CN102274856A - 一种离心复合高速钢轧辊及其浇注方法 - Google Patents

一种离心复合高速钢轧辊及其浇注方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及复合铸钢轧辊技术领域，特别是一种离心复合高速钢轧辊及其浇注方法，轧辊包括高速钢外层、中间过渡层、球墨铸铁芯部，所述的高速钢外层的化学成分重量百分比为：C 1.8～2.6％、Cr 3～10％、Nb 0.2～1.0％、Mo 4～10％、V 5～10％、W4～10％、Co 2～10％，其余为Fe及不可避免的杂质，其工作步骤如下：1)中频炉熔炼；2)进行变质处理；3)离心铸造；4)芯部浇铸；5)采用台车式差温炉进行热处理。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)能显著提高高速钢外层的抗热疲劳和耐磨性能。2)高速钢外层和中间过渡层的结合强度达到400Mpa以上，防止高速钢外层的剥落。

Description

一种离心复合高速钢轧辊及其浇注方法
技术领域
本发明涉及复合铸钢轧辊技术领域，特别是一种离心复合高速钢轧辊及其浇注方法。
背景技术
高耐磨性是高速钢轧辊的显著特性，组织中高硬度的碳化物起着决定性作用，实际上热轧连轧机工作辊材料的发展就是碳化物类型、面积含量及其最终硬度表现的变化过程。M7C3、M6C、M2C、MC是存在于高速钢轧辊中四种不同类型的碳化物，通过它们不同的显微形态特征和显微硬度情况分析，显然增加MC型、减少M7C3、M2C型碳化物可以获得更好的耐磨性，但这个思路受到几个因素的制约：
1、离心铸造方法：V是MC型碳化物的主要形成元素，由于VC比重只有5.7g/cm3，在离心力作用下极易表成工作层内侧偏析。
2、C含量：根据C平衡计算公式[Cp]＝0.235[V]+0.099[Cr]+0.063[Mo]+0.033[W]，制造者可以对高速钢轧辊的碳含量进行准确设计。公式中不同合金元素的配C系数表明，高V必然导致高C，不利于获得强韧性更好的板条马氏体基体(LathMartensite Matrix)和降低残余奥氏体量。
3、基体组织淬透性：在高速钢轧辊的高温热处理过程中，与VC比较，Cr、Mo所形成的碳化物更易深解，在提高基体组织淬透性、促进碳化物的二次析出硬化从而增强基体组织的耐磨性方面发挥作用。
4、使用条件与使用性能：除了关注高速钢轧辊的耐磨性，制造者还必须考虑它的使用问题，包括氧化膜的形成与保持、抗热裂性能。在对新日铁CF和CPC两类高速钢轧辊下机后氧化膜的观察中发现，高V的CPC辊面有轻微的流星斑。另外已有研究发现，M2C型碳化物有阻止热裂纹扩展的作用，在实物检测中观察发现，那些垂直于M2C碳化物板长的热裂纹未能穿越继续扩展，以上这些相互关联的因素在高速轧辊合金成分设计时必须给予充分的考虑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离心复合高速钢轧辊及其浇注方法，提高高速钢外层的抗热疲劳和耐磨性能，延长离心复合高速钢轧辊的使用寿命。
本发明是采用以下技术方案实现的：
一种离心复合高速钢轧辊，包括高速钢外层、中间过渡层、球墨铸铁芯部，所述的高速钢外层的化学成分重量百分比为：C 1.8～2.6％、Cr 3～10％、Nb 0.2～1.0％、Mo 4～10％、V 5～10％、W 4～10％、Co 2～10％，其余为Fe及不可避免的杂质。
所述离心复合高速钢轧辊的浇注方法，包括熔炼、浇注、冷却开箱、热处理，工作步骤如下：
1)中频炉熔炼，分别进行中间过渡层钢水熔炼，熔炼温度1500～1600℃，高速钢外层钢水熔炼，熔炼温度1500～1600℃，球墨铸铁芯部铁水熔炼，熔炼温度1450～1500℃；
2)分别对中间过渡层钢水、高速钢外层钢水进行变质处理，中间过渡层钢水添加精炼变质剂为稀土和硅钡，添加量为0.2～0.6％，反应温度为1500～1600℃，高速钢外层钢水添加精炼变质剂为稀土和硅钡，添加量为0.2～0.6％，反应温度为1500～1600℃，对球墨铸铁芯部铁水进行球化及孕育处理，球化剂为钇基重稀土，添加量为1.0～1.6％，孕育剂为75硅铁，添加量为0.4～1.0％，反应温度1450～1500℃；
3)离心铸造，浇注温度1420～1480℃，先铸造高速钢外层，离心重力倍数100～120G，铸造厚度90～110mm，当铸层冷却到1225～1245℃时，再离心铸造中间过渡层，铸造厚度40～60mm，离心重力倍数100～120G，当铸层冷却到1220～1240℃时停止；
4)芯部浇铸，将步骤3铸钢件与辊颈模具合箱，静态浇铸步骤2中经球化及孕育处理的球墨铸铁芯部铁水，浇注温度1350～1430℃；
5)常温冷却至150～155℃开箱，采用台车式差温炉进行热处理，以90～120℃/h的加热速度加热至1000～1100℃，保温3～5h后，以110～130℃/h的速度冷却至420～460℃，再以10～20℃/h的速度冷却至室温，再以9～13℃/h的加热速度加热至450～550℃，保温18～25小时后，以10～20℃/h的速度冷却至室温。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)能显著提高高速钢外层的抗热疲劳和耐磨性能，延长离心复合高速钢轧辊的使用寿命，使用寿命比同类产品长25％。2)高速钢外层和中间过渡层的结合强度达到400Mpa以上，有效地防止了高速钢外层的剥落。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
一种离心复合高速钢轧辊的浇注方法，包括熔炼、浇注、冷却开箱、热处理，其工作步骤如下：
1)中频炉熔炼，进行中间过渡层钢水熔炼，熔炼温度1500～1600℃，中间过渡层的化学成分重量百分比为：C 1.0～2.4％，Si 0.4～1.5％，Mn 0.4～1.5％，P 0～0.1％，S 0～0.03％，Cr 0～0.2％，Ni1.0～2.0％，Mo0～0.2％，其余为Fe及不可避免的杂质。
高速钢外层钢水熔炼，熔炼温度1500～1600℃，化学成分重量百分比为：C 1.8～2.6％、Cr 3～10％、Nb 0.2～1.0％、Mo 4～10％、V 5～10％、W 4～10％、Co 2～10％，其余为Fe及不可避免的杂质。
球墨铸铁芯部熔炼，熔炼温度1450～1500℃，芯部球墨铸铁的化学成分重量百分比为：C 3.0～3.5％，Si 2.0～3.0％，Mn 0～0.5％，P 0～0.1％，S 0～0.03％，Mg 0.03～0.06％，Re 0.02～0.05％，Mo0～0.2％，其余为Fe及不可避免的杂质。
2)分别对中间过渡层钢水、高速钢外层钢水进行变质处理，中间过渡层钢水添加精炼变质剂为稀土和硅钡，添加量为0.2～0.6％，反应温度为1500～1600℃，高速钢外层钢水添加精炼变质剂为稀土和硅钡，添加量为0.2～0.6％，反应温度为1500～1600℃，对球墨铸铁芯部铁水进行球化及孕育处理，球化剂为钇基重稀土，添加量为1.0～1.6％，孕育剂为75硅铁，添加量为0.4～1.0％，反应温度1450～1500℃；
3)离心铸造，浇注温度1420～1480℃，先铸造高速钢外层，离心重力倍数100～120G，铸造厚度90～110mm，当铸层冷却到1225～1245℃时，再离心铸造中间过渡层，铸造厚度40～60mm，离心重力倍数100～120G，当铸层冷却到1220～1240℃时停止；
4)芯部浇铸，将步骤3铸钢件与辊颈模具合箱，静态浇铸步骤2中经球化及孕育处理的球墨铸铁芯部铁水，浇注温度1350～1430℃；
5)常温冷却至150～155℃开箱，采用台车式差温炉进行热处理，以90～120℃/h的加热速度加热至1000～1100℃，保温3～5h后，以110～130℃/h的速度冷却至420～460℃，再以10～20℃/h的速度冷却至室温，再以9～13℃/h的加热速度加热至450～550℃，保温18～25小时后，以10～20℃/h的速度冷却至室温。
6)超声波探伤，标准GB/T1503-2008。
7)质量测试与分析：
①轧辊试样高速钢外层成分参数见表1；
②轧辊试样高速钢外层表面指标见表2；
③试样拉伸力学性能检验结果见表3。
表1轧辊试样高速钢外层成分参数
  实施例编号   C％   Cr％   Nb％   Mo％   V％   W％   Co％   Fe
  1   1.9   6   0.42   4.5   5.5   5.7   2.4   余量
  2   2.0   5.5   0.52   4.8   6   5.8   2.8   余量
  3   2.1   5   0.46   5.0   6.5   5.6   3.45   余量
  4   2.2   5   0.82   5.0   5.2   5.4   4.02   余量
  5   2.25   5   0.59   5.2   5   5.2   5.25   余量
  6   2.3   5   0.99   5.1   7.5   5.3   5.47   余量
表2轧辊试样高速钢外层表面指标
Figure BDA0000081394950000041
表3试样拉伸力学性能检验结果
Figure BDA0000081394950000042
注：抗拉强度为5个试样平均值。

Claims (2)

1.一种离心复合高速钢轧辊，包括高速钢外层、中间过渡层、球墨铸铁芯部，其特征在于，所述的高速钢外层的化学成分重量百分比为：C 1.8～2.6％、Cr 3～10％、Nb 0.2～1.0％、Mo 4～10％、V 5～10％、W 4～10％、Co 2～10％，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种离心复合高速钢轧辊的浇注方法，包括熔炼、浇注、冷却开箱、热处理，其特征在于，其工作步骤如下：
1)中频炉熔炼，分别进行中间过渡层钢水熔炼，熔炼温度1500～1600℃，高速钢外层钢水熔炼，熔炼温度1500～1600℃，球墨铸铁芯部铁水熔炼，熔炼温度1450～1500℃；
2)分别对中间过渡层钢水、高速钢外层钢水进行变质处理，中间过渡层钢水添加精炼变质剂为稀土和硅钡，添加量为0.2～0.6％，反应温度为1500～1600℃，高速钢外层钢水添加精炼变质剂为稀土和硅钡，添加量为0.2～0.6％，反应温度为1500～1600℃，对球墨铸铁芯部铁水进行球化及孕育处理，球化剂为钇基重稀土，添加量为1.0～1.6％，孕育剂为75硅铁，添加量为0.4～1.0％，反应温度1450～1500℃；
3)离心铸造，浇注温度1420～1480℃，先铸造高速钢外层，离心重力倍数100～120G，铸造厚度90～110mm，当铸层冷却到1225～1245℃时，再离心铸造中间过渡层，铸造厚度40～60mm，离心重力倍数100～120G，当铸层冷却到1220～1240℃时停止；
4)芯部浇铸，将步骤3铸钢件与辊颈模具合箱，静态浇铸步骤2中经球化及孕育处理的球墨铸铁芯部铁水，浇注温度1350～1430℃；
5)常温冷却至150～155℃开箱，采用台车式差温炉进行热处理，以90～120℃/h的加热速度加热至1000～1100℃，保温3～5h后，以110～130℃/h的速度冷却至420～460℃，再以10～20℃/h的速度冷却至室温，再以9～13℃/h的加热速度加热至450～550℃，保温18～25小时后，以10～20℃/h的速度冷却至室温。
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