CN101445892A

CN101445892A - 一种高硼高速钢轧辊材料

Info

Publication number: CN101445892A
Application number: CNA2008102468398A
Authority: CN
Inventors: 符寒光; 蒋志强; 冯锡兰; 胡中艳; 雷永平; 邢建东; 成小乐
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2008-12-31
Filing date: 2008-12-31
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2028-12-31
Also published as: CN101445892B

Abstract

一种高硼高速钢轧辊材料属于耐磨材料技术领域。现有高速钢轧辊材料存在成本高，使用性能和加工性能差等多种问题。本发明轧辊材料的化学组成成分是(重量％)：0.25～0.40C、1.8～2.5B、3.8～4.2Cr、1.0～2.0W、1.0～2.0Mo、0.8～1.0V、1.5～1.8Si、0.2～0.4Al、0.25～0.40Ti、0.05～0.20RE、0.02～0.05Zr、0.5～0.8Cu、Mn＜0.5、P＜0.04、S＜0.04，余量为Fe，化学成分的总和为100％，其中3.5＜W+2Mo＜5.2。本发明轧辊材料具有成本低，使用寿命长，综合性能好等优点。

Description

一种高硼高速钢轧辊材料

技术领域

本发明属于耐磨材料技术领域，涉及一种用做轧辊的高速钢材料，特别涉及一种高硼高速钢轧辊材料。

背景技术

高速钢轧辊具有硬度高、红硬性好等特点，已广泛应用于轧钢生产中。

日本专利JP8020837公开了一种高速钢轧辊材料的化学组成，主要元素如下：1.50～3.50％C、<1.50％Si、<1.20％Mn、5.50～12.00％Cr、2.00～8.00％Mo、3.00～10.00％V、0.60～7.00％Nb、0.01～0.200％B、0.08～0.300％N，余量Fe。

日本专利JP2001294975-A也公开了一种高速钢轧辊材料的化学组成，主要元素如下：1～3.5％C、4.5～10％V、3～10％Cr、0.2～2％Si、0.2～2％Mn、2～15％(Mo+W)，余量Fe和杂质。

欧洲专利EP1033191-A1公开了一种离心铸造高速钢复合轧辊的制造方法，高速钢主要的化学组成如下：2.3～3.5％C、6～8％V，3～9％Mo。为了减轻元素偏析，加入N、Ta，Ha、Zr和Nb等元素，形成含V和Ta，Ha、Zr、Nb的复合氮化物，有利于离心铸造高速钢轧辊元素偏析的减轻。但Ta，Ha等元素价格高，将增加轧辊生产成本，另外，加入氮易出现气孔，损害轧辊性能。

中国发明专利CN1807671公开了一种连续复合高速钢轧辊工艺配方，外层辊身的工艺配方(重量％)是：1.5～3.5C、2.0～7.0Cr、2.0～7.0Mo、4.0～10.0V、4.0～10.0W、0～10.0Co，Ni<2.0，其余为Fe。

目前用高速钢轧辊取代半钢轧辊、高铬铸铁轧辊和镍铬无限冷硬铸铁轧辊，对于提高轧辊寿命，延长轧辊更换周期，都取得了良好的效果。但上述高速钢轧辊中，都含有较多价格昂贵的钒元素，增加了高速钢轧辊的生产成本。尽管钒易形成高硬度的MC型碳化物，对提高轧辊耐磨性有利，但钒含量高时，由于沿晶界易出现龟裂，基体易优先磨损，轧材粘附于辊面，辊表面易粗糙，降低轧材表面质量，反而加快了换辊周期。此外MC数量过多，硬度过高，导致磨削加工困难，同时随着钒含量的增加，合金碳化物MC尺寸增大，高速钢轧辊的韧性和热疲劳性能下降。另外，上述高速钢轧辊中，碳含量都在1％以上，碳部分进入碳化物，部分进入基体，碳含量高，导致基体韧性低，且热疲劳性能差。轧辊使用中易出现龟裂，甚至发生剥落现象，影响轧钢正常生产。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，而提供一种高硼高速钢轧辊材料。本发明采用廉价的硼与铁反应，生成高硬度的硼化物，利于改善轧辊的耐磨性，另外，硼少量溶于铁基体中，可改善高速钢轧辊的淬透性和淬硬性；同时大幅度降低高速钢轧辊中的钒含量，可减少高速钢轧辊生产成本，并改善高速钢轧辊的磨削加工性能；通过降低高速钢轧辊的碳含量，可明显提高高速钢轧辊的抗疲劳性能。

本发明所提供的高硼高速钢轧辊材料的化学组成成分是(重量％)：0.25～0.40C、1.8～2.5B、3.8～4.2Cr、1.0～2.0W、1.0～2.0Mo、0.8～1.0V、1.5～1.8Si、0.2～0.4A1、0.25～0.40Ti、0.05～0.20RE、0.02～0.05Zr、0.5～0.8Cu、Mn<0.5、P<0.04、S<0.04，余量为Fe，化学成分的总和为100％，其中3.5<W+2Mo<5.2。

本发明高速钢材料经熔炼、铸造、淬火和回火处理后，即可加工成高硼高速钢轧辊。

轧辊的性能是由金相组织决定的，而一定的组织取决于化学成分及热处理工艺，本发明高硼高速钢轧辊材料的化学成分是这样确定的：

碳：碳加入高速钢轧辊中，部分与合金元素化合，形成碳化物，有利于改善轧辊耐磨性，部分进入基体，有利于提高轧辊的淬透性和淬硬性，由于本发明材料中加入硼元素，而硼元素也有提高轧辊的淬透性和淬硬性的作用，因此本发明轧辊材料可以适当降低碳元素加入量，碳元素加入量的下降，有利于淬火热处理后获得综合力学性能好的板条马氏体组织，促进轧辊抗疲劳性能的改善。本发明高速钢轧辊材料合适的碳含量为0.25～0.40％。

硼：硼加入高速钢轧辊，少量进入基体，有利于改善基体的淬透性和淬硬性，大部分易与铁、铬等元素化合，形成硬度高、热稳定性好的合金硼化物，有利于改善高速钢轧辊的耐磨性，加入了过少，合金硼化物数量少，对提高高速钢轧辊耐磨性影响不明显，加入量过多，合金硼化物数量多，导致轧辊脆性增大，合适的硼元素加入量为1.8～2.5％。

铬：铬在高速钢中部分存在于M₆C型碳化物中，也能够形成M₂₃C₆型碳化物，还有40％左右存在于基体中。含铬的M₂₃C₆型碳化物在较低的淬火温度时便完全溶解，铬同样能促使M₆C型碳化物更好地溶解在奥氏体中，使高速钢产生较高的淬硬性和淬透能力。铬还能提高硼在基体的固溶量。铬含量过高，多余的铬参与回火时沉淀析出的碳化物的形成，这种含铬碳化物在较低温度时容易析出，降低了钢的热稳定性。因此将铬含量控制在3.8～4.2％。

钨和钼：高速钢轧辊中加入适量的钨和钼，主要是为了提高高速钢轧辊的红硬性，改善高温耐磨性。在普通高速钢中，常加入较多的钨和钼元素，如常见的M2高速工具钢，含有高达5％左右的钨和6％左右的钼，但高速钢轧辊使用中，轧辊表面由于有冷却水的冷却，其工作温度远低于刀具使用温度，因此可适当降低钨和钼元素的加入量，有利于降低高速钢轧辊生产成本，本发明将钨含量控制在1.0～2.0％，钼含量控制在1.0～2.0％，且3.5％<W+2Mo<5.2％。

钒：高速钢轧辊中加入适量钒元素，可形成高硬度的MC型碳化物，有利于改善高速钢轧辊耐磨性，但钒含量高时，由于沿晶界易出现龟裂，基体易优先磨损，轧材粘附于辊面，辊表面易粗糙，降低轧材表面质量，反而加快了换辊周期。此外MC数量过多，硬度过高，导致磨削加工困难，同时随着钒含量的增加，合金碳化物MC尺寸增大，高速钢轧辊的韧性和热疲劳性能下降。钒加入量过多，由于钒元素价格高，导致轧辊生产成本增加，因此将钒含量控制在0.8～1.0％。

硅：硅是非碳化物形成元素，主要固溶于基体，能细化回火时析出的二次碳化物，使回火硬度提高。硅还能细化奥氏体晶粒，提高600℃红硬性及低温淬火硬度。硅还可以改善高速钢的磨削性能。但硅加入量过多，易产生夹杂物，反而损害高速钢轧辊的强度和韧性，因此将硅含量控制在1.5～1.8％。

铜：高速钢轧辊中，加入适量铜，主要是为了改善高速钢轧辊淬透性，铜元素合适加入量为0.5～0.8％。

铝：铝溶于基体中，可提高高速钢的回火稳定性、硬度和红硬性。铝还降低M₂C共晶碳化物的分解温度，使共晶碳化物在高温加热时易于分解和粒化，有利于提高高速钢的韧性。但铝增加高速钢的脱碳敏感性，且铝含量太高，钢液熔炼困难，钢水浇注时流动性差，轧辊中易出现铸造缺陷，因此将铝含量控制在0.2～0.4％。

钛：钛能细化高速钢晶粒，提高其强度、韧性和耐磨性，但降低高速钢红硬性，综合考虑将钛含量控制在0.25～0.40％。

锆：锆能显著细化高硼高速钢凝固组织，改善合金硼化物的形态和分布，促进高硼高速钢力学性能提高。但锆加入量过多，将增加高硼高速钢生产成本，合适的锆含量控制在0.02～0.05％。

稀土：高硼高速钢轧辊中加入稀土，主要是为了净化钢液，细化凝固组织，改善碳化物和硼化物的形态和分布，从而有利于高硼高速钢轧辊强度和韧性的提高。稀土加入量过多，夹杂物增多，反而降低高硼高速钢轧辊的强度和韧性。综合考虑将稀土含量控制在0.05～0.20％。

锰：锰促使高硼高速钢轧辊组织粗大，降低高硼高速钢轧辊的强度和韧性，将其含量控制在0.5％以下。

硫和磷：不可避免的微量杂质是原料中带入的，其中有硫和磷，均是有害元素，为了保证高硼高速钢轧辊的强度、韧性和耐磨性，将硫含量控制在0.04％以下，磷含量控制在0.04％以下。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明高硼高速钢轧辊钨、铬、钼、钒等合金元素加入量较少，且不含铌、钴、镍等价格昂贵的合金元素，因此，具有较低的生产成本，比常用高速钢轧辊降低生产成本30％以上。

(2)本发明轧辊材料碳含量低，轧辊具有优异的抗热疲劳性能。

(3)本发明轧辊材料含有较多的硼，轧辊组织中含有18～23％的合金硼化物，使轧辊材料硬度达到82～85HSD。

(4)本发明高硼高速钢轧辊材料用于制作轧辊，其使用寿命比常规高速钢轧辊提高15～30％。

以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

具体实施方式

下述实施例1-5中均采用电炉熔炼高硼高速钢轧辊材料，而后铸造、淬火和回火处理，加工后得到高硼高速钢轧辊，成分见表1，性能见表2。

表1 实施例1-5中制备的高硼高速钢轧辊的化学成分(重量％)

表2 实施例1-5中制备的高硼高速钢轧辊的性能

本发明高硼高速钢轧辊材料用于制作轧辊，在棒材轧机精轧机前架轧制φ16mm螺纹钢，单槽过钢量为1760～1780吨，比常规高速钢轧辊提高15～30％。由于不含铌、钴、镍等价格昂贵的合金元素，且钨、铬、钼、钒等合金元素加入量较少，生产成本比常用高速钢轧辊降低30％以上，使用本发明高硼高速钢轧辊材料，可延长轧辊使用寿命，降低轧材生产成本，改善轧材表面质量，具有显著的经济和社会效益。

Claims

1、一种高硼高速钢轧辊材料，其特征在于，所述的轧辊材料的化学组成成分以重量百分比表示为：0.25～0.40C、1.8～2.5B、3.8～4.2Cr、1.0～2.0W、1.0～2.0Mo、0.8～1.0V、1.5～1.8Si、0.2～0.4Al、0.25～0.40Ti、0.05～0.20RE、0.02～0.05Zr、0.5～0.8Cu、Mn<0.5、P<0.04、S<0.04，余量为Fe，化学成分的总和为100％，其中3.5<W+2Mo<5.2。