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高速工具钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高耐热性的工具钢（简称高速钢）,广泛用于制造各种机床的切削工具,也用于制造高载荷的模具、航空高温轴承及特殊耐热耐磨零部件等。常用高速钢含有17%左右的贵重合金元素,在生产钢材的冶金过程及钢材做成刀具的制造过程中,这些元素会产生不同形式的废料,因为高速钢中含有大量的网状共晶碳化物,脆性大。传统的消除方法是通过反复高温轧制或锻造,将铸锭中的网状共晶碳化物打碎。受锻造比的限制,大尺寸铸坯芯部的碳化物无法被打碎,锻造后的组织经常出现带状碳化物偏析。由于晶界网状共晶碳化物的存在,锻造时容易产生开裂、过烧等废品。据统计,锻造过程中会有7%以上的材料由于烧损或端部切断而损失,在随后的加工过程中又有20%以上的材料变成切屑。从铸锭到模具的整个生产过程中,材料的利用率仅为2436%。因此,废高速钢的回收、再利用具有重要的理论与实际意义。（1）本文针对目前采用电渣重熔法制备的再生高速钢辊环无法二次回收再利用等难题,研究开发了一种电渣连铸技术生产大口径（φ≥500 mm）再生高速钢轧辊辊环的方法和装置,制备出了以废旧M2高速钢（钨钼系高速钢）为原料的大口径再生高速钢轧辊辊环,并对其元素收得率以及铸态组织进行了测试。结果表明:采用本项目研发的装置制备再生高速钢,可以有效减少废高速钢中贵重金属元素W、Mo、Cr、V、Co等的烧损,W、Mo、Cr、V和Co的回收率分别为97.1%、99.1%、98.7%、94.5%和99.2%。经检测再生高速钢低倍组织结果为一般疏松0.5级、中心疏松0.5级,无气泡、白点、夹渣等缺陷,达到高速钢国标要求。（2）分析研究了电渣连铸制备再生M2高速钢的铸态组织及其热处理后再生钢中组织碳化物种类及形貌分布,对其硬度、冲击韧性以及抗弯强度等主要性能指标进行了测试对比。结果表明:制备的再生M2高速钢铸态微观组织中碳化物种类有层片状M2C共晶碳化物、不规则的大块MC共晶碳化物以及鱼骨状的M6C共晶碳化物,在基体中沿晶界分布,并形成网状结构。热处理后,再生M2高速钢中,层片状M2C共晶碳化物明显减少,亚稳态的M2C共晶碳化物分解为颗粒状的M6C和MC二次碳化物;硬度、冲击韧性、抗弯强度分别由铸态的55.2HRC、7.9 J/cm2、1372MPa,提升到57.6HRC、8.9 J/cm2、1430 MPa。再生M2高速钢经热处理后其基体中网状共晶碳化物结构依然存在,导致再生高速钢性能依然偏低,需要进一步对其组织中碳化物的种类形貌和分布进行调控,获得碳化物分布更为均匀的微观组织结构,提高再生高速钢的相关性能。（3）在制备自耗电极过程中,加入混合稀土变质剂,研究了变质剂对再生高速钢组织和性能的影响规律。结果表明:经退火处理后的高速钢的铸态组织粗大,共晶碳化物形态主要以层片状和鱼骨状,呈网状分布于晶界上。变质处理后的高速钢共晶碳化物断网,碳化物组织均发生了明显细化,共晶组织中片层状的碳化物明显减少,共晶碳化物中层片状碳化物变短、细化。稀土变质处理后的高速钢经淬、回火处理后,组织明显细化,碳化物断网和球化。稀土变质处理后的再生高速钢经淬、回火处理后的冲击韧性和抗弯强度显著提高。再生高速钢的冲击韧性和抗弯强度分别提高了33%和7.8%,其中冲击韧性的提高尤为显著。此外,变质处理后再生高速钢的硬度略高于未变质的再生高速钢的硬度。（4）通过在重熔过程的电渣中加入稀土氧化物,对高速钢中碳化物组织、形貌及分布进行调控,以消除基体中网状共晶碳化物结构,研究了稀土氧化物对再生高速钢组织和性能的影响规律。结果表明:重熔过程中加入稀土氧化物,能够有效的改善再生高速钢材料共晶碳化物的形貌,使其网状结构断开,得到细化;同时还能促进晶粒内碳化物的析出,使共晶碳化物分布更加均匀。稀土氧化物的加入能够有效地提高材料的冲击韧性和抗弯性能。随着稀土氧化物含量的增加,高速钢的力学性能出现先升后降的现象,这说明炉渣中稀土氧化物的加入量存在一个合理的区间范围。本项目中电渣中稀土氧化物加入量最优值为1%。热处理后,高速钢中共晶碳化物网状结构发生熔断,晶内共晶碳化物增多,但是其类型相比未热处理前并未发生变化。（5）采用脉冲爆炸等离子体技术（PPT-Pulse Plasma Detonation Technology）对M2高速钢进行表面改性处理,通过OM、SEM和XRD研究了PPT处理前后M2高速钢的显微组织和相结构的变化,研究了PPT处理前后M2高速钢的显微硬度、耐磨损性能和耐腐蚀性能的变化,并对PPT作用机理进行探索。结果表明:M2高速钢经PPT处理后,由于快速升温及迅速冷却,在表面层发生部分马氏体α′-Fe向奥氏体γ-Fe的相转变过程,随着电容值的增加,奥氏体含量增加,且部分碳化物固溶于奥氏体中;PPT处理后,表面形成平均厚度为8.9μm的改性层,改性层组织细小致密,碳化物颗粒细小且分布均匀;PPT处理后,材料表面晶粒细化,位错密度增加,在深度达到100μm范围内显微硬度得到提高;PPT处理后,再生M2高速钢的耐磨损和耐蚀性能相较于基体得到了明显的改善,当电容值为1000μ时,耐磨损性能提高了2.58倍。