CN101537428A - 一种半钢轧辊及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种半钢轧辊及其制备方法，属于轧钢技术领域。其化学组成成分及其质量百分比为：C：1.65－1.90％，Cr：0.80－1.15％，Si：0.35－0.65％，Mn：0.60－1.00％，Mo：0.30－0.60％，Ni：0.20－0.80％，K：0.05－0.10％，Na：0.05－0.10％，Ti：0.05－0.15％，Nb：0.05－0.15％，Y：0.08－0.15％，Mg：0.03－0.08％，Zn：0.02－0.04％，Al：0.60－1.00％，P：＜0.04％，S：＜0.03％，其余为Fe。优点：化学成分组成合理，半钢轧辊的辊身硬度可达55－58HS，抗拉强度可达900－950MPa，冲击韧度达到10－12J/cm²；能节约镍资源和降低成本；能简化热处理，缩短制造周期，提高热处理效率且节约能源；可细化凝固组织，改善碳化物的形态及分布的均匀性且能抑制合金元素的偏析；使用寿命提高。

Description

一种半钢轧辊及其制备方法

技术领域

本发明属于轧钢技术领域，具体涉及一种半钢轧辊，并且还涉及这种半钢轧辊的制备方法。

背景技术

半钢轧辊因其优异的强韧性和耐磨性而广泛应用于热轧生产中。半钢作为轧辊材质具有其独特性能，尤其是作为型材、棒、线材和初轧机架的轧辊材质，已由球墨铸铁向半钢转化而成为发展方向。半钢轧辊因其断面硬度落差小，能切削较深的孔型，最适于工作繁重的钢坯轧机、大型型材轧机、中型轧机、万能型钢轧机、热连轧粗轧机及热连轧精轧机(前段)等。材料的性能主要由组织决定，半钢由于其成分设计的特点，其微观组织一般由珠光体基体和游离碳化物组成，与铸钢轧辊相比，它有游离碳化物存在，与铸铁轧辊相比，它没有大量石墨析出。这种组织上的特点使半钢轧辊的性能也介于铸钢和铸铁之间，半钢轧辊的强韧性接近于钢辊而优于铁辊，硬度与耐磨性接近于铁辊而优于钢辊，它综合了铸钢与铸铁两者的优点。

由半钢成分在铁碳状态图中的位置可以知道，其液相线到固相线的结晶间隔很宽，树枝晶很发达，流动性较差，容易得到粗大的树枝晶和初晶，危害性较大。因此必须设法使组织细化。采用离心铸造时，金属液在离心力作用下凝固，其凝固条件与压力铸造时相当，组织致密细化。但对于大轧辊的制造，因设备投资巨大，不能普遍采用。为了增大凝固时的冷却速度，一般都用金属型铸造。铸型材质要选择导热性好的合金，常采用铸铁或铸钢。

半钢轧辊的耐磨性主要决定于硬度。要提高硬度，须提高半钢的含碳量，并增加某些合金元素的含量，以增多碳化物或强化基体。一般半钢轧辊的硬度为40-55HS，其组织为碳化物+珠光体。基体为贝氏体的高强度半钢轧辊，硬度可达65HS以上。但提高硬度，一般使韧性下降，容易在使用中断辊。特别是制造整体高硬度轧辊时，因心部硬度也提高了，故在使用中更容易出现断辊。目前解决这一问题的方法有两种：一是对整体轧辊采用锻造，使硬度与韧性都得到提高。经锻造后，游离碳化物细小而均匀分散，强韧性、耐裂性和耐表面粗糙性都大为改善；二是采用离心法制造复合轧辊(如CN100404152C)，辊身表层用耐磨性耐表面粗糙性优越的半钢等材质，辊身内部用韧性好的铸钢等材质，但离心法制造大尺寸复合轧辊所用设备复杂，往往受装备制约。

为提高半钢的塑性和抗断裂性能等，一般必须将铸态的碳化物网切断并球化。半钢的含碳量愈高，则网状碳化物愈多，将影响到轧辊的性能与使用。通常半钢轧辊进行热处理的全过程是：1)扩散退火，温度为1050～1100℃左右，切断碳化物的连续状与网状，并减少偏析；2)球化退火，温度为800℃左右，使碳化物球化；3)正火，温度为900～950℃左右，调整硬度；4)回火，温度为450～650℃左右，消除应力。经上述热处理后，半钢轧辊的组织与性能可得到较好的改善。但缺点是工序繁复，周期太长，消耗能源，甚至使铸造半钢的成本接近于锻钢，因而不具有节能性和经济性。

中国发明专利CN1194897A公开了一种离心铸造半钢复合轧辊的生产方法，其化学成分(Wt％)为：1.2-2.0％C，0.15-0.30％Si，0.6-1.0％Mn，0.4-0.7％Ni，1.2-1.8％Cr，0.2-0.6％Mo，≤0.1％P，≤0.03％S，其余Fe。由于其铸态组织粗大，且元素偏析严重，需要在900-1000℃进行高温退火。还要在760-820℃进行球化退火，而后在950-1050℃进行正火，最后在600℃回火(该申请说明书第2页第9-10行)，热处理工艺复杂，能耗高，效率低。中国发明专利CN1080329A还公开了半钢材质的翻钢辊套及其制造方法，其化学成分(Wt％)为：1.3-1.7％C，0.3-0.7％Si，0.7-1.1％Mn，0.8-1.2％Ni，0.8-1.2％Cr，0.2-0.6％Mo，P≤0.10％，S≤0.05％，余铁及杂质，还加入0.12-0.20％稀土变质剂进行变质处理，由于组织粗大且元素偏析严重，需要在1000-1050℃进行扩散退火，780-840℃球化退火，而后在900-930正火，最后在600-630℃回火(该专利申请的说明书第4页第11-14行)，存在热处理周期长，能耗高和生产效率低等不足。

日本专利JP2005296955-A公开了一种半钢轧辊的化学组成，半钢轧辊采用复合铸造方法制造，其外层成分(质量分数，％)为：1.5-2.5C，1.4-2.2Si，0.3-1.2Mn，1.2-2.6Ni，0.8-1.7Cr，0.4-2.1Mo和0.01-0.05B，由于含有较多的价格昂贵的镍，因此轧辊生产成本高，另外，该半钢轧辊硅含量高，轧辊基体脆性较大，使用中易萌生裂纹且裂纹扩展速率高。日本专利JP61149458-A还公开了一种高硬度半钢轧辊材料，其质量分数(％)为：1.8-2.5％C，0.5-2.0％Si，0.5-2.0％Mn，P＜0.030％，S＜0.020％％1.0-4.5％Ni，1.5-6.2％Cr，0.5-2.0％Mo，且0.7C+2.6Si+3.6Ni+2.1Cr≥13％，Fe余量。由于含有较多的镍、铬等元素，将增加轧辊生产成本，另外，铬含量过多，轧辊中碳化物数量增加，轧辊脆性增大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种化学成分组成合理而藉以显著改善强度和韧性并且可节约昂贵的镍资源而藉以降低成本的半钢轧辊。

本发明的还一目的在于提供一种半钢轧辊的制备方法，该方法可细化凝固组织，改善碳化物的形态及分布并且能抑制合金元素的偏析，实现半钢轧辊以铸代锻，同时无需扩散退火和球化退火而藉以简化热处理工艺和缩短热处理周期、节约能源、提高制备效率，以及保障半钢轧辊的强度和韧性而藉以提高半钢轧辊的使用寿命。

本发明的目的是这样来达到的，一种半钢轧辊，其化学组成成分及其质量百分比为：C：1.65-1.90％，Cr：0.80-1.15％，Si：0.35-0.65％，Mn：0.60-1.00％，Mo：0.30-0.60％，Ni：0.20-0.80％，K：0.05-0.10％，Na：0.05-0.10％，Ti：0.05-0.15％，Nb：0.05-0.15％，Y：0.08-0.15％，Mg：0.03-0.08％，Zn：0.02-0.04％，Al：0.60-1.00％，P：＜0.04％，S：＜0.03％，其余为Fe。

一种半钢轧辊，其化学组成成分及其质量百分比为：C：1.66-1.88％，Cr：0.81-1.15％，Si：0.38-0.64％，Mn：0.62-0.95％，Mo：0.30-0.60％，Ni：0.23-0.78％，K：0.051-0.098％，Na：0.055-0.097％，Ti：0.062-0.15％，Nb：0.061-0.147％，Y：0.093-0.149％，Mg：0.032-0.07％，Zn：0.024-0.039％，Al：0.61-0.97％，P：≤0.034％，S：≤0.02％，其余为Fe。

本发明所述的0.20％≤Ti+Nb≤0.25％。

本发明的还一目的是这样来达到的，一种半钢轧辊的制备方法，它包括以下步骤：

A)备料，按半钢轧辊目标产品中的化学组成成分的质量百分比备料；

B)将普通废钢、生铁或增碳剂、铬铁、镍板和钼铁混合加热熔化，钢水熔清后加入硅铁和锰铁，然后将钢水温度升至1480-1500℃，并加入铝，炉前调整成分合格后将温度升至1500-1520℃，将钛铁和铌铁直接加入炉内，而后出炉；

C)出钢，出钢过程中，当钢水出钢40-60％时，将钇基稀土合金、含钾物质、含钠物质和金属锌包覆严实后随流扔入钢包；

D)将涂覆了钝化层的钝化颗粒镁置于钢包底部，并用铸铁屑覆盖，然后将钢水直接冲入钢包，钢水经扒渣后待浇注；

E)浇铸，当钢水温度达到1430-1460℃时，将钢水直接浇入铸型，并经保温后开箱、清理，去掉浇冒口，随后进行粗加工，得到待精加工的半钢轧辊；

F)热处理和精加工，将待精加工的半钢轧辊经880-920℃保温6-12h后吹风冷却，然后在540-600℃保温8-16h后炉冷至150-180℃时空冷，最后精加工，得到规定尺寸和精度的成品半钢轧辊。

在本发明的一个具体的实施例中，步骤C)中所述的包覆是指采用厚度0.10-0.25mm的薄钢片包覆。

在本发明的另一个具体的实施例中，步骤C)中所述的钇基稀土合金的化学组成成分及其质量百分比为23～28％的Y，30～43％的Si，余量为Fe；所述的含钾物质为经350℃焙烧过的KMnO₄；所述的含钠物质为NaOH和C经热还原反应后的产物。

在本发明的还一个具体的实施例中，步骤D)中所述的涂覆了钝化层的钝化颗粒镁的颗粒尺寸为1.0-2.5mm，所述的钝化层的厚度为0.10-0.15mm。

在本发明的再一个具体的实施例中，所述的钝化颗粒镁的钝化层由以下按质量百分比配比的原料构成，氯化钠：30-40％，氯化钾：25-35％，氯化镁：20-30％和氯化钡：5-10％。

在本发明的又一个具体的实施例中，步骤E)中所述的保温的保温时间为24-72h。

本发明所推荐的技术方案的优点之一，化学成分组成合理，半钢轧辊的辊身硬度可达55-58HS，抗拉强度可达900-950MPa，冲击韧度达到10-12J/cm²；之二，成分中镍含量显著降低，能节约宝贵的镍资源和降低成本；之三，制备方法相对于已有技术，无需扩散退火和球化退火，从而能简化热处理，缩短制造周期，提高热处理效率并且节约能源50％以上；之四，可细化凝固组织，改善碳化物的形态及分布的均匀性并且能抑制合金元素的偏析；之五，本发明制备的半钢轧辊应用于热轧带钢精轧前段，使用寿命与已有技术中的70Mn2Mo轧辊相比可提高80-100％。

具体实施方式

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，本发明轧辊化学成分是这样确定的：

碳：碳是影响半钢轧辊性能的主要元素之一。随着含碳量的增加，组织中碳化物的数量增多，尺寸加大，碳化物间距缩小。含碳1.40％的半钢轧辊游离碳化物的数量为0.56％(面积)，碳化物平均尺寸为5.48微米，碳化物间距为972.50微米；当含碳量增加到2.40％时，碳化物数量增加到14.0％，尺寸增大到10.98微米，而碳化物间距缩短至77.73微米。另外，随着含碳量的增加，组织中的碳化物数量增多，耐磨性提高，强度和韧性降低。同时耐激冷激热性变坏，即轧辊在反复加热冷却过程中表面易形成裂纹。为了使半钢轧辊具有优异的综合性能，将碳含量控制在1.65-1.90％。

铬：铬部分进入基体，提高基体强度和淬透性，还可提高轧辊抗回火稳定性，铬还部分进入碳化物，增加碳化物的数量并提高碳化物硬度，有利于轧辊硬度和耐磨性的提高，但加入量过多，会降低轧辊韧性和塑性，合适的铬含量宜控制在0.80-1.15％。

硅：硅在半钢轧辊冶炼中是作为脱氧剂和有益元素加入的，硅是非碳化物形成元素，主要固溶于基体，有利于提高基体强度，改善轧辊耐磨性。但硅含量也应严格控制，硅是降低轧辊中铁素体导热系数最大的元素之一，为了提高导热性，减少热应力，缩短凝固时间，必须适当降低硅含量。合适的硅含量宜控制在0.35-0.65％。

锰：锰在半钢轧辊冶炼中也是作为脱氧剂和有益元素加入的，锰可改善轧辊淬透性，但锰含量过高，由于增大轧辊的线收缩率和体收缩率，将使轧辊毛坯在铸造过程中发生热裂的倾向性增大，合适的锰含量宜控制在0.6-1.0％。

钼：钼的加入除了增加碳化物数量和提高碳化物硬度，有利于改善轧辊耐磨性外，钼还可提高轧辊高温硬度，有利于改善轧辊的高温耐磨性，钼还可提高轧辊的抗回火稳定性，并明显减轻甚至消除半钢轧辊的回火脆性，但钼价格昂贵，加入量过多，将明显增加轧辊生产成本，合适的钼含量宜控制在0.3-0.6％。

镍：镍是非碳化物形成元素，加入半钢轧辊中，主要固溶于基体，在强化基体的同时还增加韧性，镍与铬共存，显著提高半钢轧辊的综合性能。镍还可以明显提高半钢轧辊淬透性。镍加入量过多，导致轧辊正火组织中残留奥氏体增多，反而降低轧辊硬度，损害轧辊耐磨性，且镍价格昂贵，合适的镍含量宜控制在0.2-0.8％。

钾和钠：钾和钠降低半钢的初晶结晶温度和共晶结晶温度8-15℃，初晶结晶温度和共晶结晶温度的下降，有助于钢水在液相线和共晶区过冷，而合金的结晶过冷度增大，会使形核率增加，因此，钾、钠使初晶奥氏体晶核增多，初晶奥氏体细化。初晶奥氏体的细化导致共晶反应时残留钢液相互被隔开的趋势增强，进而导致共晶组织的细化。此外，钾、钠在共晶结晶时选择性地吸附在共晶碳化物择优生长方向的表面上，形成吸附薄膜，阻碍钢液中的铁、铬、钼等原子长入共晶碳化物晶体，降低了共晶碳化物[010]择优方向的长大速度，导致[010]方向长大减慢，而[001]、[100]方向长大速度增大，导致共晶碳化物变成球状。值得注意的是，钾、钠非常活泼，极易氧化和挥发，比重小，不易直接加入金属液中，而且纯的钾、钠价格高，直接加入半钢轧辊经济上也不合理。

本发明的含钾物质为经350℃焙烧过的KMnO₄。加入钢水之前，KMnO₄经过350℃焙烧，由于KMnO₄不稳定，在焙烧过程中会发生如下反应：

式(1)

式(2)

因此，加入到钢水中含钾物质的主要成分其实是MnO₂、Mn₂O₃和K₂O三种物质，而K₂O在钢水高温作用下，又会发生如下反应：

式(3)

本发明的含钠物质为NaOH和C经热还原反应后的产物。其主要反应式为：

6NaOH+2C→2Na₂CO₃+2Na+3H₂    式(4)

钾、钠加入量过少，对半钢轧辊的组织和性能影响不明显，加入量过多，使轧辊组织中夹杂物数量增多，反而损害轧辊的强度和韧性，合适的钾加入量宜控制在0.05-0.10％，合适的钠加入量宜控制在0.05-0.10％。

铌和钛：半钢轧辊中加入铌和钛，主要是为了形成高熔点的TiC和NbC，他们可作为钢水凝固核心，有利于细化轧辊组织，改善碳化物形态和分布，提高半钢轧辊综合力学性能和耐磨性，合适的铌加入量宜控制在0.05-0.15％，合适的钛加入量宜控制在0.05-0.15％，且0.20％≤Ti+Nb≤0.25％。

钇：稀土加入钢中具有脱硫、除气的作用，同时稀土与液态金属反应生成的细小粒子，加速凝固的形核作用，表面活性稀土元素在流动的晶体表面形成吸附原子薄膜，降低流动离子的速度，稀土元素的这些特性能细化半钢轧辊的晶粒，限制树枝晶偏析，提高机械性能和耐磨性。因此变质剂中还加入了适量稀土，但加稀土的副作用是带来夹杂，为了既能充分发挥稀土的有益作用，又能克服上述副作用，我们用钇基重稀土合金取代常用的铈基轻稀土合金。采用钇基重稀土合金可获得比重较小的脱氧、脱硫产物，以利于其上浮，铈稀土合金的脱氧、脱硫产物以Ce₂O₂S计，其密度为6.00g/cm³，钇稀土合金的脱氧、脱硫产物以Y₂O₂S计，密度为4.25g/cm³，按Stokes公式计算夹杂物的上浮速度V为[Ladenburg R W，Physical measurements in gas dynamics and in combustion，Newyork：Prince-ton University Press，1964]：

式(5)

式中：V-夹杂物上浮速度，m/sec；r-夹杂物半径，m；ρ_液-金属液体的密度，N/m³；ρ_杂-夹杂物的密度，N/m³；η-液体的动力粘度，N.s/m²。

可见后者的上浮速度较前者增大1倍，这是使用钇基稀土合金获得洁净组织对钢污染少的重要原因。合适的钇加入量宜控制在0.08-0.15％，

镁：镁加入钢中具有良好的脱氧、脱硫效果，镁是表面活性元素，它偏聚于晶界或相界并能与铬、钼等原子半径相近的元素共同形成合金碳化物，因此适量镁能提高界面能，使γ-碳化物相界面张力与γ-γ相界面张力的比值σ_γ-c/σ_γ-γ增高，故适量镁能分割碳化物并改变其形态，使碳化物分散和细化，有利于半钢轧辊韧性的提高。镁加入量不足将不能使铸铁发生充分的脱氧、脱硫反应，不利于夹杂物的去除。加入量过多不仅造成镁的浪费，而且由于反应过于剧烈，将使上浮到钢液表面的MgO、MgS等夹杂重新卷入钢液中，对半钢轧辊性能产生不利的影响。因此将镁加入量控制在0.03-0.08％。

锌：锌促使半钢轧辊中碳化物变得细小、孤立、尖角圆钝，数量增加，碳化物数量增加是由于形成了含锌复合碳化物的缘故，对耐磨性的提高是有利的。碳化物形态的改善主要是由于锌提高碳原子的活度，使半钢轧辊热处理时碳的扩散能力增强，促使条状碳化物熔断及加速其尖角部分的溶解，而孤立的碳化物变得圆钝以至球化。此外锌的沸点低(911℃)，加入钢水后，迅速汽化，汽化的锌原子在钢水中可成为大量的原子集团，在钢水凝固过程中，一些原子集团造成碳化物点阵上的空位。由于空位的存在，在高温下喜爱于晶体内发生运动，而按空位机理扩散时，铁、碳原子跳动频率较高，扩散较快，因此空位的存在加速了碳化物的溶解和扩散，致使其形态得到改善，有利于半钢轧辊韧性的大幅度提高。但锌加入量过多，导致出现大量含锌复合碳化物，反而降低半钢轧辊韧性，因此合适的锌加入量是0.02-0.04％。

铝：铝是非碳化物形成元素，凝固过程中，铝元素在碳化物的生长前沿富集，导致碳化物生长速率下降，从而使碳化物得到断网和细化，促进半钢轧辊强度和韧性的提高。

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，为了保证轧辊的强度、韧性和耐磨性，将磷含量控制在0.04％以下，硫含量控制在0.03％以下。

下面结合实施例对本发明作进一步详述：

实施例1：

用电炉熔炼半钢轧辊，其制造工艺步骤是：

A)备料，按半钢轧辊目标产品中的化学组成成分的质量百分比备料，具体见表1；

B)将普通废钢、生铁、铬铁、镍板和钼铁混合加热熔化，钢水熔清后加入硅铁和锰铁，然后将钢水温度升至1500℃，并加入铝，炉前调整成分合格后将温度升至1518℃，将钛铁和铌铁直接加入炉内，而后出炉；

C)出钢，出钢过程中，当钢水出钢60％时，将质量百分比为23～28％的Y，30～43％的Si，余量为Fe的钇基稀土合金、经350℃焙烧过的KMnO₄含钾物质、NaOH和C经热还原反应产物的含钠物质和金属锌用厚度0.10-0.25mm的薄钢片包覆严实，然后随流扔入钢包；

D)将涂覆了钝化层的钝化颗粒镁置于钢包底部，并用铸铁屑覆盖，然后将钢水直接冲入钢包，钢水经扒渣后待浇注，其中，所用钝化颗粒镁的尺寸为1.0-2.5mm，钝化层的厚度为0.10-0.15mm，钝化颗粒镁的钝化层是由以下按质量百分比配比的原料构成：30-40％氯化钠、25-35％氯化钾、20-30％氯化镁和5-10％氯化钡；

E)浇铸，当钢水温度达到1457℃时，将钢水直接浇入铸型，轧辊在浇注后48h开箱、清理，去掉浇冒口，随后进行粗加工，得到待精加工的半钢轧辊；

F)热处理和精加工，将待精加工的半钢轧辊经920℃保温6h后吹风冷却，然后在600℃保温8h后炉冷至180℃时空冷，最后精加工，得到规定尺寸和精度的成品半钢轧辊。本实施例所得到的半钢轧辊辊身的力学性能见表2。

表1半钢轧辊的化学成分(质量百分数，％)

元素	C	Cr	Si	Mn	Mo	Ni	K	Na	Ti
										成分	1.66	1.15	0.38	0.95	0.30	0.78	0.051	0.097	0.062
元素	Nb	Y	Mg	Zn	Al	S	P	Fe
										成分	0.147	0.093	0.070	0.024	0.61	0.017	0.032	余量

表2半钢轧辊辊身力学性能

硬度/HS	抗拉强度/MPa	冲击韧度(J/cm2)
			55.3	904.4	11.7

实施例2：

用电炉熔炼半钢轧辊，其制造工艺步骤是：

A)备料，按半钢轧辊目标产品中的化学组成成分的质量百分比备料，具体见表3；

B)将普通废钢、增碳剂、铬铁、镍板和钼铁混合加热熔化，钢水熔清后加入硅铁和锰铁，然后将钢水温度升至1483℃，并加入铝，炉前调整成分合格后将温度升至1505℃，将钛铁和铌铁直接加入炉内，而后出炉；

C)出钢，出钢过程中，当钢水出钢40％时，将质量百分比为23～28％的Y，30～43％的Si，余量为Fe的钇基稀土合金、经350℃焙烧过的KMnO₄含钾物质、NaOH和C经热还原反应产物的含钠物质和金属锌用厚度0.10-0.25mm的薄钢片包覆严实，然后随流扔入钢包；

D)将涂覆了钝化层的钝化颗粒镁置于钢包底部，并用铸铁屑覆盖，然后将钢水直接冲入钢包，钢水经扒渣后待浇注，其中，所用钝化颗粒镁的尺寸为1.0-2.5mm，钝化层的厚度为0.10-0.15mm，钝化颗粒镁的钝化层是由以下按质量百分比配比的原料构成：30-40％氯化钠、25-35％氯化钾、20-30％氯化镁和5-10％氯化钡；

E)浇铸，当钢水温度达到1430℃时，将钢水直接浇入铸型，轧辊在浇注后72h开箱、清理，去掉浇冒口，随后进行粗加工，得到待精加工的半钢轧辊；

F)热处理和精加工，将待精加工的半钢轧辊经880℃保温12h后吹风冷却，然后在540℃保温16h后炉冷至150℃时空冷，最后精加工，得到规定尺寸和精度的成品半钢轧辊。本实施例所得到的半钢轧辊辊身的力学性能见表4。

表3半钢轧辊的化学成分(质量百分数，％)

元素	C	Cr	Si	Mn	Mo	Ni	K	Na	Ti
										成分	1.88	0.81	0.64	0.62	0.60	0.23	0.098	0.055	0.150
元素	Nb	Y	Mg	Zn	Al	S	P	Fe
										成分	0.061	0.149	0.032	0.039	0.97	0.020	0.034	余量

表4半钢轧辊辊身力学性能

硬度/HS	抗拉强度/MPa	冲击韧度(J/cm2)
			57.6	946.3	10.4

实施例3：

用电炉熔炼半钢轧辊，其制造工艺步骤是：

A)备料，按半钢轧辊目标产品中的化学组成成分的质量百分比备料，具体见表5；

B)将普通废钢、生铁、铬铁、镍板和钼铁混合加热熔化，钢水熔清后加入硅铁和锰铁，然后将钢水温度升至1490℃，并加入铝，炉前调整成分合格后将温度升至1510℃，将钛铁和铌铁直接加入炉内，而后出炉；

C)出钢，出钢过程中，当钢水出钢50％时，将质量百分比为23～28％的Y，30～43％的Si，余量为Fe的钇基稀土合金、经350℃焙烧过的KMnO₄含钾物质、NaOH和C经热还原反应产物的含钠物质和金属锌用厚度0.10-0.25mm的薄钢片包覆严实，然后随流扔入钢包；

D)将涂覆了钝化层的钝化颗粒镁置于钢包底部，并用铸铁屑覆盖，然后将钢水直接冲入钢包，钢水经扒渣后待浇注，其中，所用钝化颗粒镁的尺寸为1.0-2.5mm，钝化层的厚度为0.10-0.15mm，钝化颗粒镁的钝化层是由以下按质量百分比配比的原料构成：30-40％氯化钠、25-35％氯化钾、20-30％氯化镁和5-10％氯化钡；

E)浇铸，当钢水温度达到1450℃时，将钢水直接浇入铸型，轧辊在浇注后24h开箱、清理，去掉浇冒口，随后进行粗加工，得到待精加工的半钢轧辊；

F)热处理和精加工，将待精加工的半钢轧辊经900℃保温8h后吹风冷却，然后在570℃保温12h后炉冷至170℃时空冷，最后精加工，得到规定尺寸和精度的成品半钢轧辊。本实施例所得到的半钢轧辊辊身的力学性能见表6。

表5半钢轧辊的化学成分(质量百分数，％)

元素	C	Cr	Si	Mn	Mo	Ni	K	Na	Ti
										成分	1.81	0.98	0.47	0.85	0.44	0.57	0.081	0.072	0.108
元素	Nb	Y	Mg	Zn	Al	S	P	Fe
										成分	0.115	0.106	0.049	0.032	0.87	0.019	0.032	余量

表6半钢轧辊辊身力学性能

硬度/HS	抗拉强度/MPa	冲击韧度(J/cm2)
			56.4	931.7	11.2

本发明克服了已有技术中存在的热处理工艺复杂、能耗高、生产周期长和生产效率低等不足。本发明在中碳低合金半钢轧辊中，通过加入微量钾、钠、铌、钛、钇、镁和锌等元素，细化凝固组织，改善碳化物的形态和分布，并减轻合金元素偏析，实现半钢轧辊的以铸代锻，同时碳化物的细化和形态由网状变成孤立状分布且分布均匀，可取消半钢轧辊的扩散退火和球化退火，可简化热处理工艺，缩短热处理周期。在此基础上，加入一定数量的铝元素，更有利于的碳化物的孤立分布，有利于改善半钢轧辊的强度和韧性，提高半钢轧辊的使用寿命。

用本发明制作的尺寸φ540mm×600mm轧辊，在热轧带钢精轧前段使用，本发明轧辊使用安全、可靠，无断辊、剥落现象出现，辊表面热疲劳裂纹浅，裂纹扩展速率慢，本发明半钢轧辊的使用寿命比70Mn2Mo轧辊提高80-100％。推广应用本发明轧辊，可以降低换辊频率，提高轧机作业率，降低轧材生产成本，减轻工人劳动强度，具有显著的经济和社会效益。

Claims (9)

1、一种半钢轧辊，其特征在于其化学组成成分及其质量百分比为：C：1.65-1.90％，Cr：0.80-1.15％，Si：0.35-0.65％，Mn：0.60-1.00％，Mo：0.30-0.60％，Ni：0.20-0.80％，K：0.05-0.10％，Na：0.05-0.10％，Ti：0.05-0.15％，Nb：0.05-0.15％，Y：0.08-0.15％，Mg：0.03-0.08％，Zn：0.02-0.04％，Al：0.60-1.00％，P：＜0.04％，S：＜0.03％，其余为Fe。

2、一种半钢轧辊，其特征在于其化学组成成分及其质量百分比为：C：1.66-1.88％，Cr：0.81-1.15％，Si：0.38-0.64％，Mn：0.62-0.95％，Mo：0.30-0.60％，Ni：0.23-0.78％，K：0.051-0.098％，Na：0.055-0.097％，Ti：0.062-0.15％，Nb：0.061-0.147％，Y：0.093-0.149％，Mg：0.032-0.07％，Zn：0.024-0.039％，Al：0.61-0.97％，P：≤0.034％，S：≤0.02％，其余为Fe。

3、根据权利要求1或2所述的半钢轧辊，其特征在于所述的0.20％≤Ti+Nb≤0.25％。

4、一种如权利要求1或2所述的半钢轧辊的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：

A)备料，按半钢轧辊目标产品中的化学组成成分的质量百分比备料；

B)将普通废钢、生铁或增碳剂、铬铁、镍板和钼铁混合加热熔化，钢水熔清后加入硅铁和锰铁，然后将钢水温度升至1480-1500℃，并加入铝，炉前调整成分合格后将温度升至1500-1520℃，将钛铁和铌铁直接加入炉内，而后出炉；

C)出钢，出钢过程中，当钢水出钢40-60％时，将钇基稀土合金、含钾物质、含钠物质和金属锌包覆严实后随流扔入钢包；

D)将涂覆了钝化层的钝化颗粒镁置于钢包底部，并用铸铁屑覆盖，然后将钢水直接冲入钢包，钢水经扒渣后待浇注；

E)浇铸，当钢水温度达到1430-1460℃时，将钢水直接浇入铸型，并经保温后开箱、清理，去掉浇冒口，随后进行粗加工，得到待精加工的半钢轧辊；

F)热处理和精加工，将待精加工的半钢轧辊经880-920℃保温6-12h后吹风冷却，然后在540-600℃保温8-16h后炉冷至150-180℃时空冷，最后精加工，得到规定尺寸和精度的成品半钢轧辊。

5、根据权利要求4所述的半钢轧辊的制备方法，其特征在于步骤C)中所述的包覆是指采用厚度0.10-0.25mm的薄钢片包覆。

6、根据权利要求4所述的半钢轧辊的制备方法，其特征在于步骤C)中所述的钇基稀土合金的化学组成成分及其质量百分比为23～28％的Y，30～43％的Si，余量为Fe；所述的含钾物质为经350℃焙烧过的KMnO₄；所述的含钠物质为NaOH和C经热还原反应后的产物。

7、根据权利要求4所述的半钢轧辊的制备方法，其特征在于步骤D)中所述的涂覆了钝化层的钝化颗粒镁的颗粒尺寸为1.0-2.5mm，所述的钝化层的厚度为0.10-0.15mm。

8、根据权利要求4或7所述的半钢轧辊的制备方法，其特征在于所述的钝化颗粒镁的钝化层由以下按质量百分比配比的原料构成，氯化钠：30-40％，氯化钾：25-35％，氯化镁：20-30％和氯化钡：5-10％。

9、根据权利要求4所述的半钢轧辊的制备方法，其特征在于步骤E)中所述的保温的保温时间为24-72h。