CN102134683A

CN102134683A - 一种导辊及其制备工艺

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Publication number: CN102134683A
Application number: CN 201110039366
Authority: CN
Inventors: 徐庆云; 赵仕章; 张大仓; 华国生; 吴鹏; 曹文明; 吴迪; 张洋
Original assignee: HEFEI ORIENT METALLURGICAL EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: HEFEI ORIENT METALLURGICAL EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2031-02-16
Also published as: CN102134683B

Abstract

本发明公开了一种导辊及其制备工艺：这种导辊的各原料组分的重量百分比为：C3.1-3.45%；Si0.1-0.9%；Mn0.1-0.4%；P0.01-0.03%；S0.01-0.03%；Cr24-25%；Mo0.4-0.6%；V0.9-1%；W2-3%；稀土0.05-0.1%；余量为Fe。这种导辊的制备工艺：先精密铸造的导辊，再将导辊以及经过退火、粗加工、淬火、回火和精加工的处理得到成品。本发明制备出的导辊成本低，使用寿命长，有良好的抗高温氧化性能，具有高温强度，抗冲击、高温韧性和抗高温摩擦磨损的优点。

Description

一种导辊及其制备工艺

技术领域：

本发明主要涉及一种合金材料及其处理方法，尤其涉及一种导辊及其制备工艺。

背景技术：

导辊是轧钢用滚动导卫装置的重要部件，用来输送型材和线材使其顺利的进入轧机。工作环境十分恶劣。900℃以上红热钢材连续从导卫上通过，同时又要喷水冷却，温差变化大而急剧，所以导辊磨损快，寿命低，需频繁更换，消耗量大，产生龟裂和断裂，影响轧钢生产效率。另外，导辊使用中，易产生粘钢现象，影响轧制钢材的质量。而粘钢的根本原因是导卫的高温、急冷、急热的工作条件下，与快速穿过的红钢发生焊合作用，这就要求导辊材料必须具备高的热强性和抗氧化性，良好的耐磨性，热稳定性及导热性，较小热膨胀系数，低摩擦系数。因此，解决导辊的材质问题是提高轧钢作业效率和钢材质量，降低消耗，减轻工人劳动强度，减少事故的有效措施。

发明内容：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种导辊及其制备工艺。采用该发明技术制备导辊成本低，使用寿命长，具有良好的抗高温氧化性能，高温强度，抗冲击高温韧性和抗高温摩擦磨损。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种导辊，其特征在于：其各原料组分的重量百分比为：

C 3.1-3.45％；Si 0.1-0.9％；Mn 0.1-0.4％；P 0.01-0.03％；S 0.01-0.03％；Cr 24-25％；Mo 0.4-0.6％；V 0.9-1％；W 2-3％；稀土0.05-0.1％；余量为Fe。

所述的一种导辊的制备工艺，其特征在于：依次按以下步骤进行：

a.精密铸造：取各原料并按照规定配比配得混合料，待用；再制备导辊：

首先，用低温蜡基模料做出导辊模型，用硅溶胶-水玻璃复合型壳制壳工艺制得导辊模型型壳，在硅溶胶-水玻璃复合模型型壳过程中，在导辊模型上先涂抹2-5层硅溶胶，3-4层水玻璃蒸汽脱蜡后，得到导辊模型型壳；

其次，焙烧导辊模型型壳，焙烧温度为950-1020℃，保温时间为40分钟，焙烧结束后，将配制的混合料倒入导辊模型型壳内进行浇注，此时，混合料呈钢水，钢水出炉温度为1600-1620℃，浇注温度为1520-1540℃，导辊模型型壳温度为450-600℃，浇注后，将制成的导辊自然冷却至室温，去除浇注系统后得到导辊；

b.退火：将步骤a加工成的导辊由室温升至1000℃，保温7小时，再冷却至室温；

c.粗加工：采用常规刀具对步骤c得到的导辊进行车削加工；

d.淬火：将车削加工后的导辊由室温呈阶梯式上升至1030℃，并分别在220℃、420℃以及600℃，各保温2小时，在1030℃保温3小时，出炉后，风冷至室温；

e.回火：将经过淬火处理的导辊由室温升至270℃-290℃，保温5小时，然后随炉冷却至室温；

f.精加工：将经回火处理后的导辊用硬质合金刀具精加工成成品导辊。

所述的一种导辊的制备工艺，其特征在于：步骤b中，退火过程中由室温升至1000℃是按每小时100-120℃的速度进行升温。

所述的一种导辊的制备工艺，其特征在于：步骤d中，淬火过程中由室温升至1030℃是按每小时升温100-120℃速度进行升温。

所述的一种导辊的制备工艺，其特征在于：步骤e中，回火过程中由室温升至270℃-290℃是按每小时80-100℃速度进行升温。

所述的一种导辊的制备工艺，其特征在于：步骤e处理后的导辊硬度HRC为62-65。

所述导辊采用了DF-2材质。DF-2材质由碳化物和金属基体组成，碳化物主要是(Cr，Fe)₇C_3，。它在抗磨损中起到“牙齿”作用，由于它的硬度高达HV1300-1800，所以能抗磨损。但是“牙齿”要发挥作用，还要有赖于“牙床”强有力的支撑，在金属基体中以马氏体为最强、最硬。通过合金化和热处理，使得到金属基体基本是马氏体组成。

在DF-2材质中，含碳量和含铬量已达到共晶平衡，在共晶体中，碳化物M₇C₃是从一个结构中心增长，在横截面上显示出不连续地分布在奥氏体基体上。DF-2材质不仅有棒状或杆状的M₇C₃型碳化物(而不是板状)故，DF-2材质的导辊具有高的强度、韧性及硬度耐蚀性好的特点。

导辊的基体由化学成分和冷却速度、壁厚三个因素决定的。本发明的化学成分是这样确定的。

1.碳

提高碳含量，可以增加显微组织碳化物的数量从而提高DF-2材质的耐磨性，但超过共晶碳含量时，会形成粗大的过共晶碳化物，导致韧性显著降低，含碳量达到3％耐磨性最好。

2.铬

铬是强烈形成碳化物的元素，部分与碳结合形成高硬度碳化物，尚有部分溶入奥氏体中。在相等的含碳量，含铬量低时，形成连续网状分布Cr₃C型碳化物。只有铬含量同碳含量比例大于6∶1才能完全生成Cr₇C₃碳化物，起到沉淀强化作用。

3.硅

硅在钢中只能形成固体溶体，只有少量硅存在，才能起固溶强化作用，过量硅会降低金属基体的塑性，使导辊在激冷，激热条件下易产生裂纹，故硅含量控制1.0％以下。

4.锰

锰是稳定奥氏体，可提高基体淬透性，可增加板条残余奥氏体的数量，增加钢的韧性，减少淬火应力，但含量过多，会大大增大导辊热敏感性，增加回火脆性，从而导致导辊耐磨性降低，因此，锰含量应控制0.6％以下。

5.钼、钒、钨

钼既可溶于奥氏体，又可形成碳化物，溶于固溶体，能显著提高钢的高温强度。当含量大于1％时，形成的碳化物会弥散析出，而产生沉淀强化。Mo₂C硬度HV为1500，所以提高导辊硬度，单一钼元素应控制在1.59％以下。

钒能显著提高导辊的红硬性，硬度及耐磨性，钒形成碳化物V₄C₃在加热时部分溶于奥氏体中，回火时以V₄C₃的细小晶粒弥散析出造成二次硬化性。

钨是提高导辊红硬性主要元素，在钢中形成碳化物，在回火时，一部分钨以碳化物的形式弥散析出，造成二次硬化，加热时，未溶碳化物则起阻止奥氏体晶粒长大的作用。

钒的弥散硬化作用比钨强烈，而钨提高马氏本的回火稳定性比钒强烈，两者不能互相代替，钒含量增加，耐磨性，红硬性提高，但被磨削性降低，故钼、钒、钨复合加入效果明显，因此，Mo含量控制在1％以下，V含量控制0.7-1.0％之间，W含量控制在2.0-3.0％之间。

6.S、P

磷、硫都是对导辊有害杂质，应严格控制共含量。

7.稀土

稀土能净化钢液，改善钢中夹杂物形态分布，从而改善铸态组织及改善钢的性能。

稀土元素能与钢中低熔点杂质元素如铅、锑、砷、形成高熔点物质，以消除这些元素沿晶界所造成脆性。稀土元素进一步脱硫、固氢、固氮。稀土元素将钢中夹杂改变为稀土硫化物，稀土氧化物及稀土硫氧化物，它们的熔点比原来夹杂高，在钢液中易聚集成球状而浮出。(用铝脱氧，形成细小针状Al₂O₃，不能有效浮出。)

稀土元素在钢中还能起到细化晶粒作用。

导辊的耐磨性与冶金的质量也有很大关系。

铸件中的偏析、缩孔、缩松、气孔、夹渣、夹杂，都能加速导辊磨损进程，导辊中夹杂物严重影响导辊的疲劳强度而铸造不能完全改变这些存在的缺陷，只能改善。

导辊的冶炼依据是这样确定的：

<一>用碱性炉衬熔炼

因为DF-2材质含铬、钒高，用碱性炉衬熔炼，可大大减少钢水夹杂。

<二>去气、变质、净化

将稀土硅钙破碎至粒度3-Smm小块，预先放置碱性钢包中，用包内冲水法对钢水进行复合变质，镇定3-5min，使钢水充分静置，当温度降到1490-1510℃左右时，用耐火石棉挡渣，用茶壶嘴包进行浇注。

这样大大减少了钢水夹杂，降低偏析，细化晶粒。导辊耐磨性在很大程度上由金属基体决定的。

导辊的热处理依据是这样确定的：

发挥DF-2材质导辊耐磨性，应使机体为马氏体。取决于淬火温度和冷却速度。淬火温度对相变后的显微组织和硬度都有明显影响。随着淬火温度的提高，奥氏体固溶的碳含量增加，淬火转变来的马氏体硬度有所提高。如果奥氏体化温度过高，在淬火后，可能有大量残余奥氏体产生而形成马氏体和奥氏体的混合组织，硬度有所下降，残余奥氏体越多。残余奥氏体在随后回火过程中有去稳定化作用，并产生马氏体相变，产生二次硬化，析出二次碳化物量最合适的就是最佳淬火温度，故DF-2材质的最佳淬火温度为960-1050℃。

在回火冷却过程中相变为马氏体，出现二次硬化，二次硬化后硬度高于淬火的硬度。出现二次硬化的回火温度取决于残余奥氏体的稳定性，即取决于淬火温度，回火温度为270℃-290℃。

加热速度。铸件在铸造过程中已有很大应力，加热不恰当时，形成很大的温差应力，两个应力叠加，容易造成开裂，DF-2材质的升温速度可达110℃/h。

冷却速度。奥氏体化以后冷却往往是产生开裂的主要原因，因此，淬透性一定要调节到能在空气中淬出马氏体组织来。

本发明的积极有益效果：

1.本发明材料设计以主导合金元素与辅助元素相结合的原则，立足于国内政策，成功研制了一种铬基马氏体耐热耐磨钢，即研制出本发明导辊。本发明以较低的成本，获得具有优良性能导辊材料，可以代替进口导辊，具有较好的社会效益。

2.本发明制备的导辊的各项指标完全能满足导辊耐高温，耐磨，抗热冲击，热疲劳等各项性能要求(见附表一)其使用寿命比原来导辊使用寿命提高4倍以上，具有较大经济效益。

3.本发明产品导辊在高温下具有良好的抗氧化性能，即在900-950℃下抗氧化，辊面不脱皮，具有足够的高温强度，有较高的抗蠕变强度和持久疲劳强度，950-200℃温度循环下，不产生热疲劳裂纹，在高温状态下，有足够的硬度，从而具有良好的抗高温摩擦磨损(见附表二、三)，具有良好的抗冲击高温韧性(详见表一)

表一本发明导辊的机械性能试验报告

表二本发明产品导辊抗氧化性能试验报告

(试验温度为950℃，试验时间为150h)

表三本发明导辊的机械性能试验报告

试样编号

退火后硬度(HRC)

淬火后硬度(HRC)

回火后硬度(HRC)

1	43	60	61
				2	46	61	62
3	44	61	62

表一，表三中的检测数据是由中科院固体研究所作出机械性能试验报告。

具体实施方式：

实施例1

一种导辊，其各原料组分的重量配比为：

C 3.14；Si 0.81；Mn 0.45；Cr 24.27；V 0.85；Mo 0.56；W 2.03；S 0.04；P 0.03；稀土0.01；余量为Fe。

这种导辊的制备工艺，依次包括有以下步骤：

其次，焙烧导辊模型型壳，焙烧温度为950-1020℃，保温时间为40分钟，焙烧结束后，将配制的混合料倒入导辊模型型壳内进行浇注，此时，混合料呈钢水，钢水出炉温度为1600-1620℃，浇注温度为1520-1540℃，导辊模型型壳温度为400-600℃，浇注后，将制成的导辊自然冷却至室温，去除浇注系统后得到导辊；

b.退火：将步骤a加工成的导辊由室温升至1000℃保温7小时，然后随炉冷却至室温；

c.粗加工：采用常规刀具对退火处理后的导辊进行车削加工；

d.淬火：将车削加工后的导辊由室温升至(阶梯式)1030℃，分别在250℃，450℃，650℃，各保温2小时，在1030℃保温小时，然后出炉风冷至室温；

e.回火：将经过淬火处理的导辊由室温升至270℃-290℃保温5小时，然后随炉冷却至室温；

实施例2

一种导辊，其各原料组分的重量配比为：

C 3.17；Si 0.75；Mn 0.42；Cr 24.54；V 0.89；Mo 0.93；W 2.46；S 0.04；P 0.04；稀土0.01；余量为Fe。

这种导辊的制备工艺，依次包括有以下步骤：

首先，用低温蜡基模料做出导辊模型，用硅溶胶-水玻璃复合型壳制壳工艺制得导辊模型型壳，在硅溶胶-水玻璃复合模型型壳过程中，在导辊模型上先涂抹3层硅溶胶，3-4层水玻璃，蒸汽脱蜡后，得到导辊模型型壳；

其次，焙烧导辊模型型壳，焙烧温度为950-1020℃，保温时间为40分钟，焙烧结束后，将配制的混合料倒入导辊模型型壳内进行浇注，此时，混合料呈钢水，钢水出炉温度为1600-1620℃，浇注温度为1480-1500℃，导辊模型型壳温度为400-600℃，浇注后，将制成的导辊自然冷却至室温，去除浇注系统后得到导辊；

d.淬火：将车削加工后的导辊由室温升至(阶梯式)1030℃，分别在250℃，450℃，650℃，各保温2小时，在1030℃保温2小时，然后出炉风冷至室温；

实施例3

一种导辊，其各原料组分的重量配比为：

C 3.19；Si 0.50；Mn 0.40；Cr 24.17；V 0.95；Mo 0.80；W 2.40；S 0.04；P 0.03；稀土0.01；余量为Fe。

这种导辊的制备工艺，依次包括有以下步骤：

Claims

1.一种导辊，其特征在于：其各原料组分的重量百分比为：

C 3.1-3.45%；Si 0.1-0.9%；Mn 0.1-0.4%；P 0.01-0.03%；S 0.01-0.03%；Cr 24-25%；Mo 0.4-0.6%；V 0.9-1%；W 2-3%；稀土0.05-0.1%；余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种导辊的制备工艺，其特征在于：依次按以下步骤进行：

a．精密铸造：取各原料并按照规定配比配得混合料，待用；再制备导辊：

b．退火：将步骤a加工成的导辊由室温升至1000℃，保温7小时，再冷却至室温；

c．粗加工：采用常规刀具对步骤c得到的导辊进行车削加工；

d．淬火：将车削加工后的导辊由室温呈阶梯式上升至1030℃，并分别在220℃、420℃以及600℃，各保温2小时，在1030℃保温3小时，出炉后，风冷至室温；

e．回火：将经过淬火处理的导辊由室温升至270℃-290℃，保温5小时，然后随炉冷却至室温；

f．精加工：将经回火处理后的导辊用硬质合金刀具精加工成成品导辊。

3.根据权利要求2所述的一种导辊的制备工艺，其特征在于：步骤ｂ中，退火过程中由室温升至1000℃是按每小时100-120℃的速度进行升温。

4.根据权利要求2所述的一种导辊的制备工艺，其特征在于：步骤ｄ中，淬火过程中由室温升至1030℃是按每小时升温100-120℃速度进行升温。

5.根据权利要求2所述的一种导辊的制备工艺，其特征在于：步骤ｅ中，回火过程中由室温升至270℃-290℃是按每小时80-100℃速度进行升温。

6.根据权利要求2所述的一种导辊的制备工艺，其特征在于：步骤ｅ处理后的导辊硬度HRC为62-65。