CN102560264A

CN102560264A - 一种含氮的板带轧机锻钢支承辊材料

Info

Publication number: CN102560264A
Application number: CN2012100391720A
Authority: CN
Inventors: 吴琼; 孙大乐; 温宏权
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明公开了一种用于板带冷轧机或热轧机的锻钢支承辊材料，其化学组分及含量为：C：0.38～0.65wt％；Si：0.15～1.20wt％；Mn：0.15～1.00wt％；Cr：2.0～6.0wt％；Mo：0.4～1.5wt％；V：0.3～1.0wt％；Ni：0.4～0.8wt％；N：0.02～0.08wt％；P≤0.020wt％；S≤0.015wt％；其余为Fe和不可避免的杂质。本发明的新型锻钢支承辊材料，添加适量氮作为功能合金元素，对V、Cr、Mo等合金元素的析出动力学产生影响，改善了合金碳、氮化物的结构、形态及分布，促进了析出强化、细晶强化等作用，从而改善材料的强韧性及耐磨性能。

Description

一种含氮的板带轧机锻钢支承辊材料

技术领域

本发明涉及冶金领域，具体地，本发明涉及用于板带冷轧机或热轧机的锻钢支承辊材料，更具体涉及一种添加适量氮的板带轧机锻钢支承辊材料。

背景技术

大型板带轧机是现代化冶金企业的关键工艺设备，而支承辊是轧机中的关键核心部件，用来支承工作辊或中间辊，增强其刚度，防止轧制时工作辊出现挠曲变形而影响板形质量。支承辊的使用性能直接决定着轧机稳定、产线顺行、生产消耗及产品质量。

锻钢支承辊材料的发展从早期的2％Cr(以9Cr2Mo为代表)、3％Cr系列(70Cr3Mo、50Cr3MoV、40Cr3MoV等)，到现在广泛应用的5％Cr系列，总体沿着Cr含量不断提高而C含量不断降低的方向发展，C含量在0.4～0.6wt.％之间，Cr含量提高到4～5wt.％。现有涉及板带轧机锻钢支承辊材料的专利不多，相应的支承辊材料化学成分比较示于表1。表中所述专利的支承辊材料其主要设计思想都是围绕C元素和适量的Cr、Mo等常规合金元素，经过一系列热处理后，其基体组织为回火贝氏体，并弥散分布一定量的颗粒状M7C3型碳化物，硬度能达到70HSD左右，淬硬层深度可达70mm以上。

表1相关专利化学成分(质量百分比，wt.％)

专利公开号	C	Si	Mn	Cr	Mo	V	Ni
								JP53042114A	0.40-0.55	0.6-0.9	≤1.0	3.0-3.5	0.5-0.9	≤0.3
JP55050452A	0.55-0.95	0.15-1.6	0.15-1.6	2.0-5.0	0.5-1.2	0.2-0.8	≤0.99
								JP59118857A	0.50-0.60	≤1.0	≤1.0	4.6-5.5	0.4-0.5	0.1-0.3
JP6106210A	0.30-0.70	1.0-2.0	≤0.8	3.0-4.0	0.4-0.7		0.3-0.5
								JP8269626A	0.42-0.60	≤1.2	≤1.0	3.0-6.0	0.5-2.5	≤0.5	≤1.0	W≤2.0

随着现代板带钢轧机向着大型化、高速化、高精度方向发展，对板带产品的规格、尺寸精度和表面质量等要求也越来越高，带动了工作辊(中间辊)材料的升级和使用性能的提升，已向更高性能的半高速钢以及高速钢材质系列发展，其合金元素组成和微观组织发生了较大的变化，淬硬性、耐磨以及抗事故等性能有大幅提高。因此对与之相配套的支承辊其使用性能提出了更高要求，在上述背景下，目前3％Cr、5％Cr系列锻钢支承辊已不能满足低辊耗、长轧制周期的进一步要求，存在耐磨损性能较差等问题。

发明内容

为克服所述问题，本发明目的是，提供一种添加适量氮的板带轧机锻钢支承辊材料，采用此材料制造的支承辊能够有效解决3％Cr、5％Cr锻钢支承辊存在的耐磨损性能较差等问题，满足现代板带钢轧机对支承辊使用性能的要求。

本发明的技术方案如下：

一种用于板带冷轧机或热轧机的锻钢支承辊材料，其化学组分及含量为：C：0.38～0.65wt％；Si：0.15～1.20wt％；Mn：0.15～1.00wt％；Cr：2.0～6.0wt％；Mo：0.4～1.5wt％；V：0.3～1.0wt％；Ni：0.4～0.8wt％；N：0.02～0.08wt％；P≤0.020wt％；S≤0.015wt％；其余为Fe和不可避免的杂质。

根据本发明所述的一种用于板带冷轧机或热轧机的锻钢支承辊材料，其特征在于，所述N含量为：

N：0.05～0.07wt％。

基于错配度理论，氮的加入对Cr、Mo、V等合金元素的析出动力学产生影响，优先形成了部分富V的M(C，N)型碳氮化物，与M7C3型碳化物相比，此类碳氮化物硬度更高，尺寸更小，弥散分布在贝氏体或马氏体基体之中，改善了钢中第二相的结构、形态及分布，促进了析出强化、细晶强化等作用；其次，还有部分氮元素固溶在马氏体基体之中，基体中碳氮共存时由于碳、氮原子的交互作用使间隙原子浓度有所提高，易得到板条马氏体，或板条与片状混合的马氏体。此外，氮的加入还对支承辊材料的液固相转变过程产生影响，可以显著提高淬透性且促进回火二次硬化。但是过多的氮添加在轧辊材料中也有其不利的一面，易在钢中形成气泡和疏松，同时采用氮化铬铁的方法能够添加的氮含量有限，综合考虑将氮的添加量控制在0.05～0.07wt％。

根据本发明所述的一种用于板带冷轧机或热轧机的锻钢支承辊材料，其特征在于，所述C含量为：

C：0.38～0.50wt％。

碳在支承辊材料中的主要作用机制有两个，一个是形成马氏体或贝氏体基体，另一个是与合金元素形成碳化物，达到轧辊要求的性能。由于氮的加入替代了部分碳的功能，因此碳在本支承辊材料中的含量可以适量下调，控制在0.38～0.50wt％。

根据本发明所述的一种用于板带冷轧机或热轧机的锻钢支承辊材料，其特征在于，所述Si含量为：

Si：0.50～0.90wt％。

根据本发明所述的一种用于板带冷轧机或热轧机的锻钢支承辊材料，其特征在于，所述Mn含量为：

Mn：0.50～0.92wt％。

根据本发明所述的一种用于板带冷轧机或热轧机的锻钢支承辊材料，其特征在于，所述V含量为：

V：0.81～1.0wt％。

钒是强碳化物、氮化物形成元素，形成的M(C，N)碳氮化物尺寸细小、颗粒圆整，具有细化晶粒增加钢的强韧性能、增强钢的二次硬化作用提高耐磨性能等一系列有益作用。但是钒含量过高，基体易优先磨损，辊面易粗糙，并且给磨削加工带来困难，因此综合考虑钢中碳、氮元素的含量，钒的含量控制在0.81～1.0wt％。

耐磨性能与材料的微观组织有着紧密的联系，通过对材料的改进和热处理工艺的优化，能够改善材料的微观组织，提高支承辊的耐磨性能并实现强度和韧性的最佳匹配。自20世纪初氮在钢铁材料中的有益作用被认可后，氮对钢的影响机制被广泛的研究。一开始，人们发现在不锈钢中加氮可以提高强度。氮在不锈钢中主要通过固溶强化、氮化物弥散强化和晶粒细化三种途径来改善钢的性能。钢中添加氮改变了V在钢中的分布情况，促进了细小V(C，N)的析出，这是高氮钢强度增加的关键原因。同时，钢中添加氮抑制了奥氏体化时晶粒长大的趋势，具有明显的晶粒细化效果。因此，氮能够改善组织、细化晶粒、提高材料的奥氏体化温度，并提高了碳化物的稳定性，对提高材料的强度、耐磨性能等均有促进作用。

基于此，本发明的新型锻钢支承辊材料，添加适量氮(0.02～0.08wt％)作为功能合金元素，并提高了Mo、V等强碳、氮化物形成元素的含量(Mo：0.4～1.5wt％；V：0.3～1.0wt％)，新材料支承辊其微观组织和热处理性能都较5％Cr锻钢支承辊发生较大的变化，从而强度及耐磨性能得到了一定程度的改善。

具体实施方式

实施例1-5

现按表2所示化学成份分别实施本发明的新型锻钢支承辊材料。

表2本发明锻钢支承辊材料的化学成份(wt.％)

	C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	V	N	P	S
											对照材质	0.55	0.50	0.51	4.49	0.41	0.48	0.13	-	0.017	0.006
实施例1	0.48	0.68	0.63	5.21	0.42	1.03	0.87	0.06	0.012	0.005
											实施例2	0.43	0.81	0.71	5.11	0.45	1.10	0.81	0.05	0.014	0.005
实施例3	0.50	0.90	0.73	5.55	0.49	1.22	0.83	0.05	0.012	0.007
											实施例4	0.45	0.75	0.92	4.94	0.52	1.35	0.99	0.07	0.013	0.005
实施例5	0.49	0.83	0.81	4.76	0.58	1.47	0.91	0.06	0.014	0.006

表3为按实施例1和实施例2实施的新型锻钢支承辊材料的耐磨性能与现有5％Cr锻钢支承辊材料的比较结果，采用环块磨损试验，以磨失体积(mm3)作为磨损性能评价标准。新型锻钢支承辊材料的耐磨性能较现有5％Cr锻钢支承辊材料平均提高20％左右。表4为按实施例3和实施例4实施的新型锻钢支承辊材料与现有5％Cr锻钢支承辊材料的预备热处理态拉伸性能比较结果。新型锻钢支承辊材料预备热处理后抗拉强度均大于1000MPa，较现有5％Cr锻钢支承辊材料提高5％以上；V型缺口冲击功均在10J左右，能够满足支承辊对韧性性能的需求。根据本发明提供一种添加适量氮的板带轧机锻钢支承辊材料，采用此材料制造的支承辊能够有效解决3％Cr、5％Cr锻钢支承辊存在的耐磨损性能较差等问题，满足现代板带钢轧机对支承辊使用性能的要求。

表3支承辊材料耐磨性能比较

	平均磨痕宽度/μm	平均磨失体积/mm3
			5％Cr锻钢支承辊材料	1454.31	0.0931
实施例1	1374.60	0.0786
			实施例2	1286.60	0.0645

表4支承辊材料预备热处理态拉伸性能比较

	Rp_0.2/MPa	R_m/Mpa	A％	Z％	Akv/J
						5％Cr锻钢支承辊材料	770	960	16	51	9
实施例3	830	1020	20.5	50	10
						实施例4	835	1040	15.5	42	9

Claims

1.一种用于板带冷轧机或热轧机的锻钢支承辊材料，其特征在于，所述锻钢支承辊材料的化学组分及含量为：

C：0.38～0.65wt％；

Si：0.15～1.20wt％；

Mn：0.15～1.00wt％；

Cr：2.0～6.0wt％；

Mo：0.4～1.5wt％；

V：0.3～1.0wt％；

Ni：0.4～0.8wt％；

N：0.02～0.08wt％；

P≤0.020wt％；

S≤0.015wt％；

其余为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的一种用于板带冷轧机或热轧机的锻钢支承辊材料，其特征在于，所述N含量为：

N：0.05～0.07wt％。

3.如权利要求1所述的一种用于板带冷轧机或热轧机的锻钢支承辊材料，其特征在于，所述C含量为：

C：0.43～0.56wt％。

4.如权利要求1所述的一种用于板带冷轧机或热轧机的锻钢支承辊材料，其特征在于，所述Si含量为：

Si：0.50～0.90wt％。

5.如权利要求1所述的一种用于板带冷轧机或热轧机的锻钢支承辊材料，其特征在于，所述Mn含量为：

Mn：0.50～0.92wt％。

6.如权利要求1所述的一种用于板带冷轧机或热轧机的锻钢支承辊材料，其特征在于，所述V含量为：

V：0.81～1.0wt％。