CN100574910C - 离心铸造半钢/石墨钢复合辊环及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种离心铸造半钢/石墨钢复合辊环及其制备方法属于轧钢技术领域。现有半钢辊环存在硬度低、耐磨性差、制备周期长和能耗高等问题。本发明通过将成分(wt%)为2.0-2.4C、3.0-3.5Cr、0.3-0.6Si、0.5-0.8Mn、0.6-1.2W、0.5-1.0V、0.2-0.4Ti、0.10-0.25Nb、0.08-0.20RE、0.12-0.20Al、0.003-0.006B、0.03-0.06Ca、P≤0.04、S≤0.03,余量为Fe的外层半钢和内层石墨钢离心浇铸成型制得复合辊环。本发明辊环的硬度高、耐磨性好,制备工艺简单,成本低。

Description

离心铸造半钢/石墨钢复合辊环及其制备方法
技术领域
本发明属于轧钢技术领域,具体涉及一种离心铸造半钢辊环及其 制备方法,特别涉及一种离心铸造半钢/石墨钢复合辊环及其制备方 法。
背景技术
铸造半钢(国外又被称为Adamite)辊环综合了铸钢与铸铁两者 的优点,其强韧性和热疲劳性能接近于铸钢辊环而优于铸铁辊环,硬 度与耐磨性接近于铸铁辊环而好于铸钢辊环,因此,在国外冶金轧钢 行中业得到了广泛的应用,特别在大型H型钢生产中的应用极为广 泛。目前,半钢辊环主要采用锻造和普通铸造方法生产,前者组织致 密,但工艺复杂,材料利用率低,生产周期长,生产成本高。后者组 织致密性差,辊面硬度均匀性也差,使用寿命较短,元素偏析严重, 碳化物呈连续网状分布于晶界,使半钢强度和韧性下降。为了改善碳 化物的形态和分布,往往需要在1050 -IIO(TC扩散退火,800 - 820 。C球化退火,900 - 95(TC正火和600 - 65(TC回火热处理(王贵明, 王璞琪,孙铎基.铸造半钢轧辊的研制.钢铁,1984年第5期,29 -36页),热处理周期长,能耗高。目前,铸造半钢辊环的铬、碳 含量普遍较低,其中,铬含量一般控制在2%以下,碳含量一般控制 在1.7%以下,由于铬、碳含量低,凝固组织中碳化物耐磨硬质相的 数量少,基体中固溶的铬也较少,辊环硬度低,耐磨性差。为了提高半钢辊环的硬度,改善耐磨性,美国专利US4000010公开了一种高碳 半钢轧辊材料,含有1.5-2. 5%C, 0, 2-1. 0%Si, 0. 5 - 1. 0%Mn, 0.5 -3. 0°/«Cr, 0. 2-3.0飾,0 - 2. 0%V。为了进一步提高半钢轧辊材料 的耐磨性,美国专利US3968551还公开了一种含钴半钢轧辊材料,其 主要成分为1.0-2. 2%C, 0. 5-0. 8°/。Si, 0. 5-0.謹n, 0. 5-1. O節, 1.0-2. 0%Cr, 0. 1-1. 0%Mo, 0. 5-2. 0%Co。由于钴元素价格昂贵,导致 含钴半钢轧辊材料生产成本升高。中国发明专利CN1861828公开了合 金半钢复合辊环及制备方法,是对热或冷轧铸造合金半钢复合辊环及 制备方法的改进,半钢工作层成份为:CI. 80 - 2. 20%, SiO. 50-0.80 %, MnO. 80 - 1. 10% , Nil. 20 - 1. 70 % , Cr2. 80 - 3. 20 % , MoO. 40 -0.60%, P《0. 03%, S《0. 03%,余量为Fe及少量残余元素。铬、 碳含量的提高,有利于提高半钢辊环的硬度和耐磨性,但也带来的半 钢辊环强度和韧性下降,使用中易萌生裂紋、甚至出现剥落和断辊的 不足。 发明内容
本发明目的在于解决上述现有技术中的问题,而提供一种离心铸 造半钢/石墨钢复合辊环及其制备方法。本发明所提供的离心铸造半 钢/石墨钢复合辊环硬度和强度高、耐磨性和韧性好、生产周期短, 成本低。
本发明所提供的 一种离心铸造半钢/石墨钢复合辊环的外层材料 为半钢,内层材料为石墨钢,外层半钢的化学成分为(重量%): 2. 0—2. 4C、 3. 0-3. 5Cr、 0. 3-0. 6Si、 0. 5—0. 8Mn、 0. 6-1. 2W、 0. 5-1. 0V、0. 2-0. 4Ti、 0. 10-0. 25Nb、 0. 08-0. 20RE、 0, 12-0. 20Al、 0. 003-0. 006B、 0. 03-0. 06Ca、 P<0. 04、 S<0. 03,余量为Fe;内层石墨钢的化学成 分为(重量%): 1.4-1.8C、 1.5-2.0Si、 0. 5-0. 8Mn、 0.3-0.5Cr、 0. 8-1. 0Cu、 0. 03-0. 06RE、 0. 02-0. 04Mg、Ca <0. 03、 Al <0. 05、P<0. 04、 S<0. 03,余量为Fe。
本发明所提供的离心铸造半钢/石墨钢复合辊环可采用电炉生 产,具体步骤如下:
1) 熔化外层半钢:
① 将普通废钢、生铁、增碳剂、铬铁、硅铁、锰铁和钨铁混合加 热熔化,钢水熔清后加入钒铁,炉前调整成分合格后将温度升至1640 -166(TC,依次加入硅-钓合金、铝、钛铁和铌铁,而后出炉;
② 将稀土硅铁和硼铁破碎至粒度为6 - 10mm的小块,于180 - 220 。C烘干后,置于浇包底部,用包内沖入法对步骤①中的钢水进行复合 变质处理,得到外层钢水;
2) 熔化内层石墨钢:将废钢、石墨块、硅铁、锰铁、铬铁和铜 板混合加热熔化,炉前调整成分合格后将温度升至1630 - 166(TC, 在浇包内加入占内层钢水总重量0. 4-0. 6%的稀土镁合金、0,5-0.8% 的硅-4丐合金和0. 05-0.12。/。的A1,并用铸铁屑覆盖,避免冲入内层钢 水时漂浮,随后将内层钢水冲入浇包,稀土镁合金使石墨发生球化反 应,待球化反应完毕后充分搅拌、扒渣,包内钢水加保温剂覆盖;
3) 在离心机上浇注半钢复合辊环:当铸型温度为150-18(TC时
浇注外层钢水,外层钢水浇注温度为1520 - 1540°C,外层钢水总重量的70% - 80%浇入铸型后,将已预热的保护渣在浇道内随流均匀 撒入,待铸型内外层钢水内表面温度降至1060 -108(TC时,开始浇 注内层钢水,内层钢水浇注温度为1510 - 1530°C;
4) 当复合辊环凝固成型后,置于保温坑或保温炉緩冷,粗加工;
5) 将粗加工后的复合辊环于940 - 960。C保温4-6小时后,风 冷,再于550 - 60(TC保温6-10小时后,炉冷至150-200°C,空冷, 精加工,得到离心铸造半钢/石墨钢复合辊环。
本发明外层半钢成分的主要特点是碳含量和4各含量较高,较高的 碳、铬含量,可形成高硬度碳化物,有利于提高半钢的硬度,并改善 耐磨性。但是,半钢中仅提高铬、碳含量,而不改善碳化物形态和分 布并细化其组织,使用中易出现开裂、掉块、剥落和断裂等现象,影 响轧机的正常运行。因此,本发明在提高半钢中碳、铬含量基础上, 通过Ti、 Nb、 RE、 Al、 B和Ca等元素的加入,使网状碳化物断网, 且分布均匀性也得到了明显改善,促进半钢综合力学性能的提高。加 之在离心力作用下凝固,凝固速度较快,可得到致密细小的铸态组织, 因此本发明可取消高温扩散退火+球化退火工艺,缩短了生产周期, 并具有良好的节能效果。由于钼、镍元素价^f各高,加入辊环中会增加 辊环生产成本,本发明半钢中取消了钼、镍元素的加入,为了确保辊 环具有优良的耐磨性,除了提高铬、碳含量外,还加入钒、钨元素, 加入钒元素可与碳结合,生成高硬度的MC型碳化物,且呈孤立块状 分布,代替网状的M3C型碳化物,既可提高半钢辊环的耐磨性,还可 改善其韧性。加入鴒元素,部分进入碳化物,有利于提高碳化物硬度,改善半钢辊环耐磨性,部分进入基体,可提高辊环的抗回火稳定性。 另外,微量硼的加入,可改善半钢辊环的淬透性,使辊环工作层具有 良好的耐磨性。
本发明与现有技术相比具有以下特点:
1) 本发明离心铸造半钢/石墨钢复合辊环,外层采用碳、铬含量 较高的半钢,具有石更度高和耐磨性好的特点,内层采用石墨钢,与外 层在离心力作用下,实现了良好的冶金结合,内层强度高、韧性好, 复合辊环具有优异的综合性能。
2) 本发明复合辊环不含价格昂贵的镍、钼、钴等合金元素,具 有较低的生产成本。
3) 本发明复合辊环在是在离心力作用下凝固的,凝固速度较快, 可得到致密细小的铸态组织,Ti、 Nb、 RE、 Al、 B和Ca等元素的加 入,使网状碳化物断网,且分布也得到了明显改善,本发明复合辊环 取消了高温扩散退火+球化退火工艺,只需采用简单的风冷淬火+回火 热处理工艺,即可满足使用要求,因此可缩短生产周期,节约能源, 简化生产工艺,降^f氐辊环生产成本。
4 )本发明离心铸造半钢/石墨钢复合辊环外层硬度为62 - 65HSD, 抗拉强度大于800Mpa,冲击韧性大于40J/cm2,内层硬度为44-46 HSD,抗拉强度大于700Mpa。
5 )本发明离心铸造半钢/石墨钢复合辊环在H型钢轧机的水平辊 和立辊上都具有良好的使用效果,使用中不粘钢、不剥落、不断裂, 使用寿命比50CrNiMo锻钢辊环提高60%以上,比普通含镍、钼半钢辊环提高40 % ,而生产成本比普通含镍、钼辊环降低15 % - 20 % 。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详述。 具体实施方式
下述实施例中均采用1500公斤中频感应电炉熔炼离心铸造半钢 /石墨钢复合辊环的内层半钢和外层石墨钢。 实施例1
1) 熔化外层半钢:
① 将普通废钢、生铁、增碳剂、铬铁、硅铁、锰铁和钨铁混合加 热炫化,钢水熔清后加入钒铁,炉前调整成分合格后将温度升至1643 °C,依次加入硅-钙合金、铝、钛铁和铌铁,而后出炉;
② 将稀土硅铁和硼铁破碎至粒度为6 - 10mm的小块,于20(TC烘 干后,置于浇包底部,用包内冲入法对步骤①中的钢水进行复合变质 处理,得到外层钢水;
2) 熔化内层石墨钢:将废钢、石墨块、硅铁、锰铁、铬铁和铜 板混合加热熔化,炉前调整成分合格后将温度升至1658°C,在浇包 内加入占内层钢水总重量0.6%的稀土镁合金、0.5%的硅-钙合金和 0.12。/n的Al,并用铸《失屑覆盖,随后将内层钢水冲入浇包,稀土镁合 金使石墨发生球化反应,待球化反应完毕后充分搅拌、扒渣,包内钢 水加保温剂覆盖;
3) 用卧式离心机浇注半钢复合辊环:当铸型温度为177t时浇 注外层钢水,外层钢水浇注温度为1525°C,外层钢水总重量的70% 浇入铸型后,将已预热的保护渣在浇道内随流均匀撒入,待铸型内外,开始浇注内层钢水,内层钢水浇 注温度为1526°C;
4) 当复合辊环凝固成型后,开箱置于保温坑緩冷,粗加工;
5) 将粗加工后的复合辊环于96(TC保温4小时后,风冷,再于 600。C保温6小时后,炉冷至200。C,空冷,精加工,得到离心铸造 半钢/石墨钢复合辊环,其成分见表l,其力学性能见表2。
<table>table see original document page 10</column></row> <table>
表1离心铸造半钢/石墨钢复合辊环的化学成分(重量%)
<table>table see original document page 10</column></row> <table>
表2离心铸造半钢/石墨钢复合辊环的力学性能
实施例2
1)熔化外层半钢:
① 将普通废钢、生铁、增碳剂、铬铁、硅铁、锰铁和钨铁混合加 热熔化,钢水熔清后加入钒铁,炉前调整成分合格后将温度升至1659 °C,依次加入硅-钧合金、铝、钛铁和铌铁,而后出炉;
② 将稀土硅铁和硼铁破碎至粒度为6 - 10mm的小块,于18(TC烘法对步骤①中的钢水进行复合变质
处理,得到外层钢水;
2) 熔化内层石墨钢:将废钢、石墨块、珪铁、锰铁、铬铁和铜 板混合加热熔化,炉前调整成分合格后将温度升至1633°C,在浇包 内加入占内层钢水总重量0.4%的稀土4美合金、0. 8°/。的硅-钙合金和 0. 08。/。的A1,并用铸铁屑覆盖,随后将内层钢水沖入浇包,稀土镁合 金使石墨发生球化反应,待球化反应完毕后充分搅拌、扒渣,包内钢 水加保温剂覆盖;
3) 用卧式离心机浇注半钢复合辊环:当铸型温度为154。C时浇 注外层钢水,外层钢水浇注温度为1536°C,外层钢水总重量的80% 浇入铸型后,将已预热的保护渣在浇道内随流均匀撒入,待铸型内外 层钢水内表面温度降至1062匸时,开始浇注内层钢水,内层钢水浇 注温度为1514°C;
4) 当复合辊环凝固成型后,开箱置于保温炉緩冷,粗加工;
5) 将粗加工后的复合辊环于94(TC保温6小时后,风冷,再于 550。C保温9小时后,炉冷至160°C,空冷,精加工,得到离心铸造 半钢/石墨钢复合辊环,其成分见表3,其力学性能见表4。
<table>table see original document page 11</column></row> <table>表3离心铸造半钢/石墨钢复合辊环的化学成分(重量% )<table>table see original document page 12</column></row> <table>
表4离心铸造半钢/石墨钢复合辊环的力学性能
实施例3
1) 熔化外层半钢:
① 将普通废钢、生铁、增碳剂、铬铁、硅铁、锰铁和钨铁混合加 热熔化,钢水熔清后加入钒铁,炉前调整成分合格后将温度升至1648 °C,依次加入硅-钓合金、铝、钛铁和铌铁,而后出炉;
② 将稀土硅铁和硼铁破碎至粒度为6 - 10mm的小块,于220。C烘 干后,置于浇包底部,用包内冲入法对步骤①中的钢水进行复合变质 处理,得到外层钢水;
2) 熔化内层石墨钢:将废钢、石墨块、硅铁、锰铁、铬铁和铜 板混合加热熔化,炉前调整成分合格后将温度升至1647°C,在浇包 内加入占内层钢水总重量0. 5%的稀土镁合金、0. 67%的硅-钙合金和 0. 0W的A1,并用铸铁屑覆盖,随后将内层钢水冲入浇包,稀土镁合 金使石墨发生球化反应,待球化反应完毕后充分搅拌、扒渣,包内钢 水加保温剂覆盖;
3) 用卧式离心机浇注半钢复合辊环:当铸型温度为165。C时浇 注外层钢水,外层钢水浇注温度为153(TC,外层钢水总重量的74% 浇入铸型后,将已预热的保护渣在浇道内随流均匀撒入,待铸型内外 层钢水内表面温度降至108(TC时,开始浇注内层钢水,内层钢水浇 注温度为1522。C;4) 当复合辊环凝固成型后,开箱置于保温坑緩冷,粗加工;
5) 将粗加工后的复合辊环于95(TC保温5小时后,风冷,再于 580。C保温8小时后,炉冷至18(TC,空冷,精加工至规定尺寸和精 度,得到离心铸造半钢/石墨钢复合辊环,其成分见表5,其力学性 能见表6。
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表5离心铸造半钢/石墨钢复合辊环的化学成分(重量% )
<table>table see original document page 13</column></row> <table>
表6离心铸造半钢/石墨钢复合辊环的力学性能
取本发明所制备的离心铸造半钢/石墨钢复合辊环在H型钢万能 轧机上用做水平辊和立辊。由于H型钢的尺寸、几何公差要求严格, 辊环宽度的磨损量不应大于0.2mm,必须具有较高的硬度和良好的耐 磨性,另外,辊环在高温下轧制H型钢,需要承受很大的扭力矩,为 满足使用要求,辊环还需具备较好的抗热裂性能,较好的强韧性及抗 粘钢性能。本发明辊环外层高碳半钢硬度高、耐磨性好,内层石墨钢 强度高、韧性好,内外层冶金结合良好,复合辊环具有优异的综合性 能,在H型钢轧机的水平辊和立辊上都具有良好的使用效果,使用中不粘钢、不剥落、不断裂,使用寿命比50CrNiMo锻钢辊环提高60% 以上,比普通含4臬、钼半钢辊环提高40%,而生产成本比普通含镍、 钼半钢辊环降低15% -20%。本发明辊环可以显著提高H型钢轧机 作业率,降4氏H型钢生产成本,具有4艮好的经济效益。

Claims (2)

1、一种离心铸造半钢/石墨钢复合辊环,其特征在于,所述的复合辊环的外层材料为半钢,内层材料为石墨钢,外层半钢的化学成分wt%为:2.0-2.4C、3.0-3.5Cr、0.3-0.6Si、0.5-0.8Mn、0.6-1.2W、0.5-1.0V、0.2-0.4Ti、0.10-0.25Nb、0.08-0.20RE、0.12-0.20Al、0.003-0.006B、0.03-0.06Ca、P≤0.04、S≤0.03,余量为Fe;内层石墨钢的化学成分wt%为:1.4-1.8C、1.5-2.0Si、0.5-0.8Mn、0.3-0.5Cr、0.8-1.0Cu、0.03-0.06RE、0.02-0.04Mg、Ca<0.03、Al<0.05、P<0.04、S<0.03,余量为Fe。
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