CN100392138C - 半高速钢复合轧辊及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于热轧板带轧机粗轧用轧辊及制备方法，其特征是轧辊包括工作层及球墨铸铁中间过渡层和芯部，工作层组成为：C1.0-2.0wt%，Si0.6-1.0wt%，Mn0.2-1.0wt%，Ni0.5-1.5wt%，Cr4.0-6.0wt%，Mo2.0-3.5wt%，V2.0-4.0wt%，W1.0-2.5wt%，RE0.01-0.1wt%，B0.03-0.08wt%，Al0.03-0.1wt%，P≤0.03wt%，s≤0.015wt%，余量为铁及不可避免的杂质元素。由于工作层较精轧用高速钢工作层，较多降低了C和合金元素，因而增加了材料的韧塑性，提高了材料的抗热冲击性能及抗热裂纹性能，及断裂韧性，工作层材料不易发生脆性断裂，抗疲劳性能能好，不易发生疲劳失效，适用于热轧板带轧机粗轧工作辊，并且轧钢量大。

Description

半高速钢复合轧辊及制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于热轧板带轧机粗轧用轧辊及制备方法，尤其涉及轧辊工作层材料及轧辊制备。

背景技术

粗轧机架工作辊一般轧制压力较大、热冲击大，要求轧辊具有高的抗热裂纹性能、高的红硬性、高的耐磨性和高的抗疲劳性能。精轧机架，轧制压力相对较小，如精轧前段轧制压力相当于粗轧的2/3左右，精轧后段轧制压力相当于粗轧1/2左右，并且压延量相对较小，坯料表面质量要求高，轧辊耐磨性相对要求较高，轧辊尤其注重的是硬度要求及抗裂纹性。因而两种轧辊对材质要求不同，前者更注重高的抗热裂纹性能、高的抗疲劳性能；后者更注重硬度要求和抗裂纹性。

中国CN97100083.2公开的离心复合高速钢轧辊，外层采用高速钢，轧辊的芯部材料为合金球墨铸铁。工作层化学组成为C 1.2-2.5wt％，Si0.3-1.5wt％，Mn0.4-1.0wt％，Ni＜3.0wt％，Cr 3.0-8.0wt％，Mo2.0-7.0wt％，V2.0-7.0wt％，W 1.0-5.0wt％，R e0.01-0.5wt％，P＜0.05wt％，S＜0.05wt％，余量为铁。此轧辊工作层材料由于较高C及合金元素，导致材料的韧塑性差，抗热冲击性能差，工作层容易发生脆性断裂，因而不适用于粗轧机架轧辊，只能用于精轧前段及棒线材轧辊。并且外层钢水仅采用单一稀土进行变质处理，变质效果不明显。

中国CN97190674.2公开的高速钢热轧轧辊，其外层成分为：C2.4-2.9％、Si1％以下、Mn 1％以下、Cr12-18％、Mo 3-9％、V 3-8％、Nb0.5-4％，且同时满足0.27≤Mo(％)/Cr(％)≤0.7及C(％)+0.2Cr(％)≤6.2，其余为Fe和不可避免的杂质。同样该工作层由于其C和合金含量较高，导致材料的韧塑性差，抗热冲击性能差，工作层容易发生脆性断裂，因而不适用于粗轧辊工作层，专利报导也为用于后段精轧辊。

中国专利CN00103223.2公开的适用于复合轧辊工作层高耐磨性铸造高速钢，化学成分(重量％)为：C 1.8-4.2％，W 2-12％，Mo 3-12％，Cr 4-15％，Co 0-10％，V 2.5-10％，Nb0.3-2.5％，Si0.5-1.5％，Mn0.3-0.8％，Al0.2-0.6％，N 0.02-0.10％，S≤0.03％，P≤0.03％，其余为铁。同样由于C和合金含量较高，导致材料的韧塑性差，抗热冲击性能差，工作层容易发生脆性断裂，不适用于粗轧辊工作层。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种板带粗轧用抗热裂性能优异，红硬性高，耐磨性好及抗疲劳性好的半高速钢复合轧辊。

本发明的另一目的在于提供一种上述轧辊的制备方法。

粗轧机架工作辊一般轧制压力较大、热冲击大，这在成分设计上合金元素和碳的加入量相对要少，以此来提高轧辊工作层的韧塑性，减少脆性断裂的风险。本发明半高速钢复合轧辊，包括工作层及球墨铸铁芯部，其特征在于所说工作层组成为：C 1.0-2.0wt％，Si0.6-1.0wt％，Mn0.2-1.0wt％，Ni0.5-1.5wt％，Cr 4.0-6.0wt％，Mo2.0-3.5wt％，V2.0-4.0wt％，W 1.0-2.5wt％，R E 0.01-0.1wt％，B0.03-0.08wt％，Al0.03-0.1wt％，P≤0.03wt％，S≤0.015wt％，余量为铁及不可避免的杂质元素。

本发明中，为适应粗轧机工作要求：

在试验发现合金材料中随着碳含量的增加，析出碳化物的量也相应增加，碳化物的韧性几乎为0，在轧钢过程中受到挤压时容易破碎掉落，形成裂纹源，而产生裂纹。因此采取了较高速钢降低碳含量措施，将碳控制在1.0-2.0wt％。

Mn含量的增加，材料的韧性会下降，在超过1％含量时，对材料韧性的下降较明显，因此Mn含量宜控制在1wt％以下。

Si是脱氧元素，在低含量时能起强化铁素体的作用，Si增加回火阻力。但试验发现在钢中含量＞1wt％时，易产生脆性，因此最好控制在0.6-1.0wt％。

B在钢中能明显提高材料的淬透性，减少工作层的硬度落差，但含量过高时会引起材料韧性下降，导致轧辊工作层的脆性断裂，较适宜为0.03-0.08wt％。

Cr含量低时，淬火性不良，易形成(Fe、Cr)3C网状碳物，引起材料韧性下降，易在网状结构的边沿产生裂纹，当大于7wt％，碳化铬的量过大，会引起材料断裂韧性的明显下降，Cr含量最好控制在4-6wt％。

Al在钢中一般起脱氧作用和获得本质细晶粒钢，但含量过高时，会引起材料韧性的明显下降，材料脆性断裂的风险加大，最好控制在0.03-0.1wt％。

Mo和W与C生成M2C或M6C型碳化物，固溶于基体，使基体强化，增加耐磨性及回火阻力，如含量过多，则M6C碳化物增加，对韧性和表面光洁度不利。另外，碳化钨的密度较大，在离心铸造过程容易产生偏析，引起工作层成分和组织不均匀，所以Mo最好控制在2.0-3.5wt％，W最好控制在1.0-2.5wt％。

V与C生成VC，增加耐磨性，VC的显微硬度较高，在材料中呈粒状分布，在轧钢过程中随着周围较软的基体被磨损，就突露出来，引起轧辊表面摩擦系数的改变和表面光洁度的下降，并容易划伤坯表面和恶化轧机的操作；另外VC的密度较小，在离心铸造过程中易产生偏析导致工作层成分和组织的不均匀，V最好控制在2.0-4.0wt％。

RE(稀土)在钢中有细化晶粒，控制夹杂物的形态和脱硫脱磷作用，但含量过高时容易引起材料韧性的下降和抗疲劳性能的恶化，RE最好控制在0.03-0.1wt％。

为很好控制工作层与承托芯的优良冶金结合，以及提高芯部强度，本发明轧辊，较好采用离心浇铸三层复合结构，即工作层、中间过渡层和芯部，其中中间过渡层与芯部为同种球墨铸铁材质。

本发明半高速钢复合轧辊制备，包括分别熔炼、离心浇注工作层和球墨铸铁芯部，其特征在于工作层组成为：C 1.0-2.0wt％，Si0.6-1.0wt％，Mn0.2-1.0wt％，Ni0.5-1.5wt％，Cr 4.0-6.0wt％，Mo2.0-3.5wt％，V2.0-4.0wt％，W 1.0-2.5wt％，R E0.01-0.1wt％，B0.03-0.08wt％，Al0.03-0.1wt％，P≤0.03wt％，S≤0.015wt％，余量为铁及不可避免的杂质元素，熔炼，出钢前加入稀土、硅钙复合变质剂，加入保护渣，离心浇铸工作层，然后用熔化的球墨铸铁离心浇注中间过渡层和芯部。

本发明三层浇注，一种较好为工作层采用球形单浇咀浇注头，中间层采用球形均分(120°)三浇咀浇注头，芯部采用十字形浇咀浇注头。

本发明试验表明，浇注工作层适当降低钢水温度，有利于提高产品质量，试验确定工作层浇注温度以1450～1460℃较为适宜。中间层浇注温度较适宜为L_液+15～25℃，中间层浇注时温度偏低，与工作层结合的熔合区较小，高合金含量的工作层不易与中间层铁水互溶，有利于提高芯部强度。芯部浇注温度适宜为L_液+30～40℃，芯部铁水浇注温度相对中间层高，使中间层和芯部能达到完全的冶金结合，并有利于芯部排渣，轧辊内部材料冶金质量提高，也有利于提高芯部强度。(L_液代表铁水液相线温度)

本发明半高速钢复合轧辊工作层，较精轧用高速钢工作层，较多降低了C和合金元素，因而增加了材料的韧塑性，提高了材料的抗热冲击性能及抗热裂纹性能，及断裂韧性，工作层材料不易发生脆性断裂，抗疲劳性能能好，不易发生疲劳失效，适用于热轧板带轧机粗轧工作辊，并且轧钢量大。

轧辊采用三层复合，中间层有利于控制结合层的宽度，及结合强度，以及中间层在未完全凝固状态下浇注芯部铁水，与芯部同种材质，可使中间层和芯部能达到完全的冶金结合，均更有利于提高芯部材料强度。

钢水中加入稀土、硅钙复合变质剂，有利于控制碳化物形态，有效防止工作层凝固过程中网状碳化物形成及夹杂物的形态发生改变，使组织得到细化，从而获得优良的铸态组织，使离心铸造的工作层材料具有更高的抗疲劳强度和力学性能。

工作层球形单浇咀浇注头，钢水流能迅速平稳地接触到铸型内表面，并迅速在铸型内表面铺开，使轧辊工作层的铸态硬度比较均匀，落差小；中间层球形均分三浇咀浇注头，铁水对工作层刚凝固的内表面冲刷力小，不易在局部形成凹坑和工作层过量的熔入中间层，而导致材料的力学性能下降；芯部十字形浇咀浇注头，铁水对铸型底部的冲击减缓，不易冲跨底部的铸型，可以避免耐材进入芯部铁水中，有利减少芯部铁水中夹杂物含量，提高芯部铁水的冶金质量。

以下结合几个具体实施方式，进一步说明本发明。

具体实施方式

实施例：采用本发明工作层及方法立式离心浇注复合半高速钢粗轧工作辊五支，五支粗轧工作辊工作层钢水和中间层及芯部铁水成分见表1，所得立式离心复合轧辊工艺参数见表2。

在两台中频电炉中分别熔炼工作层钢水，中间层和芯部铁水。工作层钢水采用废钢熔炼，钢水熔清后，取样化验成分，根据原钢水的化验结果配入相应量的铁合金使化学成分达到目标成分要求。中间层和芯部球铁水，采用废钢和生铁熔炼，铁水熔清后，取样化验成分，根据原铁水的化验结果配入相应量的铁合金调整其化学成分到目标成分要求，并采用稀土硅镁和纯镁进行球化处理，采用硅铁进行孕育处理(均属已有技术)。工作层钢水出钢前投入氧化剂进行氧化处理，并把烘烤好的稀土、硅钙和铝块投入钢水包内，稀土、硅钙和铝块的加入量分别为出钢重量的0.02～0.2wt％、0.05～0.15wt％、0.05-0.2wt％(稀土和硅钙的作用是脱磷、脱硫、除气以及对钢水进行变质处理，铝块的作用是对钢水脱氧，另外作用是获得本质细晶粒钢)。工作层钢水在钢包内清渣完毕后按15kg/吨钢投入DLF101保护渣(现有技术)，待保护渣和钢水充分反应后，对钢水进行测温，使钢水温度在1450～1460℃时开始离心(立式)浇注。工作层采用Φ60或以上的球形单浇咀，按通常方法进行拔塞浇注(量足大，保证钢水迅速在铸型内表迅速展开，有利于控制硬度均匀性)，浇注时使铸型温度在80～200℃之间。当工作层钢水冷却到界面温度时，开始浇注中间层球铁水，中间层浇注厚度为50～100mm，浇注温度为L_液+15～25℃，中间层浇注采用Φ45或以上球形均分三浇咀浇注。浇注完毕在半凝固状态(例如5～10分钟)，开始浇注芯部球铁水，芯部浇注采用十字形浇咀，浇注温度为L_液+30～40℃。浇注完毕后，把铸型吊入保温坑内冷却，保温冷却7天后开箱脱模，对毛坯轧辊进行粗加工，加工完毕后进行热处理，热处理完毕后进行精加工。

根据轧辊大小，本发明浇注头尺寸可以改变。

试验辊分别送A及B厂试轧，原A钢厂热轧宽带使用半钢粗轧工作辊，总平均过钢量在18万吨左右，B钢厂热轧宽带使用高铬钢粗轧工作辊，总平均过钢量在28万吨左右。采用本发明工作层及方法立式离心浇注复合半高速钢粗轧工作辊五支，将其中的(1、2号)提供给A钢厂使用；(3、4、5号)三支提供给B钢厂使用，1和2号轧辊总过钢量分别达到57.6万吨和57.3万吨，3、4和5号轧辊总过钢量分别达60.3万吨、59.7万吨和61.2万吨，轧制量大大高于原轧辊。

表2实施例立式离心复合浇注工艺参数

Claims (8)

1.半高速钢复合轧辊，包括工作层及球墨铸铁芯部，其特征在于所说工作层组成为：C 1.0-2.0wt％，Si 0.6-1.0wt％，Mn 0.2-1.0wt％，Ni 0.5-1.5wt％，Cr 4.0-6.0wt％，Mo 2.0-3.5wt％，V 2.0-4.0wt％，W 1.0-2.5wt％，RE 0.01-0.1wt％，B 0.03-0.08wt％，Al 0.03-0.1wt％，P≤0.03wt％，S≤0.015wt％，余量为铁及不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述半高速钢复合轧辊，其特征在于轧辊由工作层、与芯部同种材质的中间过渡层和芯部复合组成。

3.根据权利要求2所述半高速钢复合轧辊，其特征在于中间过渡层厚度为50～100mm。

4.半高速钢复合轧辊制备，包括分别熔炼、离心浇注工作层和球墨铸铁芯部，其特征在于工作层组成为：C 1.0-2.0wt％，Si 0.6-1.0wt％，Mn 0.2-1.0wt％，Ni 0.5-1.5wt％，Cr 4.0-6.0wt％，Mo 2.0-3.5wt％，V 2.0-4.0wt％，W1.0-2.5wt％，RE 0.01-0.1wt％，B 0.03-0.08wt％，Al 0.03-0.1wt％，P≤0.03wt％，S≤0.015wt％，余量为铁及不可避免的杂质元素，熔炼，出钢前加入稀土、硅钙复合变质剂，加入保护渣，离心浇铸工作层，然后用熔化的球墨铸铁离心浇注中间过渡层和芯部。

5.根据权利要求4所述半高速钢复合轧辊制备，其特征在于工作层浇注温度1450～1460℃。

6.根据权利要求4所述半高速钢复合轧辊制备，其特征在于中间过渡层浇注温度为铁水液相线温度+15～25℃。

7.根据权利要求4所述半高速钢复合轧辊制备，其特征在于芯部浇注温度为铁水液相线温度+30～40℃。

8.根据权利要求4、5、6或7所述半高速钢复合轧辊制备，其特征在于浇注工作层采用球形单浇咀浇注头，中间过渡层采用球形均分三浇咀浇注头，芯部采用十字形浇咀浇注头。