CN101956124A - 耐磨型高保持精轧后段工作辊及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐磨型高保持精轧后段工作辊，它应用于轧钢行业的热带连轧机精轧后段的工作辊。其工作层材料为合金铸铁的辊身和材料为球墨铸铁的辊芯，工作层的各合金成分及重量百分含量为C3.00-3.50％；Si0.40-1.20％；Mn0.50-1.20％；P≤0.10％；S≤0.05％；Cr1.30-2.50％；Ni3.20-4.50％；Mo0.20-1.00％；W0.50-1.00％；V1.5-2.0％。其铸造方法是用卧式离心机浇注轧辊的工作层，在工作层凝固后静态浇注芯部及辊颈部分，然后进行420-430℃×28～30和490～510℃×28～30h二段回火。本发明制得的工作辊具有较高的耐磨性能和良好的辊型保持能力，完全满足轧制高等级板材的质量要求。

Description

耐磨型高保持精轧后段工作辊及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种新材质的轧辊，具体涉及一种高耐磨、高保持能力的工作辊，适用于轧钢行业的热带连轧机精轧后段的工作辊。

背景技术

热轧板带精轧后段工作辊设置在带钢、板材的出口机架上，是轧制带钢、板材的最后工序，工作辊的质量对成品板材的表面质量、尺寸精度、板面平整度有着重要影响。近年来，高速钢轧辊在精轧后段开始推广，但是在成品机架上高镍铬无限冷硬铸铁轧辊仍占据着主导地位。无限冷硬铸铁主要是指镍铬钼无限冷硬铸铁材质，俗称高镍铬材质。中国专利文献ZL94111491.0就公开了上述的一种铸铁复合轧辊，辊身工作层材料为镍铬钼合金铸铁，辊芯材料为镍铬钼低合金铸铁或灰铸铁。辊身工作层的成份C：3.00～3.50％，Si：0.60～1.20％，Mn：0.30～0.80％，Ni：3.00～4.50％，Cr：0.60～1.50％，Mo：0.60～1.20％，其辊芯的成分为：C：3.00～3.50％，Si：1.50～3.00％，Mn：0.30～0.80％，Cr：≤0.50％，Ni：≤1.00％，Mo：≤0.50％。随着市场需求和轧制技术的发展，相应的精轧后段工作辊使用条件发生明显变化，如：轧材板面的质量要求越来越高，热带连轧机开始轧制汽车、家电等行业高等级热轧板；轧机的自动化程度也越来越高，现代化轧机均已配备板型控制技术，如CVC、PC轧制；轧机轧材的品种向多元化、高端化方向发展，在中国以管线钢、硅钢、不锈钢、双相钢轧材为代表的轧线逐步增多，目前占到国内轧线的40％以上。

所有这些变化必将导致对精轧后段工作辊的要求越来越高，原有高镍铬产品在生产中已经出现一些问题，主要表现在两个方面：其一，由于高镍铬轧辊的工作层内硬度落差大，轧辊在使用一段时间表层被磨损后硬度会有很大的硬度下降，导致轧辊不耐磨，使用中表现出耐磨性差，工作层会在使用过程中被磨损而减薄，在线磨损严重，辊型保持能力差，使用到中后期磨损程度急剧加大，板材尺寸精度和板形难以保证等不足；其二，使用到中后期轧辊表面的粗糙度迅速变差，在使用后期辊面会出现剥落、掉块现象，影响所轧制的钢板板面质量。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是克服上述已有技术的不足，提供一种耐磨性能好、滚面质量保持能力强的精轧后段工作辊，以满足热轧板带成品板材对质量、精度、尺寸的要求。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

耐磨型高保持精轧后段工作辊，包括工作层材料为合金铸铁的辊身和材料为铸铁的辊芯。采用离心复合铸造的工艺方法生产，工作层为添加了Cr、Ni、Mo、V、W等合金元素的铸铁材料，芯部为高强度、高韧性的球墨铸铁材质。其工作层的各合金成分及重量百分含量组成如下：

C：3.00-3.50％；Si：0.40-1.20％；Mn：0.50-1.20％；P≤0.10％；S≤0.05％；Cr：1.30-2.50％；Ni：3.20-4.50％；Mo：0.20-1.00％；W：0.50-1.00％；V：1.5-2.0％；其余为Fe和不可避免的杂质。

上述耐磨型高保持精轧后段工作辊的制造方法主要包括：

离心铸造，首先将工作层、辊芯材料的铁水在中频熔炼炉内分别熔炼，当二种成份的铁水均满足要求时分别将铁水升温，在温度达到离心浇注温度时，首先将工作层铁水放入浇注包内并进行变质处理，变质处理后将铁水浇注到高速旋转的离心机铸型内，当工作层铁水完全凝固后迅速停机，将已经凝固的工作层连同铸型一起从离心机上吊起并与底箱、冒口箱组合在一起，同时将作为辊芯的球墨铸铁材料采用顶注法将辊芯铁水浇注到工作层的空腔中；

加工及探伤，轧辊脱模后进行辊身加工并进行结合层探伤检测；

热处理，将探伤检测合格的产品装进低温台车式电阻炉内进行二段回火处理，第一段回火温度为420-430℃，回火时间为28～30h；第二段回火温度为490～510℃，回火时间为28～30h。

与传统的精轧后段轧辊工作层材质相比，本发明的轧辊的工作层的材质中添加了V、W等强碳化物形成元素，VC、W₂C等细小的颗粒状碳化物均匀、弥散的分布在基体上。经过适当的铸造和热处理工序，轧辊工作层的组织中碳化物的形态发生了明显变化，由原来的大块的共晶或莱氏体碳化物变为块状碳化物和颗粒碳化物。通过强碳化物形成元素V、W的添加，轧辊工作层的显微组织、碳化物形态发生明显改善，碳化物含量、分布控制均匀一致。能够满足硅钢、不锈钢、管线钢等钢种的轧制。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明采用合金化技术、以及适当的铸造热处理方法可以促进轧辊工作层内形成特有的高硬度碳化物，其显微硬度≥HV2400，构成耐磨质点；碳化物颗粒细小、均匀，轧辊基体中呈弥散分布，本发明制得的工作辊与传统产品的磨损数据相比，耐磨性可提高20％以上。

本发明制得的工作辊其工作层内的石墨含量、形态一致；工作层内的碳化物含量、形态分布一致；从而辊面粗糙度保持较好的一致性，改善板材质量；其作层内石墨和碳化物沿径向数量变化更小，与外表更接近，能更好解决轧辊后期表面粗糙问题。通过优化铸造工艺、热处理工艺，细化工作层组织，提高组织均匀性，使工作层内硬度降落大幅改善。其轧辊本体辊面硬度的均匀性变化由传统的5HS下降到3HS左右。

轧机使用该轧辊后，可以大幅度提高轧辊性能：

(1)在机磨损量更少，辊型变化更小，表现出良好的辊型保持能力。

(2)毫米轧制量提高20％左右。

(3)轧辊使用下机后，辊面粗糙度评价良好，完全满足轧制高等级板材的质量要求。

附图说明

图1、为本发明的轧辊工作层的金相组织照片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1

一种耐磨型高保持精轧后段工作辊，其工作层的各合金成分及重量百分含量为：C3.10％；Si0.50％，Mn0.6％，P0.05％，S0.03％，Cr1.70％，Ni3.8％，Mo0.40％，W0.50％，V1.70％，其余为Fe和不可避免的杂质；辊芯为球墨铸铁，该工作辊的制造方法为：

①铸造工艺：首先卧式离心机浇注轧辊的工作层，在工作层凝固后静态浇注芯部及辊颈部分。离心铸造，首先将工作层、辊芯材料的铁水在中频熔炼炉内分别熔炼，当二种成份的铁水均满足要求时分别将铁水升温，在温度达到离心浇注温度时，首先将工作层铁水放入浇注包内并进行变质处理，变质处理后将铁水浇注到高速旋转的离心机铸型内，当工作层铁水完全凝固后迅速停机，将已经凝固的工作层连同铸型一起从离心机上吊起并与底箱、冒口箱组合在一起，同时将作为辊芯的球墨铸铁材料采用顶注法将辊芯铁水浇注到工作层的空腔中；加工及探伤，轧辊脱模后进行辊身加工并进行结合层探伤检测；

②热处理方法：第一段回火425℃，30小时，第二段回火505℃，28小时。

用上述方法值得的耐磨型高保持精轧后段工作辊的金相组织如图1所示，图中黑色区域为基体，组织为贝氏体；大块白色区域为块状碳化物，该碳化物也存在于传统精轧后段工作辊；在基体上弥散分布的颗粒状物质是MC型碳化物(VC为主)，该碳化物具有非常高的硬度，该类型碳化物在传统精轧后段工作辊上不存在，该类碳化物的存在可以大大提高本产品的耐磨性。用上述方法制得的耐磨型高保持精轧后段工作辊的性能如表1。

表1

	辊面硬度	辊面硬度均匀性	硬度落差	实际使用效果
					传统(未加W、V)	70-76HSD	4HSD	5-6HSD	2300t/mm

专利(添加W、V)

78-85HSD

3HSD

3-4HSD

3060t/mm

实施例2～实施例5

下列各实施例中的耐磨型高保持精轧后段工作辊的铸造方法与实施例1相同，耐磨型高保持精轧后段工作辊的成分含量及热处理方法、性能等见表2。表2中的实际使用效果一栏是指工作辊直径方向每磨损掉1mm时所能够轧制的钢材的吨数。

表2

	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
					C(wt％)	3.35	3.44	3.41	3.50
Si(wt％)	0.9	1.08	0.75	0.65

Mn(wt％)	0.8	0.83	0.97	1.06
					P(wt％)	0.04	0.04	0.04	0.04
S(wt％)	0.02	0.02	0.03	0.03
					Cr(wt％)	2.2	2.4	1.86	2.01
Ni(wt％)	4.12	4.3	3.86	3.91
					Mo(wt％)	0.40	0.77	0.61	0.39
W(wt％)	0.50	1.0	0.69	0.88
					V(wt％)	1.5	1.5	2.0	1.66
第一段温度(℃)	420	425	425	430
					第一段时间(h)	28	28	30	30
第二段温度(℃)	500	495	500	505
					第二段时间(h)	28	28	30	30
表面硬度(HSD)	78～81	80～83	81-84	81-85
					硬度落差(HSD)	3	3	3	3
实际使用效果t/mm	3670	4005	4152	4378

Claims (2)

1.耐磨型高保持精轧后段工作辊，包括工作层材料为合金铸铁的辊身和材料为球墨铸铁的辊芯，其特征在于：工作层的各合金成分及重量百分含量为：

C：3.00-3.50％；Si：0.40-1.20％；Mn：0.50-1.20％；P≤0.10％；S≤0.05％；Cr：1.30-2.50％；Ni：3.20-4.50％；Mo：0.20-1.00％；W：0.50-1.00％；V：1.5-2.0％；其余为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的耐磨型高保持精轧后段工作辊的制造方法，其特征在于：其制造方法主要包括

离心铸造，首先将工作层、辊芯材料的铁水在中频熔炼炉内分别熔炼，熔炼温度1450-1550℃，当二种成份的铁水均满足要求时分别将铁水升温，在温度达到离心浇注温度(1300-1350℃)时，首先将工作层铁水放入浇注包内并进行变质处理，变质处理后将铁水浇注到高速旋转的离心机铸型内，当工作层铁水完全凝固后迅速停机，将已经凝固的工作层连同铸型一起从离心机上吊起并与底箱、冒口箱组合在一起，同时将作为辊芯的球墨铸铁材料采用顶注法将辊芯铁水浇注到工作层的空腔中；

热处理，将探伤检测合格的产品装进低温台车式电阻炉内进行二段回火处理，第一段回火温度为420-430℃，回火时间为28～30h；第二段回火温度为490～510℃，回火时间为28～30h。

Images