磁場電場復合作用下離心鑄造高硼高速鋼軋輥的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及高硼高速鋼軋輥，特別涉及磁場電場復合作用下離心鑄造高硼高速鋼軋輥的方法。在高硼高速鋼軋輥離心鑄造過程中，在鑄模外安置固定的穩(wěn)恒磁場，使鑄型中心部位的磁感應強度在0.01-0.7T，同時，在鑄模兩端分別安裝導電環(huán)并與電極接觸，離心澆鑄過程中對處于凝固過程中的鑄件通入脈沖電流，脈沖電流的電壓為100V-1500V，頻率10-20Hz，脈沖寬度在15-25μs，利用脈沖電場的震蕩以及磁場內(nèi)帶電旋轉鑄件形成的電磁震蕩作用改變高硼高速鋼軋輥凝固過程中析出硬質(zhì)相的形態(tài)，并利用離心鑄造的作用控制硬質(zhì)相的分布。本發(fā)明綜合了脈沖電場、磁電耦合及離心旋轉鑄造的技術優(yōu)勢，能顯著改善高硼高速鋼軋輥的內(nèi)部凝固組織，大幅度提高軋輥的壽命和使用性能。
【專利說明】磁場電場復合作用下離心鑄造高硼高速鋼軋輥的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及高硼高速鋼軋輥，特別涉及磁場電場復合作用下離心鑄造高硼高速鋼軋輥的方法。
【背景技術】
[0002]高速鋼中含有較高含量的Cr、Mo、W等合金元素，在凝固過程中和碳元素結合成碳化物析出，可以提高高速鋼的耐磨性和硬度，因此，傳統(tǒng)的高速鋼中還含有較高含量的碳，在碳化物的析出過程中，容易形成片狀及網(wǎng)狀的碳化物析出，會嚴重影響材料的抗剝落性能。在高速鋼中加入適量的硼元素，由于硼與高速鋼中的合金元素有更強的結合析出能力，且硼化物的硬度、耐磨性均高于同類型的碳化物，所以高硼高速鋼作為一種很好的耐磨材料逐步開始應用，目如聞砸聞速鋼是最具有應用如途的聞速鋼乳棍材質(zhì)；但是，問題同樣存在，高硼高速鋼軋輥在凝固過程中硼、碳與高速鋼合金元素結合析出的硼化物、碳化物及硼碳化物也是決定材料耐磨性及抗剝落性能的關鍵因素，如果不采用控制措施，析出的硬質(zhì)相體積分數(shù)低、容易呈現(xiàn)片層狀及網(wǎng)狀，嚴重降低材料的抗剝落性能和使用穩(wěn)定性。
[0003]現(xiàn)有技術中對高硼高速鋼軋輥的鑄造凝固控制，提出了離心鑄造的方法，并提出在鑄造過程中施加外場控制；申請?zhí)?CN200910235071.9，一種高速鋼軋輥及其在電磁場下離心復合制備的方法，提出施加1-10T的脈沖磁場；申請?zhí)?CN03114582.5, —種離心鑄造高速鋼軋輥制造方法，提出施加磁感應強度為0.03T?0.20T電磁場；申請?zhí)?CN200710038573.3，一種電磁離心鑄造高速鋼復合軋輥工作層材質(zhì)，提出施加磁感應強度為0.21T?0.30T的電磁場；申請?zhí)?CN200410004744.7，電磁離心鑄造高速鋼復合軋輥方法，提出在管模外面加穩(wěn)恒磁場；這些現(xiàn)有技術的不足在于，單一施加脈沖磁場，需要IT以上的磁感應強度，對于生產(chǎn)軋輥這類大型的鑄件，需要作用半徑非常大的脈沖磁場裝置，目前，這類大型脈沖磁場裝置還很難實現(xiàn)商業(yè)化應用；而對于單一施加其他類型的穩(wěn)恒磁場，磁感應強度在0.03-0.30T，其作用強度不能滿足大型軋輥的使用要求，導致析出物的數(shù)量不夠，析出物的形態(tài)和尺寸失控，即出現(xiàn)大量層片狀和網(wǎng)狀的析出物，軋輥的性能難以有效提高，特別是對于高硼高速鋼軋輥，需要開發(fā)一種有效控制析出物形態(tài)和分布的鑄造方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對目前高硼高速鋼軋輥鑄造凝固過程析出物數(shù)量不足，以及析出物中出現(xiàn)大量層片狀和網(wǎng)狀結構，即析出物的形態(tài)和尺寸失控的問題，提出一種磁場電場復合作用下離心鑄造高硼高速鋼軋輥的方法，解決現(xiàn)有技術的不足。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下方案實現(xiàn)的:
一種磁場電場復合作用下離心鑄造高硼高速鋼軋輥的方法，具體為:在高硼高速鋼軋輥豎型旋轉離心鑄造過程中，在鑄模外側沿與鑄模軸線平行的方向安置固定的穩(wěn)恒磁場，所施加的穩(wěn)恒磁場在鑄型中心部位的磁感應強度控制在0.01-0.7T范圍內(nèi)；同時，在鑄模的兩端分別安裝一個石墨材質(zhì)的導電環(huán)，導電環(huán)的內(nèi)外徑分別與鑄模的內(nèi)外徑一致，導電環(huán)的中心軸線與鑄模的中心軸線在一條直線上，導電環(huán)與鑄模之間通過螺栓連接，鑄模兩端通過法蘭將導電環(huán)與鑄模壓緊，導電環(huán)外弧部與彈簧式電極相觸接，導電環(huán)內(nèi)部與鑄模內(nèi)壁平齊，即導電環(huán)內(nèi)側與鑄模內(nèi)鋼液或凝固的鑄件外層相觸接，將電流導入鑄模內(nèi)金屬中，離心澆鑄過程中對處于凝固過程中的鑄件通入脈沖電流,所施加的脈沖電流的電壓為100V-1500V，頻率10-20HZ，脈沖寬度在15-25// s ;利用脈沖電流震蕩、脈沖電流與穩(wěn)恒磁場交互作用形成的電磁震蕩及旋轉離心作用，改變高硼高速鋼軋輥凝固過程中析出硬質(zhì)相的形態(tài)和控制硬質(zhì)相的分布。
[0006]需要特別指出的是:
1)所述的離心鑄造為豎型旋轉離心鑄造，鑄型轉速公式為n=299
式中:η表示鑄型轉速，rpm ;G為重力倍數(shù)，本發(fā)明的重力倍數(shù)控制在9(Tl20 ;r —
軋棍內(nèi)半徑，cm ;對于采用其他轉速確定方案，即使轉速不在本發(fā)明提出的鑄型轉速公式確定的范圍，但只要采用與本發(fā)明的磁場與脈沖電場復合作用豎型旋轉離心鑄造，都屬于本發(fā)明要保護的技術方案；
2)所述的高硼高速鋼軋輥是指硼含量高于1.0%的高速鋼軋輥，但對于其他成分類型的高速鋼及高合金鋼軋輥的離心鑄造，同樣適用，也屬于本發(fā)明要保護的技術方案。
[0007]3 )本發(fā)明中，在鑄模的端部安裝導電環(huán)，熔體內(nèi)電流分布均勻，與采用點式電極引入電流相比，具有可引入大電流、電壓平穩(wěn)、接觸可靠等優(yōu)勢，特別是熔體內(nèi)電流及電勢分配均勻，有利于提供鑄件周向的均質(zhì)性。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明綜合利用脈沖電流震蕩、脈沖電流與穩(wěn)恒磁場交互作用形成的電磁震蕩攪拌及旋轉離心作用提高了硼化物析出量，主要表現(xiàn)為高硼高速鋼的硼元素收得率提高到92%，而常規(guī)高硼鋼的硼收得率僅為75%~82% ;析出物形態(tài)、分布及凝固組織控制方面，旋轉離心場下脈沖電流和穩(wěn)恒磁場的交互作用，消除了片層狀硬質(zhì)析出相，其網(wǎng)狀析出物亦被破碎，硬質(zhì)相形態(tài)和分布也變得均勻。
[0009]與現(xiàn)有技術只采用旋轉離心鑄造，即無外場作用下鑄造相比，實現(xiàn)了析出相形態(tài)及分布的有效控制。
[0010]與現(xiàn)有技術中單一磁場作用下的離心鑄造相比，增加了脈沖電流作用，并且由于脈沖電流在高速旋轉過程中與磁場發(fā)生交互作用，充分利用并擴大了磁場的作用區(qū)域與效果，降低了磁場的功率要求。
[0011 ] 與單一施加脈沖電流相比，增加了脈沖電流與穩(wěn)恒磁場在高速旋轉狀態(tài)下的交互作用，對析出相形態(tài)及分布的控制效果顯著提高；
本發(fā)明在磁場電場復合作用下離心鑄造高硼高速鋼軋輥，材料凝固組織細小，碳硼化合物形態(tài)和分布明顯改善，碳化物和硼化物均呈斷網(wǎng)狀和孤立分布，其使用壽命比常規(guī)高速鋼軋輥提高30%以上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為磁場電場復合作用于離心旋轉底模(鑄模)的示意圖。
[0013]1、導電環(huán)；2、鑄模；3、電極；4、穩(wěn)恒磁場；5、離心旋轉底模?！揪唧w實施方式】
[0014]實施實例
高硼高速鋼軋棍材質(zhì)的冶煉成分如表1所示:
表1高硼速鋼復合軋輥實際化學成分(重量％)
【權利要求】
1.磁場電場復合作用下離心鑄造高硼高速鋼軋輥的方法，其特征在于:在高硼高速鋼軋輥旋轉離心鑄造過程中，在鑄模外側沿與鑄模軸線平行的方向安置固定的穩(wěn)恒磁場，同時，在鑄模的兩端分別安裝一個導電環(huán)，將脈沖電流導入鑄模內(nèi)金屬中，利用脈沖電流震蕩、脈沖電流與穩(wěn)恒磁場交互作用形成的電磁震蕩及旋轉離心作用，改變高硼高速鋼軋輥凝固過程中析出硬質(zhì)相的形態(tài)和控制硬質(zhì)相的分布。
2.如權利要求1所述的磁場電場復合作用下離心鑄造高硼高速鋼軋輥的方法，其特征在于:所述的在鑄模的兩端分別安裝一個導電環(huán)指:導電環(huán)的內(nèi)外徑分別與鑄模的內(nèi)外徑一致，導電環(huán)的中心軸線與鑄模的中心軸線在一條直線上，導電環(huán)與鑄模之間通過螺栓連接，鑄模兩端通過法蘭將導電環(huán)與鑄模壓緊，導電環(huán)外弧部與彈簧式電極相觸接，導電環(huán)內(nèi)部與鑄模內(nèi)壁平齊，即導電環(huán)內(nèi)側與鑄模內(nèi)鋼液或凝固的鑄件外層相觸接，將電流導入鑄模內(nèi)金屬中.如權利要求1所述的磁場電場復合作用下離心鑄造高硼高速鋼軋輥的方法，其特征在于:所述的導電環(huán)采用電極石墨材質(zhì)。
3.如權利要求1所述的磁場電場復合作用下離心鑄造高硼高速鋼軋輥的方法，其特征在于:所施加的穩(wěn)恒磁場在鑄型中心部位的磁感應強度控制在0.01-0.7T范圍內(nèi)。
4.如權利要求1所述的磁場電場復合作用下離心鑄造高硼高速鋼軋輥的方法，其特征在于:所施加的脈沖電流的電壓為100V-1500V，頻率10-20HZ，脈沖寬度在15-25// S。
5.如權利要求1所述的磁場電場復合作用下離心鑄造高硼高速鋼軋輥的方法，其特征在于:所述的離心鑄造為豎型旋轉離心鑄造。
6.如權利要求1所述的磁場電場復合作用下離心鑄造高硼高速鋼軋輥的方法，其特征在于:鑄型旋轉轉速公式為n=299'!Gir ,式中:n表示鑄型轉速，rpm ；G為重力倍數(shù),控制在9(Tl20 ；r 一軋棍內(nèi)半徑，cm。
7.如權利要求1所述的磁場電場復合作用下離心鑄造高硼高速鋼軋輥的方法，其特征在于:所述的高硼高速鋼軋輥是指硼含量高于1.0%的高速鋼軋輥。
【文檔編號】B22D13/00GK103624240SQ201310592932
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權日:2013年11月22日
【發(fā)明者】王宏明, 李桂榮 申請人:江蘇大學