CN100423858C - 焊接钢管用铸造高铬铁或铸造高铬钢轧辊 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种应用于轧制焊接钢管的轧机上的铸造高铬铁或铸造高铬钢轧辊，可以用在直缝焊接钢管轧机、螺旋焊接钢管轧机、矩形焊接钢管轧机等各种形状的焊接钢管轧机上；其铸造高铬铁轧辊的成分以重量百分比计为：C：1.8～2.8%，Si：≤1.0%，Mn：≤1.0%，P：≤0.05%，S：≤0.05%，Cr：12～22%，Ni：0.5～3.0%，Mo：0.8～3.0%，Ti：0～0.3%，V：0～1.0%，Cu：0～1.0%，RE：0.01～0.5%，其余为Fe；本发明采用高铬铁或高铬钢并采用铸造工艺生产，其轧辊产品材料组织里外均匀，耐磨性以及韧性有很大提高，使用寿命为锻造轧辊产品的2-5倍，由于采用铸造成型，缩短了加工工序，减少加工量，材料利用率可以达到70%甚至可达80%，成本大大降低。

Description

焊接钢管用铸造高铬铁或铸造高铬钢轧辊
技术领域
本发明涉及一种铸造轧辊，尤其涉及一种轧制焊接钢管用的铸造高铬铁或铸造高铬钢轧辊。
背景技术
轧辊是焊接钢管生产中消耗量最大的主要部件，轧辊质量与寿命的高低直接影响着焊接钢管的质量与生产效率。轧辊直接接触轧件并完成整个轧制过程。在承受较大压应力的作用的同时，还要承受滚动和滑动摩擦，有的还要受到激冷激热的影响，所以磨损严重，需要频繁更换。
目前代表国际先进水平的焊接钢管用轧辊是德国产牌号为X165CrMoV12或X155Cr MoV121、意大利产牌号为X165CrMoV12KU、美国产牌号为D2和日本产牌号为SKD11、SKD61的合金工具钢锻造轧辊，国内如宝钢、上海中油天宝、山东胜利油田华锐等引进的国际先进水平焊接钢管生产线使用的就是德国和日本的产品。
目前国内较先进的焊接钢管轧辊采用的材质是接近于上述国外牌号的Cr12MoV冷作模具钢，使用这种钢对材质纯净度要求较高、锻造和热处理难度都很大，国内只有少数厂家能生产直径较小的锻造Cr12MoV轧辊，而且成品率很低，价格也较贵，直径大于Φ500的锻造Cr12MoV轧辊国内目前尚无厂家生产，需依赖进口，国外生产厂家也很少，大直径的锻造合金工具钢焊接钢管用轧辊的生产厂家主要是意大利的EURO公司和日本的山阳精机公司。
国内焊接钢管用轧辊，目前基本采用GCr15、3Cr2W8V、Cr12(YB/T128)及9Cr2Mo等锻造合金工具钢进行生产。由于材料的性能、生产工艺水平等诸多因素的影响，使得这些轧辊在耐磨等性能上表现较差，尤其不能适应目前国际先进水平生产线的工况条件和技术要求，与国际先进水平产品相比尚有一定距离。
以上所述用于焊接钢管的各种轧辊，国内外目前所采用的都是锻造合金工具钢工艺，在锻造轧辊生产中存在如下明显的不足和缺点。
①上述合金工具钢锻造轧辊生产工艺较复杂、工艺难度较高、而且流程长：通常需要经过炼钢、精炼、真空脱气、(国外还加真空脱碳，要求非金属夹杂总量低于0.10％)浇铸、锻造、粗加工、热处理、再精加工才能交付使用。
②由于合金工具钢焊接钢管用轧辊规格品种多、同规格品种批量太小，基本同规格品种只需制造1～2件，因加工锻模成本高较难形成模锻，多数采用自由锻。因此锻坯与实际需要尺寸差距较大，使得后续机加工量大，材料利用率低，一般在50～60％，个别的仅有30％。
③合金工具钢焊接钢管用大直径轧辊，除上面①所述原因外，还因为体积粗大，很难通过锻造来改善钢的内部组织结构以达到良好的性能指标。
④合金工具钢焊接钢管用轧辊必须经过热处理，以获得所需要的表面高硬度工作层。但是合金工具锻钢的硬度是靠淬火来改变其金相组织而获得的。因淬火的深度有限，所以形成的高硬度工作层比较薄，且组织结构不均匀，由表及里造成硬度梯度。在工作中为保证轧辊精度，需进行多次修磨，当磨损超过有效淬火层时，硬度便大大降低，乃至无法继续使用，从而大大影响了轧辊的使用寿命。
近十几年来，国内外对高铬铸铁或高铬铸钢新材料的研究有了很大进展，国内外也均有高铬铸造轧辊在板带生产中应用的实例和报道，但还未曾见有将铸造高铬铁或铸造高铬钢轧辊应用到焊接钢管生产中的报道或实例。
发明内容
本发明的目的是要解决上述焊接钢管用轧辊在加工制造和使用过程中所存在的问题，因而提供了一种铸造高铬铁或铸造高铬钢轧辊，用来替代目前的合金工具钢锻造轧辊，以解决合金工具钢锻造轧辊在加工制造时工艺流程长、难度大、生产效率低、材料利用率低，耐磨性低，使用性能和使用效果差，使用寿命低等缺点。
本发明的目的通过以下技术方案来完成：本发明的焊接钢管用铸造高铬铁或铸造高铬钢轧辊应用于轧制焊接钢管的轧机上；所说的焊接钢管可以是直缝焊接钢管、螺旋焊接钢管、矩形焊接钢管等各种形状的焊接钢管。
本发明应用于轧制焊接钢管轧机上的铸造高铬铁轧辊的成分以重量百分比计为：C：1.8～2.8％，Si：≤1.0％，Mn：≤1.0％，P：≤0.05％，S：≤0.05％，Cr：12～22％，Ni：0.5～3.0％，Mo：0.8～3.0％，Ti：0～0.3％，V：0～1.0％，Cu：0～1.0％，RE：0.01～0.5％，其余为Fe。
本发明应用于轧制焊接钢管轧机上的铸造高铬钢轧辊的成分以重量百分比计为：C：0.7～1.2％，Si：≤1.0％，Mn：≤1.0％，P：≤0.05％，S：≤0.05％，Cr：8～12％，Ni：0.5～2.0％，Mo：0.8～3.0％，Ti：0～0.3％，V：0～1.0％，W：0～0.8％，RE：0.01～0.5％，其余为Fe。
本发明通过高铬铁或高铬钢常规的熔炼，铸造、粗加工、热处理、精加工(省去了复杂的精炼和锻压工艺)制成铸造高铬铁或高铬钢轧辊，应用在轧制焊接钢管的轧机上。
本发明在制造焊接钢管用高铬铁或高铬钢轧辊时采用铸造成型，与通常采用锻压成型相比可以更加接近成品轧辊尺寸，大大减少加工量，提高材料的利用率，一般可以达到70％，最高可达80％。
本发明与现有技术比较，其优点在于：①采用铸造成型工艺，比采用锻压成型更加接近成品轧辊尺寸，大大减少加工量，提高材料利用率；②本发明采用高铬铁或高铬钢铸造成焊接钢管用轧辊，尤其是大直径的轧辊，其金相组织比锻造合金工具钢轧辊要合理，其强度、硬度和耐磨等性能比锻造合金工具钢轧辊优良，因此其使用效果和使用寿命均优于锻造合金工具钢轧辊；③在制造焊接钢管用铸造高铬铁或高铬钢轧辊时采用铸造成型工艺，其流程比锻压工艺制造焊接钢管用锻造合金工具钢轧辊短、工艺简单、成本要低。
附图说明
图1为焊接直缝钢管用侧挤压轧辊
图2为焊接直缝钢管用上挤压轧辊
图3为焊接矩形钢管用下轧辊
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作更详细的说明。
本发明是将铸造高铬铁或高铬钢轧辊首先应用于焊接钢管轧机上来替换不同材质的锻造合金工具钢轧辊的，可以用在直缝焊接钢管轧机、螺旋焊接钢管轧机、矩形焊接钢管轧机等各种形状的焊接钢管轧机上。本发明根据轧辊所在部位的具体工况条件、技术要求选定高铬铁或高铬钢成分的具体配比，使用相应的铁合金、废钢等原料进行常规熔炼，获得需要的钢水，采取常规的铸造，获得需要的毛坯，然后进行常规的热处理和常规的车、磨等加工，生产出焊接钢管用铸造高铬铁或高铬钢轧辊。
本发明的铸造高铬铁可为以下成分(以重量百分比计)：C：1.8～2.8％，Si：≤1.0％，Mn：≤1.0％，P：≤0.05％，S：≤0.05％，Cr：12～22％，Ni：0.5～3.0％，Mo：0.8～3.0％，Ti：0～0.3％，V：0～1.0％，Cu：0～1.0％，RE：0.01～0.5％，其余为Fe。
本发明的铸造高铬钢可为以下成分(以重量百分比计)：C：0.7～1.2％，Si：≤1.0％，Mn：≤1.0％，P：≤0.05％，S：≤0.05％，Cr：8～12％，Ni：0.5～2.0％，Mo：0.8～3.0％，Ti：0～0.3％，V：0～1.0％，W：0～0.8％，RE：0.01～0.5％，其余为Fe。
本发明的焊接钢管用铸造高铬铁或铸造高铬钢轧辊中加入了稀土元素RE。稀土进入钢液形成硫化物、氧化物和其它夹杂化合物，其熔点高于钢液凝固温度，因此，稀土化合物质点在浇铸凝固过程中起晶核作用，从而有效地细化铸造轧辊的结晶组织，减轻了枝晶程度，对高铬铸铁或铸钢轧辊尤为显著。由于稀土元素的加入，使高铬铸铁或铸钢轧辊的晶粒更加细化，提高了高铬铸铁或铸钢轧辊的塑性和冲击韧性；改善了铸件的表面质量，提高了成品率，减少了轧辊的热裂倾向。
实施例1
参照图1所示，本实施例根据本发明所述的将铸造高铬铁或铸造高铬钢轧辊应用于轧制焊接钢管的轧机上的用途，用铸造生产工艺制造了一套共2件Φ530.0焊接钢管用侧挤压轧辊，其成分选用以下高铬铁成分(以重量百分比计)：C：1.8％，Si：≤1.0％，Mn：≤1.0％，P：≤0.05％，S：≤0.05％，Cr：13％，Ni：1.0％，Mo：1.2％，Ti：0.2％，V：0.2％，Cu：0.5％，RE：0.05％，其余为Fe。本实施例热处理后的硬度为HRC58～59.8。
根据成分要求选定原料配比，在中频感应电炉中进行熔炼、铸造，获得需要的毛坯，然后进行热处理和车、磨等加工，制造出焊接钢管用侧挤压轧辊。
本实施例1的焊接钢管用侧挤压轧辊，毛坯重量为1657kg/件，成品重量为1292.5kg/件，材料利用率为78％。由于本实施例的孔型很深，即外型直径差距较大，两端最大直径为φ856mm，中间孔型凹处最小直径为φ589.63mm，高度为575mm，内孔为φ330mm，若采用自由锻方式取得毛坯，材料利用率最高只能达到50％左右。本实施例的热处理后硬度为HRC59.5～62，在国内引进国际先进水平φ610焊接钢管轧机上实验，其使用寿命达到并超过了进口锻造合金工具钢焊接钢管轧辊的水平，完全可以替代进口，提供国产高水平高寿命焊接钢管用轧辊。
实施例2
实施2的形状如图2所示。根据本发明所述的用途用铸造生产工艺制造了一套共2件Φ273.1焊接钢管用上挤压轧辊，其成分选用以下高铬钢成分(以重量百分比计)：C：0.9％，Si：≤1.0％，Mn：≤1.0％，P：≤0.05％，S：≤0.05％，Cr：10％，Ni：0.5％，Mo：0.8％，Ti：0.3％，V：0.5％，W：0.3％，RE：0.015％，其余为Fe。
根据成分要求选定原料配比，在中频感应电炉中进行熔炼、铸造，获得需要的毛坯，然后进行热处理和车、磨等加工，制造出焊接钢管用上挤压轧辊。
实施例2为焊接钢管用上挤压轧辊，毛坯重量为91.6kg/件，成品重量为65.5kg/件，材料利用率为71.5％。本实施例若采用自由锻方式取得毛坯，材料利用率最高只能达到55％左右。本实施例的热处理后硬度为HRC55.5～57，在国内引进的国际先进水平φ325焊接钢管轧机上实验，其使用寿命达到并超过了日本锻造合金工具钢轧辊的水平。经4次车削修复，每次车削量为2mm左右，外径减少16mm后硬度仍保持HRC55～57。
实施例3
实施3的形状如图3所示。根据本发明所述的用途用铸造生产工艺制造了一套共2件500×500mm焊接矩形钢管用下轧辊，其成分选用以下高铬铁成分(以重量百分比计)：C：2.8％，Si：≤1.0％，Mn：≤1.0％，P：≤0.05％，S：≤0.05％，Cr：22％，Ni：2.5％，Mo：2.0％，Ti：0.1％，V：0.3％，Cu：0.5％，RE：0.1％，其余为Fe。
根据成分要求选定原料配比，在中频感应电炉中进行熔炼、铸造，获得需要的毛坯，然后进行车、磨等加工，生产出焊接矩形钢管用下轧辊。
实施例3为500×500mm焊接矩形钢管用下轧辊，毛坯重量为3513kg/件，成品重量为2780kg/件，材料利用率为79.1％。该轧辊最大外径Φ1350mm、最小外径Φ660mm、高度为530mm、内孔为Φ350mm，本实施例若采用自由锻方式取得毛坯，材料利用率最高只能达到55％左右。本实施例的铸态硬度为HRC55～58，在国内最大的焊接方矩钢管轧机上实验，其一次性使用寿命达到国产锻造合金工具钢轧辊的3倍，且每次修复后的使用寿命均可达到国产锻造合金工具钢轧辊的3倍以上。
实施例4
本实施例根据本发明所述的将铸造高铬铁或铸造高铬钢轧辊应用于轧制焊接钢管的轧机上的用途，用铸造生产工艺制造了一套共1件Φ219.1焊接钢管用下挤压轧辊，其成分选用以下高铬铁成分(以重量百分比计)：C：2.3％，Si：≤1.0％，Mn：≤1.0％，P：≤0.5％，S：≤0.5％，Cr：18％，Ni：0.8％，Mo：0.8％，Ti：0.2％，V：0.4％，Cu：0.3％，RE：0.02％，其余为Fe。
根据成分要求选定原料配比，在中频感应电炉中进行熔炼、铸造，获得需要的毛坯，然后进行热处理和车、磨等加工，制造出焊接钢管用侧挤压轧辊。
本实施例1的焊接钢管用侧挤压轧辊，毛坯重量为122kg/件，成品重量为91.5kg/件，材料利用率为75％。由于本实施例的形状较复杂，中间凸出部分最大直径为φ401.52mm、厚106mm，两边凸起处直径为φ250mm、单面厚47mm，内孔为φ160mm，若采用自由锻方式取得毛坯，材料利用率最高只能达到49％左右。本实施例的热处理后硬度为HRC58.8～61，在国内引进国际先进水平φ250焊接钢管轧机上实验，其使用寿命达到并超过了进口锻造合金工具钢焊接钢管轧辊的水平，完全可以替代进口，提供国产高水平高寿命焊接钢管用轧辊。
本发明以铸造高铬铁或高铬钢作为焊接钢管用轧辊的材质。由于其良好的合金化材料配比，制成高铬铁或高铬钢焊接钢管用轧辊可以获得表理一致的金相组织，从而获得表里一致的强度、硬度和耐磨性能，克服了前述合金工具钢锻造轧辊由于淬硬层厚度有限、由表及里组织不均匀、形成硬度梯度，难于满足实际使用需要的不足，其生产工艺简单、工序较少，生产周期短，生产成本也较低。
用本发明所设计的高铬铁或高铬钢铸造工艺制造的焊接钢管用轧辊，其强度达到6b≥500MPa；硬度达到HRC55～65；其一次性使用寿命可达到国产锻造合金工具钢焊接钢管轧辊的2～3倍，且每次修复后的使用寿命均可达到国产锻造合金工具钢轧辊的2～3倍以上，可达到和超过德国、意大利、日本等国际先进水平锻造合金工具钢焊接钢管轧辊的使用寿命：修磨多次至报废其工作面硬度仍可保持原有水平而不会降低。
本发明的焊接钢管用铸造高铬铁或铸造高铬钢轧辊由于采用铸造高铬铁或高铬钢工艺，制造的轧辊产品材料组织里外均匀，耐磨性以及韧性有很大提高，使用寿命成倍增加。节约了原材料，生产成本大大降低。本发明已在国内一些焊接钢管生产厂家进行了试验，其使用寿命达到并超过了进口锻造合金工具钢焊接钢管轧辊的水平，其一次性使用寿命可达到国产锻造合金工具钢焊接钢管轧辊的2～3倍，且每次修复后的使用寿命均可达到国产锻造合金工具钢轧辊的2～3倍以上。

Claims (3)

1. 一种焊接钢管用铸造高铬铁轧辊，其特征在于该轧辊应用于轧制焊接钢管的轧机上，铸造高铬铁轧辊的成分以重量百分比计为：C：1.8～2.8％，Si：≤1.0％，Mn：≤1.0％，P：≤0.05％，S：≤0.05％，Cr：12～22％，Ni：0.5～3.0％，Mo：0.8～3.0％，Ti：0～0.3％，V：0～1.0％，Cu：0～1.0％，RE：0.01～0.5％，其余为Fe。
2. 一种焊接钢管用铸造高铬钢轧辊，其特征在于该轧辊应用于轧制焊接钢管的轧机上，铸造高铬钢轧辊的成分以重量百分比计为：C：0.7～1.2％，Si：≤1.0％，Mn：≤1.0％，P：≤0.05％，S：≤0.05％，Cr：8～12％，Ni：0.5～2.0％，Mo：0.8～3.0％，Ti：0～0.3％，V：0～1.0％，W：0～0.8％，RE：0.01～0.5％，其余为Fe。
3. 根据权利要求1或2所述的焊接钢管用铸造高铬铁或铸造高铬钢轧辊，其特征在于所说的焊接钢管为直缝焊接钢管、螺旋焊接钢管、矩形焊接钢管。
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