CN101798660B - 冷轧辊钢以铸代锻的精炼、变质及铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了冷轧辊钢以铸代锻的精炼、变质及铸造方法，该冷轧辊钢的工作辊套或工作层化学成分的重量百分比为：C 0.6%-1.2%，Si0.2%-1.5%，Mn 0.3%-1.5%，Cr 1.6%-6.0%，W+Mo≤3.5%，Ni+Cu≤1.5%，V≤1.5%，RE≤0.15%， Ba+Mg≤0.10%，K+Na≤0.05%，S≤0.015%，O≤0.002%，其余是铁与难测的微量杂质；支承辊工作层的化学成分的重量百分比为：C 0.4%-1.0%，Si0.3%-2.0%，Mn 0.6%-2.5%，Cr1.0%-4.5%，W+Mo≤1.5%，Ni+Cu≤1.5%，V≤1.0%，RE≤0.15%，Ba+Mg≤0.10%，K+Na≤0.05%，S≤0.02%，O≤0.003%；钢液在炉内外多重精炼、复合变质，提高钢的纯净度，细化金相组织和碳化物颗粒，出钢与铸造过程采用气体保护与钢液过滤，铸造采用金属型制辊套毛坯或用CPC法与辊芯冶金熔合，制成复合冷轧辊，节能降耗效益卓著。

Description

冷轧辊钢以铸代锻的精炼、变质及铸造方法

技术领域

本发明涉及冷轧辊钢以铸代锻的精炼、变质及铸造方法。

背景技术

冷轧辊的主要工作对象是冷金属板带，将中板轧成薄板，金属板轧制时被加工硬化，愈轧愈硬，轧制力愈来愈大，容易造成断辊，崩块剥离，或疲劳裂纹，因此对冷轧辊的钢材质量要求很高，现有制造冷轧辊钢材需经电炉熔铸，电渣重熔成锭和反复多维鐓拔锻压，能量消耗大，生产效率低，成本高，加工量大，材料利用率仅为60%左右，价格昂贵，多年来，冷轧辊钢材使用的牌号9Cr₂Mo（V）,存在疲劳强度不高，塑韧性低，抗回火性差，淬硬深度浅的缺陷；对不同使用要求的工作辊和支承辊的不同用途，钢材的化学成分有不同的要求，支承辊要求淬透性强，强韧性好，耐磨性则不必要求过高，工作辊要求硬度和疲劳强度高，耐磨性好，淬透性要求次之。一般轧辊钢锭尺寸重量偏大，凝固缓慢，影响钢的成分偏析，结晶粗大，存在偏析和疏松，虽经锻造仍存有带状偏析与网状碳化物，直到现在的冷轧钢从材料到工艺上的改进很少，如 9Cr₂Mo（V）加稀土可提高冷轧辊性能与寿命，但这个改进一直没有用于生产，而本申请人在精炼变质、浇注等方面采用的多项工艺措施，对9Cr₂Mo（V）锻坯来说是没有或无法采用的。

发明内容

针对上述情况，本发明提供一种从精炼变质及铸造工艺，使钢水高度净化，使铸晶细化，夹杂物减少，减少晶粒尺寸和球化夹杂物，硬度和疲劳强度高，耐磨性好的工作辊和一种淬透性强，强韧性好的冷轧辊钢以铸代锻的精炼、变质及铸造方法。

为实现上述目的，一种冷轧辊钢以铸代锻的精炼、变质及铸造方法，该冷轧辊钢的工作辊套的化学成分的重量百分比为:C:0.6%-1.2%，Si:0.2%-1.5%，Mn:0.3%-1.5%，Cr:1.6%-6.0%，W+Mo≤3.5%，Ni+Cu≤1.5%，V≤1.5%， RE≤0.15%， Ba+Mg≤0.10%，K+Na≤0.05%， S≤0.015%，O≤0.002%，其余是铁与难测的微量杂质；该冷轧辊钢的支承辊套的化学成分的重量百分比为:C:0.4%-1.0%，Si:0.3%-2.0%，Mn:0.6%-2.5%，Cr:1.0%-4.5%，W+Mo≤1.5%，Ni+Cu≤1.5%，V≤1.0%，RE≤0.15%， Ba+Mg≤0.10%，K+Na≤0.05%， S≤0.02%，O≤0.003%，其余是铁与难测的微量杂质。

冷轧辊的工作辊套和支承辊套的精炼变质及铸造，生产工艺流程相同，用电炉生产，工艺步骤如下：

1）、选料：选用的合金废钢或优质低碳钢边角余料，必须化验合格，有害杂质含量低于国家标准或企业标准，合金原料成分符合国标；

2）、熔化：将原料装炉通电熔化，升温到精炼温度1580-1640℃，除去熔化渣；

3）、脱氧去硫：往钢水上加CaO，CaF₂，CaC₂或FeSi粉造渣，渣料总量为钢水量的3-4%，并加入Al或含铝硅的复合脱氧剂强制脱氧，同时调整全部化学成分，炉内精炼15-20分钟；

4）、炉前分析：脱氧去硫精炼中途取样分析钢水含S量与含O量，当钢中S与O含量达到所述冷轧辊钢的工作辊套或冷轧辊钢的支承辊套的重量百分比规定时，准备出钢；

5）、包中精炼变质：在碱性包衬的保温浇包充分预热到950-1100℃之后，吊到炉前开始向包内加氩，同时出钢水，并按照所述冷轧辊钢的工作辊套或冷轧辊钢的支承辊套的重量百分比加入多种脱氧去硫的变质剂RE、Ar、Mg、B、K、Na、Ba，使发生有效变质作用，并进一步脱氧去硫和减少钢中气体；

6）、铸造：在钢水流动进入铸型过程中，充氩气保护，钢水浇铸温度为1480℃-1520℃，钢水进入型腔前用陶瓷过滤器过滤；

7）、凝固时加压：浇注后待铸件及冒口表层凝固后，向冒口通入气体，在 5-10个大气压下凝固结晶。

本发明对经选料、熔化、脱氧去硫、炉前分析、精炼变质、铸造、凝固时加压，生产冷轧辊钢的工作辊套的化学成分的重量百分比为:C:0.6%-1.2%，Si:0.2%-1.5%，Mn:0.3%-1.5%，Cr:1.6%-6.0%，W+Mo≤3.5%，Ni+Cu≤1.5%，V≤1.5%， RE≤0.15%， Ba+Mg≤0.10%，K+Na≤0.05%， S≤0.015%，O≤0.002%，其余是铁与难测的微量杂质；冷轧辊钢的支承辊套的化学成分的重量百分比为:C:0.4%-1.0%，Si:0.3%-2.0%，Mn:0.6%-2.5%，Cr:1.0%-4.5%，W+Mo≤1.5%，Ni+Cu≤1.5%，V≤1.0%，RE≤0.15%， Ba+Mg≤0.10%，K+Na≤0.05%， S≤0.02%，O≤0.003%，其余是铁与难测的微量杂质的方案，比原来9Cr₂Mo（V）能提高力学性能和淬硬有效深度；精炼变质新工艺提高了钢的冶金质量和纯净度。

本发明相比现有技术所产生的有益效果：

1、工作辊工作层和支承辊工作层的合金含量和碳含量合理。

2、采用一次精炼铸造，与原有锻造工艺相比，节约能源50%以上。

3、使用加压铸造，不需购买昂贵设备，节约了成本。

4、工艺流程简单，设备少，成本低，经济效益好。

5、工作辊硬度和疲劳强度高，耐磨性好，支承辊淬透性强，强韧性好。

本发明适用于冷轧辊钢材的制造。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明的生产工艺流程图。

图2为工作辊钢检测主要成分，冶炼温度和浇注温度检测实施例。

图3为压力铸造实施例。

具体实施方式

由附图图1，图2，图3所示，一种冷轧辊钢以铸代锻的精炼、变质及铸造方法，包括该冷轧辊钢的工作辊套的化学成分的重量百分比为:C:0.6%-1.2%，Si:0.2%-1.5%，Mn:0.3%-1.5%，Cr:1.6%-6.0%，W+Mo≤3.5%，Ni+Cu≤1.5%，V≤1.5%， RE≤0.15%， Ba+Mg≤0.10%，K+Na≤0.05%， S≤0.015%，O≤0.002%，其余是铁与难测的微量杂质；该冷轧辊钢的支承辊套的化学成分的重量百分比为:C:0.4%-1.0%，Si:0.3%-2.0%，Mn:0.6%-2.5%，Cr:1.0%-4.5%，W+Mo≤1.5%，Ni+Cu≤1.5%，V≤1.0%，RE≤0.15%， Ba+Mg≤0.10%，K+Na≤0.05%， S≤0.02%，O≤0.003%，其余是铁与难测的微量杂质；图2为工作辊套或工作层钢的主要元素的化学成分的重量百分比含量的5个实施例，全部达到冷轧辊锻钢坯的国家标准GB/T15547-1995,经热处理采用不同调质工艺，达到同一硬度HB300±20，工作辊须经感应淬火回火，其疲劳强度比锻钢9Cr₂Mo（V）提高了4.5%-18.1%，使用寿命随疲劳强度提高，而且消除了短期失效现象，支承辊工作层钢相比工作辊工作层钢要求低，经检验合格。

冷轧辊的工作辊套和支承辊套的精炼变质及铸造，生产工艺流程相同，步骤为：

1）、选料：选用的合金废钢或优质低碳钢边角余料，必须化验合格，有害杂质含量低于国家标准或企业标准，合金原料成分符合国标。

2）、熔化：将原料装炉通电熔化，升温到精炼温度1580-1640℃，除去熔化渣，检测钢水的含碳量，含碳量不够时加入适量石墨和高碳材料，达到碳的重量百分含量工作辊C:0.6%-1.2%，支承辊C:0.4%-1.0%，并加入合金元素Mn、Cr、Mo、Ni、V和其它微量元素，检测钢水达到重量百分含量。

3）、脱氧去硫：往钢水上加往钢水上加CaO，CaF₂，CaC₂或FeSi粉造渣，渣料总量为钢水量的3-4%，并加入Al或含铝硅的复合脱氧剂强制脱氧，同时调整全部化学成分，炉内精炼15-20分钟，达到综合脱氧去硫，同时调整C，Cr，Mn，Si的重量百分含量，图2给出了精炼温度1580℃-1640℃工作辊工作层钢材的主要元素的化学成分的重量百分比含量的5个实施例，主要元素在此温度范围内全部达到工作辊工作层钢材成分，Ca重量百分比含量为0.1-0.12%，脱氧去硫化学反应式为：

CaC₂+FeSi+2〖O〗= CaS+ Fe+2CO

FeAl₂Si+5〖O〗= 2Fe+Al₂O₃+SiO₂

2CaSi+5〖O〗+〖S〗= CaS+CaSiO₃+ SiO₂

2FeBaSi+3〖O〗+2〖S〗= BaO+ SiO₂+ BaS+2Fe

4）、炉前分析：脱氧去硫精炼中途取样分析钢水含S量与含O量，当钢中S与O含量达到所述冷轧辊钢的工作辊套或冷轧辊钢的支承辊套的重量百分比规定时，准备出钢；用耙子清除钢水表面浮渣，合格后注入保温包。

5）、包中精炼变质：在碱性包衬的保温浇包充分预热到950-1100℃之后，吊到炉前开始向包内加氩，同时出钢水，并按照所述冷轧辊钢的工作辊套或冷轧辊钢的支承辊套的重量百分比加入多种脱氧去硫的变质剂RE、Ar、Mg、B、K、Na、Ba，使发生有效变质作用，并进一步脱氧去硫，减少钢中气体，其重量百分含量为RE：0.03-0.15%，Mg：0.01-0.05%，Ba：0.01-0.1% ，工作辊K+Na≤0.08%，支承辊K+Na≤0.05%，使钢水的纯度进一步提高，并进一步脱氧去硫，减少钢中气体。

6）、铸造：在钢水流动进入及铸型过程中，充氩气保护，钢水浇铸温度为1480℃-1520℃，钢水进入型腔前用陶瓷过滤器过滤；铸造时先用氩气充满模腔再浇注，氩气隔离空气和钢水接触引起的氧化，图2浇注温度为1480℃-1520℃工作辊工作层钢材的主要元素的化学成分的重量百分比含量的5个实施例，主要元素在此温度范围内全部达到工作辊工作层钢材材质成分。根据铸造企业设备的状况，也可选用离心铸造和CPC法铸造；在铸造前要选好工作层与辊芯的连接方式，当选用机械方式连接，只需铸造工作层，对辊芯钢材选择范围宽，且工作层与辊芯分别热处理，避免了冶金连接和焊接易产生裂纹的缺陷，当选用焊接方式连接，要在工作层和辊芯之间采用可焊性良好的中间层，中间层与工作层采用不同金属铸造，中间层能与辊芯焊接牢固；选用离心铸造时，先铸工作层，再铸中间层，凝固后立即填铸辊芯；选用CPC法铸造时，将辊芯预热后放入结晶器，在辊芯外侧和结晶器之间注入工作层，让工作层围绕预热辊芯结晶凝固。

7）、凝固时加压：浇注后待铸件及冒口表层凝固后，向冒口通入气体，在 5-10个大气压下凝固结晶；提高铸造质量，图3为5-10个大气压的压力下凝固结晶的3个实施例，无气孔和疏松。铸件冷却固化后进行正火和退火热处理，有效改变结晶体的金相结构；经预先热处理和初步加工后的半成品或成品按GB/T15547-1995作切片取样检查；铸件机械加工后，选取一加工钢屑进行化学成分化验，达到工作辊工作层钢化学成分重量百分含量和支承辊工作层钢的化学成分重量百分含量，证明达到锻钢坯质量水平。

Claims (1)

1.冷轧辊钢以铸代锻的精炼、变质及铸造方法，其特征在于该冷轧辊钢的工作辊套的化学成分的重量百分比为:C:0.6%-1.2%，Si:0.2%-1.5%，Mn:0.3%-1.5%，Cr:1.6%-6.0%，W+Mo≤3.5%，Ni+Cu≤1.5%，V≤1.5%， RE≤0.15%， Ba+Mg≤0.10%，K+Na≤0.05%， S≤0.015%，O≤0.002%，其余是铁与难测的微量杂质；该冷轧辊钢的支承辊套的化学成分的重量百分比为:C:0.4%-1.0%，Si:0.3%-2.0%，Mn:0.6%-2.5%，Cr:1.0%-4.5%，W+Mo≤1.5%，Ni+Cu≤1.5%，V≤1.0%，RE≤0.15%， Ba+Mg≤0.10%，K+Na≤0.05%， S≤0.02%，O≤0.003%，其余是铁与难测的微量杂质；冷轧辊钢的工作辊套和支承辊套的精炼变质及铸造，生产工艺流程相同，用电炉生产，工艺步骤如下：

1）、选料：选用的合金废钢或优质低碳钢边角余料，必须化验合格，有害杂质含量低于国家标准或企业标准，合金原料成分符合国标；

2）、熔化：将原料装炉通电熔化，升温到精炼温度1580-1640℃，除去熔化渣；

3）、脱氧去硫：往钢水上加CaO，CaF₂，CaC₂或FeSi粉造渣，渣料总量为钢水量的3-4%，并加入Al或含铝硅的复合脱氧剂强制脱氧，同时调整全部化学成分，炉内精炼15-20分钟； 

4）、炉前分析：脱氧去硫精炼中途取样分析钢水含S量与含O量，当钢中S与O含量达到所述冷轧辊钢的工作辊套或冷轧辊钢的支承辊套的重量百分比规定时，准备出钢；

5）、包中精炼变质：在碱性包衬的保温浇包充分预热到950-1100℃之后，吊到炉前开始向包内加氩，同时出钢水，并按照所述冷轧辊钢的工作辊套或冷轧辊钢的支承辊套的重量百分比加入多种脱氧去硫的变质剂RE、Ar、Mg、B、K、Na、Ba，使发生有效变质作用，并进一步脱氧去硫和减少钢中气体；

6）、铸造：在钢水流动进入铸型过程中，充氩气保护，钢水浇铸温度为1480℃-1520℃，钢水进入型腔前用陶瓷过滤器过滤；

7）、凝固时加压：浇注后待铸件及冒口表层凝固后，向冒口通入气体，在 5-10个大气压下凝固结晶。

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