邓南阳等：结晶器旋转数值模拟及对高速钢电渣锭碳化物的影响 525. 碰 a (b) Carbide 图14碳化物生长示意图.(a)w=0:(b)w>0 Fig.14 Schematic of carbide growth:(a)w=0;(b)w>0 图14(b),碳化物尺寸变小.同时，由于凝固过程元 参考文献 素偏析程度降低，液相中满足MC、MC等碳化物 [1]Luan Y K.Song NN,Bai Y L,et al.Effect of solidification rate on 析出的合金元素浓度降低，因此碳化物数量也相 the morphology and distribution of eutectic carbides in centrifugal casting high-speed steel rolls.J Mater Process Technol,2010, 对降低.但是在M2凝固过程中，高速钢中不同种 210(3):536 类的碳化物由于其形成的热力学条件不同，其析 [2]Ji Y L.Zhang W.Chen X Y,et al.Increasing solidification rate of 出顺序是不同的.根据文献[20]，M2凝固时，碳化 M2 high-speed steel ingot by fusible metal mold.Acta Metall Sin 物的析出顺序是MC>M,C>MC,即MC先析出，之 (English Lett),2016,29(4):382 后MC和MC同时析出，最后MC、M,C和MC同时 [3]Li Z B.Electroslag Metallurgy Theory and Practice.Beijing 析出.M2高速钢中，铸态组织中的MC主要是 Metallurgical Industry Press,2010 (李正邦.电渣治金的理论与实践.北京：治金工业出版社， VC型碳化物，由于M2中V含量较低，因此冷却 2010) 速度对V偏析影响较小，从而对VC碳化物的形 [4]He B,Li J,Shi C B,et al.Effect of cooling intensity on carbides in 成影响也较小，且碳化物总量也较少.而M,C是 Mg-containing H13 steel during the electroslag remelting process. 在凝固过程由于液相中合金元素的偏析所造成， Chin J Eng,2016,38(12:1720 偏析越大，M,C产生量越大，因此结晶器旋转导致 (贺宝，李品，史成斌，等.电渣重熔过程冷却强度对含镁H13钢 的元素偏析程度降低，其生成量减少.而MC主 中碳化物的影响.工程科学学报，2016,38(12)：1720) 要在凝固末端形成，此时凝固已接近完成，因此元 ⊙ Hellman P.High-speed steels by powder metallurgy.ScandJ Metall,.1998,27(1)44 素的偏析对其影响也较小.另外，MC碳化物中的 [6]Zhong HL,Fang Y,Kuang C,et al.Development of powder 金属元素主要是Mo、V、W,还含有少量的Cr和Fe, metallurgy high speed steel.Maters Sci Forum,2010,638-642 这些元素在M2高速钢中大量存在，因此M2C碳 1854 化物产生量较多叫 [Li J,Li J,Shi C B.et al.Effect of trace magnesium on carbide improvement in H13 steel.Can Metall ,2016.55(3):321 3结论 [8] Zhou X F,Fang F,Tu YY,et al.Carbide refinement in M42 high (1)数值模拟结果表明.随着结品器旋转速度 speed steel by rare earth metals and spheroidizing treatment.J Southeast Univ English Ed,2014,30(4):445 的增加，渣池的高温区向结晶器边部移动，金属熔 [9] Wang M J,Chen L,Wang Z X,et al.Influence of rare earth 池深度变浅，两相区宽度降低 elements on solidification behavior of a high speed steel for roll (2)随着结晶器旋转速度的增加，渣皮厚度变 using differential scanning calorimetry.J Rare Earths,2011, 薄且更加均匀：网格破碎明显，且网格变薄；碳化 29(11):1089。 物由片状改变为细小的棒状：碳化物的类型始终 [10]Chang L Z,Shi X F,Cong J Q,et al.Effects of relative motion 不变，由M2C、MC和M,C组成，但是M2C含量增 between consumable electrodes and mould on solidification structure of electroslag ingots during electroslag remelting process. 加，MC和MC含量降低 Ironmaking Steelmaking,2014,41(8):611 (3)结品器旋转导致金属熔池深度降低、两相 [11]Chang L Z,Shi X F,Wang R X,et al.Effect of mold rotation on 区宽度收窄，改善了凝固条件，减轻了元素偏析， inclusion distribution in bearing steel during electroslag remelting 使碳化物组织得以细化 process.China Foundry,2014,11(5):452图 14（b），碳化物尺寸变小. 同时，由于凝固过程元 素偏析程度降低，液相中满足 MC、M6C 等碳化物 析出的合金元素浓度降低，因此碳化物数量也相 对降低. 但是在 M2 凝固过程中，高速钢中不同种 类的碳化物由于其形成的热力学条件不同，其析 出顺序是不同的. 根据文献 [20]，M2 凝固时，碳化 物的析出顺序是 MC>M6C>M2C，即 MC 先析出，之 后 MC 和 M6C 同时析出，最后 MC、M6C 和 M2C 同时 析出. M2 高速钢中 ，铸态组织中的 MC 主要是 VC 型碳化物，由于 M2 中 V 含量较低，因此冷却 速度对 V 偏析影响较小，从而对 VC 碳化物的形 成影响也较小，且碳化物总量也较少. 而 M6C 是 在凝固过程由于液相中合金元素的偏析所造成， 偏析越大，M6C 产生量越大，因此结晶器旋转导致 的元素偏析程度降低，其生成量减少. 而 M2C 主 要在凝固末端形成，此时凝固已接近完成，因此元 素的偏析对其影响也较小. 另外，M2C 碳化物中的 金属元素主要是 Mo、V、W，还含有少量的 Cr 和 Fe， 这些元素在 M2 高速钢中大量存在，因此 M2C 碳 化物产生量较多[21] . 3    结论 （1）数值模拟结果表明，随着结晶器旋转速度 的增加，渣池的高温区向结晶器边部移动，金属熔 池深度变浅，两相区宽度降低. （2）随着结晶器旋转速度的增加，渣皮厚度变 薄且更加均匀；网格破碎明显，且网格变薄；碳化 物由片状改变为细小的棒状；碳化物的类型始终 不变，由 M2C、MC 和 M6C 组成，但是 M2C 含量增 加，MC 和 M6C 含量降低. （3）结晶器旋转导致金属熔池深度降低、两相 区宽度收窄，改善了凝固条件，减轻了元素偏析， 使碳化物组织得以细化. 参    考    文    献 Luan Y K, Song N N, Bai Y L, et al. Effect of solidification rate on the morphology and distribution of eutectic carbides in centrifugal casting  high-speed  steel  rolls. J Mater Process Technol,  2010, 210（3）: 536 [1] Ji Y L, Zhang W, Chen X Y, et al. Increasing solidification rate of M2 high-speed steel ingot by fusible metal mold. Acta Metall Sin (English Lett), 2016, 29（4）: 382 [2] Li  Z  B. Electroslag Metallurgy Theory and Practice.  Beijing: Metallurgical Industry Press, 2010 （李正邦. 电渣冶金的理论与实践. 北京: 冶金工业出版社, 2010） [3] He B, Li J, Shi C B, et al. Effect of cooling intensity on carbides in Mg-containing H13 steel during the electroslag remelting process. Chin J Eng, 2016, 38（12）: 1720 （贺宝, 李晶, 史成斌, 等. 电渣重熔过程冷却强度对含镁H13钢 中碳化物的影响. 工程科学学报, 2016, 38（12）：1720） [4] Hellman  P.  High-speed  steels  by  powder  metallurgy. Scand J Metall, 1998, 27（1）: 44 [5] Zhong  H  L,  Fang  Y,  Kuang  C,  et  al.  Development  of  powder metallurgy  high  speed  steel. Maters Sci Forum,  2010,  638-642: 1854 [6] Li  J,  Li  J,  Shi  C  B,  et  al.  Effect  of  trace  magnesium  on  carbide improvement in H13 steel. Can Metall Q, 2016, 55（3）: 321 [7] Zhou X F, Fang F, Tu Y Y, et al. Carbide refinement in M42 high speed  steel  by  rare  earth  metals  and  spheroidizing  treatment. J Southeast Univ English Ed, 2014, 30（4）: 445 [8] Wang  M  J,  Chen  L,  Wang  Z  X,  et  al.  Influence  of  rare  earth elements  on  solidification  behavior  of  a  high  speed  steel  for  roll using  differential  scanning  calorimetry. J Rare Earths,  2011, 29（11）: 1089 [9] Chang  L  Z,  Shi  X  F,  Cong  J  Q,  et  al.  Effects  of  relative  motion between  consumable  electrodes  and  mould  on  solidification structure of electroslag ingots during electroslag remelting process. Ironmaking Steelmaking, 2014, 41（8）: 611 [10] Chang L Z, Shi X F, Wang R X, et al. Effect of mold rotation on inclusion distribution in bearing steel during electroslag remelting process. China Foundry, 2014, 11（5）: 452 [11] (a) Carbide (b) P D A P D A SDA SDA Carbide P D A P D A SDA SDA 图 14    碳化物生长示意图. （a）ω=0；（b）ω>0 Fig.14    Schematic of carbide growth: (a) ω=0; (b) ω>0 邓南阳等： 结晶器旋转数值模拟及对高速钢电渣锭碳化物的影响 · 525 ·