CN100999804A

CN100999804A - 一种新型高碳高钨高速钢轧辊及其制备方法

Info

Publication number: CN100999804A
Application number: CN 200610157822
Authority: CN
Inventors: 李丘林; 刘伟; 宋亮
Original assignee: Shenzhen Graduate School Tsinghua University
Current assignee: Shenzhen Graduate School Tsinghua University
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2026-12-21
Also published as: CN100500919C

Abstract

本发明公开了一种新型高碳高钨高速钢轧辊及其制备方法，属于高速钢轧辊的制备技术领域。本发明中高碳高钨高速钢轧辊含有：碳2.0％～3.0％，钨6.0％～18.0％，钒2.0％～4.0％，钼1.0％～3.0％，铬3.0％～9.0％，硅小于1.2％，锰小于1.2％；制成的该高碳高钨高速钢轧辊含有钒、钨系的MC型复合碳化物。本发明中高碳高钨高速钢轧辊的制备方法是，将高碳高钨高速钢加热到1580℃～1620℃后脱氧；在1400℃～1500℃浇铸，同时对离心铸型施加0.05T～0.25T的稳恒磁场，并以600－1800转/分钟转速旋转至成型。

Description

一种新型高碳高钨高速钢轧辊及其制备方法

技术领域

本发明属于高速钢轧辊的制备技术领域，特别涉及一种新型高碳高钨高速钢轧辊及其制备方法。

背景技术

近年来，为提高轧材的表面质量、轧制精度和降低成本，开发出了许多新的轧制技术，同时也促进了具有良好的红硬性、耐磨性和淬透性的高速钢轧辊及其制备方法的开发。

高速钢轧辊材料的主要合金元素为钒、铬、钼及钨等元素，钒作为MC型碳化物的主要形成元素，能够使高速钢具有高耐磨性；而在高速钢中添加铬，则可以增加奥氏体稳定性，提高高速钢的淬透性；加入钨和钼则可以引起二次硬化，以保证高速钢具有高的热硬性。

离心铸造法制备轧辊与连续铸造复合法、电渣重熔法(美国专利US5081760、中国发明专利CN1157192)、喷射沉积成型法和热等静压法(日本专利公报特开昭61-238407)等相比较，具有设备投资少，生产成本低，操作方法简便，产品质量稳定等优点。但是，由于高速钢中含有较多的钨、铬、钼、钒等合金元素，这些合金元素及碳化钨的密度差别很大，在普通离心铸造条件下，合金元素偏析严重，表现为外层钒含量低而钨、钼含量高，内层则正好相反。离心铸造高速钢轧辊中碳化物偏析主要是MC型碳化物的偏析，更确切的说主要是一次结晶碳化钒的偏析，原因在于碳化钒与钢水的密度相差较大，这将严重影响轧辊耐磨性。

为解决碳化物偏析，美国专利US6095957和日本专利公报特平开4-365836分别提出了碳化物偏析少的高速钢轧辊材料，主要是添加铌元素提高MC型碳化物的密度，并限制添加密度高的钨元素，其结果由于生成密度较大的MC型复合碳化物(钒、铌系碳化物)，其密度与钢水密度相接近，使碳化钒减少，有效控制了离心铸造高速钢轧辊碳化钨偏析。但铌元素的添加提高了钢的淬火温度，却同时降低了二次硬化的峰值；此外高速钢铸造形成过程中铌系的MC型碳化物比钒系的MC型碳化物晶粒粗大，导致轧辊耐磨性差，降低高速钢轧辊的使用寿命。同时含钨量低的高速钢红硬性差，高温硬度低，高温耐磨性差，降低高速钢轧辊的寿命。中国专利CN03114582.5公开了一种高碳高钨高速钢复合轧辊材料及其制造方法，其化学成分(重量百分比)是：2.0％～3.2％碳，15.0％～22.0％钨，3.0％～10.0％钒，2.0％～8.0％钼，8.0％～18.0％铬，0.2％～1.0％镍，0.03％～0.25％钇，0.03％～0.3％钾，＜1.5％硅，＜1.5％锰，＜0.04％硫，＜0.04％磷，并采用凝固过程中施加电磁搅拌的方法控制重力偏析，制备的轧辊主要性能指标均优于普通高速钢轧辊。但是，该轧辊中合金元素整体含量尤其是钨的含量偏高，易在晶界析出粗大片状M₂C碳化物而引起的碳化物和基体脱落，过高的合金含量还会导致轧辊成本的提高。因此，开发成分合适的高碳高钨高速钢轧辊及其制备方法是一项迫切任务。

发明内容

针对上述现有技术中的不足之处，本发明的目的在于，提供一种新型高碳高钨高速钢轧辊及制备方法。

本发明所提供的高碳高钨高速钢轧辊含有如下重量百分的元素：碳2.0～3.0％，钨6.0～18.0％，钒2.0～4.0％，钼1.0～3.0％，铬3.0～9.0％，硅＜1.2％，锰＜1.2％。

本发明所提供的高碳高钨高速钢轧辊，可以进一步控制所含钨的重量为所含钒的重量的3～4.5倍。

本发明所提供的高碳高钨高速钢轧辊，其凝固组织中的MC型碳化物为钒、钨系MC型复合碳化物。

制造所述高碳高钨高速钢轧辊的方法为电磁离心铸造法，其主要特征在于，将所述的高碳高钨高速钢在感应炉内熔化，当温度达到1580℃～1620℃后脱氧，1400℃～1500℃时浇铸，在浇铸时，首先在离心铸型外侧施加稳恒磁场，磁场强度为0.05T～0.25T，离心驱动系统驱动离心铸型以600-1800转/分钟的速度旋转，高碳高钨高速钢熔体在离心力和电磁力的综合作用下凝固成型。

本发明的有益效果是所设计成份的高碳高钨高速钢在一定强度的离心力和电磁力综合作用下，使大量的钨取代钒形成MC型复合碳化物(钒、钨系碳化物)，一方面提高了MC型碳化物的密度和硬度，使MC型碳化物的偏析得到控制，其性能远高于普通高速钢轧辊；另一方面减少了昂贵的钒元素的添加量，也无须添加大量的钼来改善一次碳化物的分布，轧辊整体合金元素含量尤其是高价格的钒、钼含量显著降低，具有很好的经济效益，是一种适合我国资源状况的高性价比的高速钢轧辊。

附图说明

图1是本发明实施例高碳高钨高速钢电磁离心铸造原理示意图。

图中：1、离心驱动系统；2、离心铸型；3、端盖；4、高碳高钨高速钢；5、稳恒磁场发生器。

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本发明的具体实施方案。

本实施例的高碳高钨高速钢轧辊采用中频感应炉熔化，包含如下重量百分比的元素：碳2.4％，钨15.0％，钒3.5％，钼2.0％，铬6.0％，硅＜1.2％，锰＜1.2％，其余为铁元素和不可避免的杂质，杂质中控制硫＜0.04％，磷＜0.04％。

碳是为了获得一定数量的碳化物硬质相，改善轧辊耐磨性，部分碳溶入基体还可以提高淬透性；加入量过多，材料脆性大，抗热裂性能差，易产生铸造裂纹，因此，将其含量控制为2.0～3.0％。钨主要存在于MC型复合碳化物和M₂C型复合碳化物中，钨能够提高红硬性和减少热过敏性，但太高会在晶界析出粗大片状的M₂C型复合碳化物，降低高温塑性，使碳化物和基体脱落，因此钨含量控制为6.0～18％。钒有利于高速钢中MC型碳化物的形成，促进层片状M₂C型碳化物的形成，抑制M₆C型碳化物的形成。本高速钢中钒与部分钨一起形成MC型复合碳化物中，但过高的钒会使组织中出现低硬度的M₃C型碳化物，降低高速钢的耐磨性，因此，高速钢中钒含量控制为2.0～4.0％。钼可以改善一次碳化物的不均匀性，降低脆性；回火固溶的钼可以阻止碳化物沿晶界析出，使高速钢强度和韧性提高，但含量太高会增大高速钢的脱碳敏感性，本发明将钼的含量控制为1.0～3.0％。铬在高速钢轧辊中形成较低加热温度下能够完全溶解的M₂₃C₆型碳化物，提高高速钢的淬透性和红硬性。铬含量增加会提高M₇C₃型碳化物数量，降低MC型碳化物的数量，因此铬含量控制为3.0～9.0％。高速钢轧辊中加入适量的硅和锰具有脱氧和净化钢液作用，但锰含量高时有粗化晶粒倾向，硅高时轧辊使用易出现龟裂，因此将硅、锰含量控制在1.2％以下。

本发明提供的高碳高钨高速钢轧辊其制造工艺步骤是：首先将高碳高钨高速钢在感应炉内熔化，当升温至1580℃～1620℃后进行脱氧处理，在1400℃～1500℃时浇铸在由离心铸型2和端盖3形成的型腔内。浇铸时稳恒磁场发生器5在离心铸型2外施加稳恒磁场，其强度为0.15T，同时启动离心驱动系统1，使离心铸型2以1200转/分钟的速度高速旋转，高碳高钨高速钢4在电磁力和离心力的综合作用下凝固成型为高碳高钨高速钢轧辊。

经检验，所制备的高碳高钨高速钢轧辊组织致密，无疏松及气孔缺陷，柱状晶明显减少，形成大量的等轴晶，碳化物分布弥散化，MC型碳化物为钒、钨系MC型复合碳化物，其中钨的含量高于60％，且弥散分布在基体中；所制备高碳高钨高速钢轧辊具有优良的综合性能。

Claims

1、一种新型高碳高钨高速钢轧辊，由高碳高钨高速钢制成，其特征在于所述高碳高钨高速钢含有如下重量百分比的元素：碳2.0～3.0％，钨6.0～18.0％，钒2.0～4.0％，钼1.0～3.0％，铬3.0～9.0％，硅小于1.2％，锰小于1.2％。

2、根据权利要求1所述的高碳高钨高速钢轧辊，其特征在于所述高碳高钨高速钢中所含钨的重量为所含钒的重量的3～4.5倍。

3、根据权利要求1或2所述的高碳高钨高速钢轧辊，其特征在于所述高碳高钨高速钢组织中含有MC型复合碳化物。

4、根据权利要求3所述的高碳高钨高速钢轧辊，其特征在于所述MC型碳化物为钒、钨系MC型复合碳化物。

5、一种制造权利要求1所述的高碳高钨高速钢轧辊的电磁离心铸造法，其特征在于：首先将高碳高钨高速钢在感应炉内熔化升温至1580℃～1620℃后脱氧；然后将离心铸型置于0.05T～0.25T的稳恒磁场中在1400℃～1500℃时浇铸，同时使离心铸造系统以600-1800转/分钟旋转至成型。