随着工业化进程的不断推进,高端装备制造业对切削材料性能的要求不断提高,高速钢材料以其高硬度、高耐磨性、良好的热稳定性和韧性等特点被广泛使用,但是高速钢中碳化物分布不均匀问题导致的高速钢性能下降是当前高品质高速钢生产中遇到的主要问题。电渣重熔工艺通常被用于改善碳化物粗大和分布不均匀,但大尺寸高速钢材料由于电渣重熔参数优化问题造成心部组织不均匀的现象依然较为严重。本文基于先进的凝固模拟和电磁耦合技术对电渣重熔过程中高速钢的凝固过程进行了仿真,探讨了不同电渣重熔工艺对高速钢凝固组织形成的影响机理,同时研究了电渣重熔过程中原位添加微合金元素对组织的影响。利用数值模拟技术分别对电渣重熔过程的电磁场、温度场以及组织场进行了模拟仿真,并结合具体的试验材料对模拟结果进行了验证。结果表明,电极边缘周围的熔池区域具有最高的电流密度,从而使渣池中的高温区域主要集中在渣池中上部,由于热流方向与晶粒生长方向不平行,铸锭中上部晶粒生长为等轴晶。在渣池区域的下部出现两个大的涡流,在侧壁附近具有最大速度,强烈的搅拌作用使得远离中心位置的渣池温度均匀化,晶粒生长为与轴向呈现一定夹角的柱状晶。通过研究单双电极电渣重熔工艺对组织的影响发现,在中心处,单电极重熔钢锭中形成粗大枝晶,而双电极重熔锭中则出现更为均匀细小的柱状枝晶。双电极重熔锭的M₂C碳化物尺寸也较单电极的M₂C碳化物细小。在靠近铸锭边缘的位置,单双电极重熔锭的晶粒度几乎没有差别,但单电极重熔锭中生成的碳化物量高于双电极。双电极工艺不仅使铸锭中的碳化物分布更加均匀,也更节能。在进行了高低熔速试验后发现,熔速变化对钢中M₂C碳化物形貌及尺寸没有太大影响,但熔速较高时,高速钢中MC型碳化物数量明显多于低熔速锭,且MC碳化物尺寸普遍小于低熔速锭中MC尺寸,此外,高低熔速锭中MC碳化物中的V含量也有差异,相比正常熔速,过高或过低的熔速都不利于提升高速钢铸锭组织质量。本研究进而探讨了电渣重熔的原位微合金化技术在高速钢重熔中的作用,原位添加稀土元素后发现,高速钢中的碳化物形态由不规则的层片状变为规则的纤维状,同时促进了M₆C碳化物的生成。原位添加Ti后发现有效降低了晶粒尺寸,但碳化物粗大,其尺寸较稀土微合金化中碳化物尺寸有所增加,稀土和Ti的复合微合金化取得了不错的效果,虽然晶粒尺寸没有进一步细化,但是碳化物层片变细,并且趋于分割在不同的晶粒边缘,这有利于后续热处理碳化物的转变。