贺宝等：电渣重熔过程冷却强度对含镁H13钢中碳化物的影响 ·1721· 碳化物，可以显著提高模具钢的性能四.通过合理的 物偏析 电渣重熔工艺可以有效地控制重熔过程的局部凝固时 电渣重熔的工艺参数不仅会影响电渣锭的洁净 间和铸锭的二次枝晶间距，从而实现对电渣锭偏析程 度，同样也会对铸锭中一次碳化物有显著影响。然而， 度的控制田.钢液的冷却强度会影响碳化物中合金元 关于H13钢电渣重熔工艺参数对含镁H13钢中碳化 素含量回.然而，关于电渣重熔过程冷却强度对铸锭 物的研究还未见报道.本研究通过对含镁H13钢进行 的组织和钢中碳化物影响的研究还鲜有报道 电渣重熔过程冷却强度的控制，研究冷却强度对含镁 近年来，通过向钢中加入镁来控制钢中碳化物 H13钢的铸锭合金元素偏析以及对碳化物的影响. 的方法引起广泛的关注.含镁钢中镁铝尖晶石可以促 1 实验材料与方法 进钢中一次碳化物非均匀形核，而且能够均匀一次碳 化物分布仞.Jiag等圆通过研究镁对高速钢铸态组 通过真空感应炉熔炼含镁H13钢，成分如表1所 织的影响，得出镁加入后，原莱氏体碳化物网状组织出 示，锻造成25mm×2000mm的电极.经过5kg电渣 现断裂区，并且碳化物粒化度提升.Kim等研究发 重熔炉，熔炼制成尺寸为b50mm×80mm的电渣锭. 现加入镁形成的大量针状铁素体，可以明显细化组织. 渣系选择为50%CaF2+20%Ca0+20%Al20,+10% Kimura等Da研究发现，Hl3钢中加Mg会使钢中AL,O, Mg0(质量分数)，电渣重熔过程中电流控制在1.0kA 夹杂变性为MgAl,0,进而减小碳化物尺寸，减轻碳化 左右，冷却强度分别为400、800和1200Lh1 表1含镁H13模具钢成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of Mg-containing H13 hot work die steel C Mn Mo Cr 0 Mg 0.40 0.87 0.30 0.020.00111.29 5.00 0.900.0170.00100.00560.0026 在电渣锭23高度处取标准金相试样，分别切取 碳复型分析方法，通过透射电镜分析不同冷却强度下 钢锭边部及中心试样，制成标准金相试样尺寸为 碳化物的析出状态 15mm×15mm×15mm,经过磨、抛后用4%硝酸乙醇 2结果与讨论 溶液侵蚀后在光镜下观察组织.同时制取扫描电镜试 样，在扫描电镜下观察碳化物的形貌和成分.用统计 2.1铸态组织变化 软件统计碳化物尺寸与数量. 分别取电渣后铸锭的中心试样与边部试样进行 在钢锭2/3高度处切取中10mm×50mm的电解样 铸态金相组织观察.由图1和图2可知，在不同冷却 进行电解实验，提取碳化物.电解提取的碳化物粉末 强度下电渣锭中心与边部均是马氏体、残余奥氏体 喷金后在扫描电镜下观察形貌及成分.电解后的碳化 以及沿晶界析出的一次碳化物.图1和图2中的网 物进行X射线衍射分析，确定碳化物类型. 状结构是铸锭最后凝固部分，内部有较高的碳及合 同样在电渣锭23高度处取标准金相试样，采用 金元素.如图1所示，冷却强度为400L·h时网状 20m 20m☐ 图1不同冷却强度电渣锭中心部位组织.(a)400Lh1:(b)800Lh-1:(c)1200Lh1 Fig.1 Microstructures of electroslag remelting ingots at the central position under different cooling intensities:(a)400Lh-1;(b)800Lh-; (c)1200L-h1贺 宝等: 电渣重熔过程冷却强度对含镁 H13 钢中碳化物的影响 碳化物，可以显著提高模具钢的性能［3］． 通过合理的 电渣重熔工艺可以有效地控制重熔过程的局部凝固时 间和铸锭的二次枝晶间距，从而实现对电渣锭偏析程 度的控制［4］． 钢液的冷却强度会影响碳化物中合金元 素含量［5］． 然而，关于电渣重熔过程冷却强度对铸锭 的组织和钢中碳化物影响的研究还鲜有报道． 近年来［6］，通过向钢中加入镁来控制钢中碳化物 的方法引起广泛的关注． 含镁钢中镁铝尖晶石可以促 进钢中一次碳化物非均匀形核，而且能够均匀一次碳 化物分布［7］． Jiang 等［8］通过研究镁对高速钢铸态组 织的影响，得出镁加入后，原莱氏体碳化物网状组织出 现断裂区，并且碳化物粒化度提升． Kim 等［9］研究发 现加入镁形成的大量针状铁素体，可以明显细化组织． Kimura 等［10］研究发现，H13 钢中加 Mg 会使钢中 Al2O3 夹杂变性为 MgAl2O4，进而减小碳化物尺寸，减轻碳化 物偏析． 电渣重熔的工艺参数不仅会影响电渣锭的洁净 度，同样也会对铸锭中一次碳化物有显著影响． 然而， 关于 H13 钢电渣重熔工艺参数对含镁 H13 钢中碳化 物的研究还未见报道． 本研究通过对含镁 H13 钢进行 电渣重熔过程冷却强度的控制，研究冷却强度对含镁 H13 钢的铸锭合金元素偏析以及对碳化物的影响． 1 实验材料与方法 通过真空感应炉熔炼含镁 H13 钢，成分如表 1 所 示，锻造成 25 mm × 2000 mm 的电极． 经过 5 kg 电渣 重熔炉，熔炼制成尺寸为 50 mm × 80 mm 的电渣锭． 渣系选择为 50% CaF2 + 20% CaO + 20% Al2O3 + 10% MgO ( 质量分数) ，电渣重熔过程中电流控制在 1. 0 kA 左右，冷却强度分别为 400、800 和 1200 L·h － 1 ． 表 1 含镁 H13 模具钢成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of Mg-containing H13 hot work die steel % C Si Mn P S Mo Cr V Al O N Mg 0. 40 0. 87 0. 30 0. 02 0. 0011 1. 29 5. 00 0. 90 0. 017 0. 0010 0. 0056 0. 0026 在电渣锭 2 /3 高度处取标准金相试样，分别切取 钢锭边 部 及 中 心 试 样，制 成 标 准 金 相 试 样 尺 寸 为 15 mm × 15 mm × 15 mm，经过磨、抛后用 4% 硝酸乙醇 溶液侵蚀后在光镜下观察组织． 同时制取扫描电镜试 样，在扫描电镜下观察碳化物的形貌和成分． 用统计 软件统计碳化物尺寸与数量． 图 1 不同冷却强度电渣锭中心部位组织． ( a) 400 L·h － 1 ; ( b) 800 L·h － 1 ; ( c) 1200 L·h － 1 Fig． 1 Microstructures of electroslag remelting ingots at the central position under different cooling intensities: ( a) 400 L·h － 1 ; ( b) 800 L·h － 1 ; ( c) 1200 L·h － 1 在钢锭 2 /3 高度处切取 10 mm × 50 mm 的电解样 进行电解实验，提取碳化物． 电解提取的碳化物粉末 喷金后在扫描电镜下观察形貌及成分． 电解后的碳化 物进行 X 射线衍射分析，确定碳化物类型． 同样在电渣锭 2 /3 高度处取标准金相试样，采用 碳复型分析方法，通过透射电镜分析不同冷却强度下 碳化物的析出状态． 2 结果与讨论 2. 1 铸态组织变化 分别取电渣后铸锭的中心试样与边部试样进行 铸态金相组织观察． 由图 1 和图 2 可知，在不同冷却 强度下电渣锭中心与边部均是马氏体、残余奥氏体 以及沿晶界析出的一次碳化物． 图 1 和图 2 中的网 状结构是铸锭最后凝固部分，内部有较高的碳及合 金元素． 如图 1 所示，冷却强度为 400 L·h － 1 时网状 ·1721·