2，24％Al2O3，16％SiC，3％CeO2，3％CaO，6％白泥；粘结剂为密度1.38g/cm3的硅酸钠水溶液；粘结剂和粉料的质量比为0.6：1)，然后25℃下干燥12h；将涂覆有涂料的电渣锭置于起始温度为150℃的加热炉内按照100℃/h的升温速率升温至1130℃，高温热处理6h；
将锤砧预热到150℃，对热处理后的电渣锭进行锻造(开锻温度为1100℃，终锻温度为980℃)，其中温度在1050℃以上时轻击，温度为980～1050℃时重击，温度低于980时送回加热炉重新加热；重复锻造3次，得到锻造成直径为40mm的圆棒，总锻造比为12；，然后将锻造后产物置于加热炉内按照100℃/h的降温速率降温至室温，得到高钴高钼超硬型高速钢锻件。
实施例2
将31.992kg工业纯铁、1.613kg金属铬、4.085kg金属钼、0.645kg金属钨、3.440kg金属钴置于感应炉内的坩埚内，在温度为1515℃真空度为7Pa的条件下进行感应熔炼，得到基础钢水；
向真空感应炉中充入纯度≥99.999％的氩气使炉内压力为0.026MPa，在氩气气氛下向所述基础钢水中添加0.261kg石墨(目标成分基础上多加0.059％)，石墨熔清后启动真空泵进行真空碳脱氧，真空碳脱氧的真空度为12Pa，温度为1475℃，时间为25min，得到预脱氧钢水；
向炉内充入纯度≥99.999％的氩气使炉内压力为0.03MPa，在1475℃下向所述预脱氧钢水中依次(间隔2min)添加、0.129kg金属锰、0.495kg金属钒、0.129kg工业硅、0.240kg石墨、0.043kg镍镁合金和0.022kg铈进行合金化，得到钢水；
将所述钢水冷却至1472℃，保温3min后进行浇铸，得到铸锭；将所述铸锭进行锻造，得到直径Φ＝80mm的自耗电极，并焊接到假电极上，将假电极与电极夹持器连接；
将0.33kg引弧屑(1.1％C，0.3％Si，0.3％Mn，3.75％Cr，9.5％Mo，8％Co，1.5％W，1.15％V和余量的Fe)置于加压电渣重熔炉底水箱中心位置的引弧环中(自耗电极、引弧屑和加压电渣重熔炉底水箱紧密接触)；其中引弧环和水箱之间设置直径为110mm、厚度为10mm、材质为铸铁的垫片；
将3.35kg预熔渣在650℃温度下烘烤8h后加入加压电渣重熔炉结晶器内，然后将加压电渣炉密闭；开启供水系统将常压冷却水通入结晶器内；向加压电渣重熔炉内通入流量为15NL/min的氩气6min；在电压为27V、电流为1600A的条件下进行起弧造渣12min；
起弧造渣结束后，向加压电渣重熔炉的熔炼室内通入氩气，使加压电渣重熔炉熔炼室内的压力为1.8MPa，同时使加压电渣重熔炉结晶器夹套内的冷却水的压力为1.8MPa，在电压为38V、电流为2250A的条件下进行加压电渣重熔(熔速为50kg/h)；
自耗电极冶炼终了时，采用逐渐降低电流的方式进行补缩填充，每间隔4min降低一次电流，每次降低电流550A；
补缩结束后，关闭交流电源，打开加压电渣炉放气阀泄压，同步降低加压电渣炉结晶器内的冷却水压力至常压，得到电渣锭；将所述电渣锭置于保温罩中进行冷却；
在所述电渣锭表面涂覆厚度为0.45mm的涂料(粉料组成：48％SiO2，24％Al2O3，16％SiC，3％CeO2，3％CaO，6％白泥；粘结剂为密度1.38g/cm3的硅酸钠水溶液；粘结剂和粉料的质量比为0.6：1)后27℃下干燥10h；将涂覆有涂料的电渣锭置于起始温度为100℃的加热炉内按照100℃/h的升温速率升温至1120℃，高温热处理8h；
将锤砧预热到150℃，对热处理后的电渣锭进行锻造(开锻温度为1100℃，终锻温度为980℃)，其中温度在1050℃以上时轻击，温度为980～1050℃时重击，温度低于980时送回加热炉重新加热；重复锻造3次，得到直径为40mm的圆棒，总锻造比为12；然后将锻造后产物置于加热炉内按照90℃/h的降温速率降温至室温，得到高钴高钼超硬型高速钢锻件。
对比例1
将30.504kg工业纯铁、1.538kg金属铬、3.895kg金属钼、0.615kg金属钨、3.280kg金属钴置于感应炉内的坩埚内，在温度为1490℃真空度为6Pa的条件下进行感应熔炼，得到基础钢水；
向真空感应炉中充入纯度≥99.999％的氩气使炉内压力为0.025MPa，在氩气气氛下向所述基础钢水中添加0.244kg石墨(目标成分基础上多加5％)，石墨熔清后启动真空泵进行真空碳脱氧，真空碳脱氧的真空度为14Pa，温度为1510℃，时间为25min，得到预脱氧钢水；
向炉内充入纯度≥99.999％的氩气使炉内压力为40kPa，在1505℃下向所述预脱氧钢水中依次(间隔3min)添加0.123kg金属锰、0.472kg金属钒、0.123kg工业硅、0.230kg石墨、0.041kg镍镁合金和0.020kg铈得到合金化钢水；
将所述合金化钢水冷却至1467℃，保温3min后进行浇铸，得到铸锭；将所述铸锭进行锻造，得到直径Φ＝80mm的自耗电极，并焊接到假电极上，将假电极与电极夹持器连接；
将0.33kg引弧屑(1.1％C，0.3％Si，0.3％Mn，3.75％Cr，9.5％Mo，8％Co，1.5％W，1.15％V和余量的Fe)置于加压电渣重熔炉底水箱中心位置的引弧环中(自耗电极、引弧屑和加压电渣重熔炉底水箱紧密接触)；其中引弧环和水箱之间设置直径为110mm、厚度为10mm、材质为铸铁的垫片；
将3.3kg预熔渣在650℃温度下烘烤9h后加入加压电渣重熔炉结晶器内，然后将加压电渣炉密闭；开启供水系统将常压冷却水通入结晶器内；向加压电渣重熔炉内通入流量为15NL/min的氩气6min；在电压为28V、电流为1600A的条件下进行起弧造渣13min；
起弧造渣结束后，向加压电渣重熔炉熔炼室内通入氩气，使加压电渣重熔炉熔炼室内的压力为0.1MPa，同时使加压电渣重熔炉结晶器夹套内的冷却水的压力为0.1MPa，在电压为37V、电流为2250A的条件下进行加压电渣重熔(熔速为50kg/h)；
在自耗电极冶炼终了时，采用逐渐降低电流的方式进行补缩填充，每间隔4min降低一次电流，每次降低电流550A；
补缩结束后，关闭交流电源，打开加压电渣炉放气阀泄压，同步降低加压电渣炉结晶器内的冷却水压力至常压，得到电渣锭；将所述电渣锭置于保温罩中进行冷却；
在所述电渣锭表面涂覆厚度为0.4mm的涂料(粉料组成：48％SiO2，24％Al2O3，16％SiC，3％CeO2，3％CaO，6％白泥；粘结剂为密度1.38g/cm3的硅酸钠水溶液；粘结剂和粉料的质量比为0.6：1)后室温25℃下干燥12h；将砧预热到150℃，将涂覆有涂料的电渣锭置于温度为150℃的加热炉内升温至1120℃，保温1h后进行锻造(开锻温度为1100℃，终锻温度为980℃)，其中温度在1050℃以上时轻击，温度为980～1050℃时重击，温度低于980时送回加热炉重新加热；重复锻造3次，得到直径为40mm的圆棒，总锻造比为12；然后将锻造后产物置于加热炉内按照90℃/h的降温速率降温至室温，得到高钴高钼超硬型高速钢锻件。
利用金相显微镜对实施例1和2制备得到的电渣锭高温热处理后的微观组织进行观察，得到微观组织图，如图1和2所示。所述观察试样取自实施例1和2制备得到的电渣锭的1/2半径部位。由图1和2可知，按照本发明提供的制备方法制备得到的高速钢中M2C共晶碳化物发生充分分解、断裂和球化，改善了碳化物的形态和尺寸。
利用金相显微镜对实施例1和2制备得到的高钴高钼超硬型高速钢锻件的微观组织进行观察，得到微观组织图，如图3和4所示。所述观察试样取自实施例1和2制备得到的高钴高钼超硬型高速钢锻件的中心部位。由图3和图4可知，按照本发明提供的制备方法制备得到的高速钢中的碳化物细小弥散且分布均匀。
图5～7分别为实施例1、2和对比例1制备得到的高钴高钼超硬型高速钢锻件的表面形貌图。对比图5～7可以看出，按照本发明的制备方法制备得到的高速钢经过锻造后表面质量良好，无裂纹缺陷，而对比例制备得到的高速钢经过锻造后出现开裂且表面出现较深的横向裂纹，说明按照本发明提供的制备方法制备得到的高速钢具有良好的热加工性能。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (7)

1.一种改善高钴高钼超硬型高速钢热加工性能的方法，包括以下步骤：
将工业纯铁、含铬原料、含钼原料、金属钨、金属钴、石墨、工业硅、含锰原料、含钒原料进行熔炼，得到钢水；
将所述钢水浇铸得到的铸锭进行加压电渣重熔，得到电渣锭；所述加压电渣重熔过程中凝固压力为1~1.8MPa；
将所述电渣锭依次进行高温热处理和锻造，得到高钴高钼超硬型高速钢锻件；所述高温热处理的温度为1100~1140℃，保温时间为6~10h；升温至热处理所需温度的升温速率为80~120℃/h；所述高钴高钼超硬型高速钢锻件包括以下质量百分含量的化学组分：0.9~1.2% C，8~10% Mo，7~9% Co，3~5% Cr，1~2.5% W，0.7~1.5% V，0.1~0.5% Si，0.1~0.5% Mn，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述锻造的开锻温度为1090~1120℃，终锻温度为960~980℃；所述锻造的次数为3~5次，所述锻造的总锻造比为12~16；当锻造物温度在1050℃以上时，为轻击以防止钢锭开裂；当锻造物温度为980~1050℃时，为重击以保证能够打碎锻造物中的碳化物。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述加压电渣重熔的电压为33~40V，电流为2200~3000A，压力为1~2MPa。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述熔炼包括以下步骤：
将工业纯铁、含铬原料、含钼原料、金属钨、金属钴进行感应熔炼，得到基础钢水；
将部分石墨加入所述基础钢水进行真空碳脱氧，得到预脱氧钢水；
将含锰原料、含钒原料、工业硅和剩余石墨加入所述预脱氧钢水进行合金化，得到钢水。
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述感应熔炼的温度为1480~1530℃。
5.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述真空碳脱氧的真空度为小于30Pa，时间为20~30min，温度为1430~1480℃。
6.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述合金化的温度为1430~1480℃，时间为5~10min。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述高温热处理前还包括：将电渣锭表面涂覆涂料；所述涂料包括黏结剂和粉料，所述黏结剂和粉料的质量比为0.4~0.9：1；
所述粉料包括以下质量百分含量的组分：45~50% SiO2，22~26% Al2O3，14~18% SiC，2~4% CeO2，2~4% CaO，5~8%白泥；
所述黏结剂为硅酸钠水溶液，密度为1.36~1.42g/cm3。
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