[发明专利]一种定向凝固高硼高钒高速钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种定向凝固高硼高钒高速钢及其制备方法，将生铁、废钢、低碳铬铁、锰铁、硼铁、钒铁、工业纯铁、钼铁、钨铁、硅铁和/或钛铁作为原材料，在1580～1600℃进行熔炼处理，然后进行精炼处理得到高硼高钒高速钢钢水；对高硼高钒高速钢钢水进行过热保温处理，然后控制浇注温度1420～1430℃进行定向凝固处理，待温度降到室温后制备得到定向凝固高硼高钒高速钢。本发明中的高硼高钒高速钢采用定向凝固工艺制备，通过定向凝固技术可较好的控制凝固组织的晶粒取向，使得高硼高速钢呈现出一定的取向，形成连续柱状晶组织，使得材料的各项性能得到很大提高，相比于普通高硼高速钢有了更好的性能。

技术领域

本发明属于定向凝固金属耐磨材料技术领域，具体涉及一种定向凝固高硼高钒高速钢及其制备方法。

背景技术

高速钢是应用较早且广泛的耐磨材料，主要由两种基本组成物构成：一是硬质相碳化物，它使得高速钢的耐磨性较好；二是包裹在碳化物周围的金属基体，它使高速钢有比较好的韧性和吸收冲击的能力。在高速钢的合金元素中，钒对高速钢有着显著的影响。钒有利于MC型碳化物的形成，也会明显的促进层片状M₂C型碳化物的形成，抵制骨骼状M₆C型碳化物的形成，从而提高高速钢的耐磨性。金属材料中硬质相取向对材料的整体性能有重要影响，同一种材料的不同硬质相取向使得整体合金表现出不同的性能，在摩擦磨损过程中，当材料耐磨相的取向发生改变时，材料的耐磨性呈现出巨大的差异。

高硼高速钢基体组织由马氏体基体组成，基体上分布了大量的高硬度硼碳化物，这种硼碳化物通常呈网状分布于基体。高硼高速钢硬度高，但是共晶硼碳化物自身脆性大、组织粗大，且呈网状分布于基体，导致高硼高速钢脆性大，所制造的热轧辊在服役过程中易出现剥落、开裂和耐磨性不足等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种定向凝固高硼高钒高速钢及其制备方法，实现高硼高速钢中硼碳化物尺度、形态及分布的有效控制和硼碳化物的取向性细化、韧化，同步实现高硼高速钢的特殊组织取向和优异的性能取向性协调一致，大幅提升了该材料的服役周期和使用性能，为高硼高速钢这一新型耐磨材料的开发提供新思路。

本发明采用以下技术方案：

一种定向凝固高硼高钒高速钢的制备方法，包括以下步骤：

S1、将生铁、废钢、低碳铬铁、锰铁、硼铁、钒铁、工业纯铁、钼铁、钨铁、硅铁和/或钛铁作为原材料，在1580～1600℃进行熔炼处理，然后进行精炼处理得到高硼高钒高速钢钢水；

S2、对步骤S1精炼完成后的高硼高钒高速钢钢水进行过热保温处理，然后控制浇注温度1420～1430℃进行定向凝固处理，待温度降到室温后制备得到定向凝固高硼高钒高速钢。

具体的，步骤S1的原材料中，生铁的质量分数为4.893％～4.894％，废钢的质量分数为25.176％～25.177％，低碳铬铁的质量分数为8.520％～8.521％，锰铁的质量分数为1.038％～1.039％，硼铁的质量分数为10.899％～10.900％，钒铁的质量分数为4.148％～4.149％，工业纯铁的质量分数为41.850％～41.860％，钼铁的质量分数为1.121％～1.122％，钨铁的质量分数为1.554％～1.555％，硅铁的质量分数为0.463％～0.464％，钛铁的质量分数为0.335％～0.336％。

具体的，步骤S1中，熔炼和精炼具体为：

先加废钢、生铁和工业纯铁，然后加入钼铁、低碳铬铁、钨铁、钒铁、锰铁和硅铁，当炉温为1550～1600℃时，加入硼铁和钛铁，然后用钢液进行烫包处理，随后在炉底中加入0.148～0.152g铝丝脱氧，采用炉底脱氧法，烫包后的钢水回炉，并在炉底吹氩气精炼8～15min。

具体的，步骤S1中，使用水玻璃砂造型，氧化铝涂料作为铸型侧面的内表面涂料，涂料层的平均厚度为0.8～1.1mm。