CN103352174B - 轨梁轧制矫直用辊环及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨梁轧制矫直用辊环及其制造方法，该辊环外层的化学成分及重量百分含量为C1.60～2.10%，Si0.40～1.20%，Mn0.50～1.20%，P≤0.10%；S≤0.05%，Cr12.0～15.0%，Ni0.20～1.20%，Mo1.50～3.00%，V0.50～1.50%；芯部的化学成分及重量百分含量为C1.20～1.60%，Si1.50～2.00%，Mn0.50～1.20%，P≤0.10%，S≤0.05%，Cr≤0.50%。本发明采用离心复合铸造的工艺方法，并经过回火处理，所制得的辊环具有高耐磨、高强度特性，适用于重轨轨梁的矫直。

Description

轨梁轧制矫直用辊环及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种辊环及其制造方法，具体涉及一种适用于型钢，特别是重轨矫直机用矫直辊环及其制造方法。

背景技术

轨梁的平直度是轨梁生产的重要指标之一，其原因在于：一旦轨梁的平直性不良，将直接导致机车运行过程中震动剧烈，轨梁作用力成倍增大，不仅严重损害轨梁和机车车辆部件，影响列车速度的提高，甚至造成列车脱轨倾覆等安全事故的发生。因此，在轨梁生产过程中需要对其平直度进行矫正，而轨梁矫正需要采用轨梁校直设备进行。其中，辊式矫直机是矫直轨梁的常用矫直设备，该设备除了可用于轨梁的矫直外，还可用于其他轧钢型材的矫直。

辊式校直机在工作过程中，矫直辊旋转，矫直辊上的辊环与轨梁接触，辊环与轨梁之间强大的矫直力使轨梁被矫直。轨梁被矫直时的温度一般≤80℃，但由于轨梁的材质一般是U70～74，该系列材质的抗拉强度≥885MPa、屈服强度约为450～490Mpa，因此在矫直过程中轨梁的变形抗力大，而采用普通材质制作的辊环存在无法承受巨大的变形抗力的弊端，因而国内外轨梁矫直机用辊环普遍采用9Cr、9Cr2、Cr12MoV等合金锻钢加工而成，强度高、韧性好。

但是，随着我国的高速铁路建设大面积的铺开，轨梁的需求量急剧增加，轨梁长度也不断加长，已知的轨梁单支长度已达百米。与此同时，为满足我国铁路运输的高速平稳运行，对轨梁的质量也提出了更要要求，尤其要求轨梁具有高度的平直度。这就对矫直辊环提出了更加苛刻的要求，要求矫直辊环不仅需具有较高的抵抗变形的能力，而且需具有更高的耐磨性。因此，如何提高辊环耐磨性及强度成为轨梁矫直辊环研发的重要内容。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种耐磨性能优良、强度优异的轨梁轧制矫直用辊环及其制造方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种轨梁轧制矫直用辊环，包括特殊合金工具钢的外层和特殊铸钢的芯部，所述外层的化学成分及其重量百分含量为：C1.60%～2.10%，Si0.40%～1.20%，Mn0.50%～1.20%，P≤0.10%，S≤0.05%，Cr12.0%～15.0%，Ni0.20%～1.20%，Mo1.50%～3.00%，V0.50%～1.50%，余量为Fe和不可避免的杂质；所述芯部的化学成分及其重量百分含量为：C1.20%～1.60%，Si1.50%～2.00%，Mn0.50%～1.20%，P≤0.10%，S≤0.05%，Cr≤0.50%，余量为Fe和不可避免的杂质。

一种轨梁轧制矫直用辊环的制造方法，包括以下步骤：

A、外层材料和芯部材料的熔炼：首先将外层的各种原材料、芯部的各种原材料分别在中频熔炼炉内进行熔炼，熔炼温度均为1500℃～1650℃，得外层材料钢水和芯部材料钢水；然后当外层材料和芯部材料的合金成分满足要求时，控制熔炼炉内温度达到1550℃～1600℃，向熔炼炉中加入铝饼分别对外层材料钢水和芯部材料钢水进行脱氧；

B、离心浇注辊环：首先将铸型装入离心机内，开启离心机，离心机的转速为300rpm～500rpm；同时将脱氧完成后的外层材料钢水浇注于浇包内，并进行变质处理，然后通过浇包将外层材料钢水浇注到高速旋转的铸型内，外层材料钢水的浇注温度为1380℃～1480℃，控制外层材料钢水凝固3m～6m后将芯部材料钢水浇入浇包内，并进行变质处理，最后通过浇包将芯部材料钢水浇入离心铸型内，芯部材料钢水的浇注温度为1450℃～1550℃；2h～3h后关闭离心机；

C、辊环脱模后缓冷至100℃以下出槽，冷却后对辊环外形及尺寸进行粗加工，并进行外层、芯部及结合层探伤检测；

D、辊环回火处理：将检测合格的辊环装入台车式高温电阻炉，提温至950℃～1150℃，保温4h～6h后出炉油冷，待温度降至200℃～300℃后装入台车式低温电阻炉进行二段回火处理，回火温度分别为500℃～600℃，回火时间分别为20h～30h。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明轨梁轧制矫直用辊环，能够更好的满足轨梁矫直，特别是重轨矫直时对辊环高强度、高耐磨性的需求。在进一步提高重轨尺寸精度和平直度的同时，辊环耐磨性可提高20%以上，有效降低了吨钢辊环消耗，降低了辊环的采购成本和轨梁的生产成本。

本发明轨梁轧制矫直用辊环的高耐磨性能主要是通过对外层的化学成分的合理匹配来实现。即在传统铸造Cr12MoV的基础上，提高C含量，同时提高V、Mo等特殊碳化物形成元素的含量，增加组织中颗粒状碳化物如VC、Mo₂C等耐磨质点，这些细小的颗粒状碳化物均匀、弥散的分布在基体上，极大增强了基体的耐磨性。

本发明轨梁轧制矫直用辊环的制造采用离心浇注方式，使得辊环工作层组织更加致密、均匀，进一步增强了辊环的强度和耐磨性，进而进一步延长了辊环的使用寿命，且成本低、效率高。本发明轨梁轧制矫直用辊环的外层和芯部的各种原材料的熔炼温度均为1500℃～1650℃，采用此温度，可以使外层材料钢水和芯部材料钢水中的氧化物夹杂和气孔倾向达到最低，使化学成分波动范围达到最窄。为了进一步提高辊环的强度和耐磨性，在辊环离心浇注完成并检查合格后采用回火处理的方式对辊环进行处理，进一步细化了辊环晶粒，提高基体显微硬度，不仅增强了辊环的耐磨性，还有效提高了辊环的强度。本发明轨梁轧制矫直辊环的辊身硬度能够达到75HS～82HS，较传统铸造Cr12MoV矫直辊环的辊身硬度70HS～76HS有明显提高。

本发明轨梁轧制矫直用辊环的外层的化学成分中添加有Ni等具有强化基体作用的合金元素，显著提高了辊环的强度，增强了轨梁轧制时辊环抵抗较高的变形抗力的能力，经检测本发明轨梁轧制矫直用辊环的强度可达880～920Mpa。本发明轨梁轧制矫直用辊环的综合毫米轧制量可达5万吨以上。

附图说明

图1是本发明轨梁轧制用矫直辊环外层放大100倍的金相组织照片；

图2是本发明轨梁轧制用矫直辊环外层放大500倍的金相组织照片。

其中，图1和图2均采用光学显微镜在腐蚀状态下拍摄，白色的为碳化物，黑色的为马氏体基体。

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

一种轨梁轧制矫直用辊环，外层的化学成分及重量百分含量为：C1.80%，Si0.90%，Mn0.60%，P0.03%，S0.03%，Cr12.50%，Ni0.60%，Mo2.50%，V0.80%；其余为Fe和不可避免的杂质；芯部的化学成分及重量百分含量为：C1.50%，Si1.80%，Mn0.80%，P0.03%，S0.03%，Cr0.30%，其余为Fe和不可避免的杂质。

该轨梁轧制矫直用辊环的制造方法为：

首先分别将外层的各种原材料和芯部的各种原材料在3吨中频炉内熔炼成外层材料钢水及芯部材料钢水，熔炼温度均为1580℃。当外层材料钢水以及芯部材料钢水成份达到要求时，控制中频熔炼炉内的温度达到1580℃，然后向中频熔炼炉内加入铝饼分别对外层材料钢水和芯部材料钢水进行脱氧处理。

脱氧处理完成后，将外层材料钢水出炉并浇注至浇注包内，然后在浇注包内进行变质处理。同时将铸型装入离心机内，并启动离心机，离心机转速为300rpm。待外层材料钢水的温度为1430℃时，将外层材料钢水浇入高速旋转的铸型内。待外层材料钢水凝固5m后，将芯部材料钢水浇至浇注包内，然后在浇注包内进行变质处理。调整芯部材料钢水温度降至1480℃后，将芯部材料钢水浇入铸型内，3h后关闭离心机。

辊环脱模后缓冷至80℃出槽。出槽后对辊环进行磨削加工，然后进行外层、芯部及结合层探伤检测，检测合格的辊环装入台车式高温电阻炉，提温至1100℃，保温6h后出炉油冷，温度降低至220℃后装入低温电阻炉进行二段回火处理，第一段回火温度和第二段回火温度均为520℃，回火时间均为25h。

经上述处理后，辊环外层硬度为79HSD，强度达到920MPa，金相组织如图1和图2所示。由图1和图2可知，本实施例1的辊环金相组织中，黑色的马氏体内均匀分布有若干颗粒状白色碳化物，极大增强了基体的耐磨性。

实施例2～实施例6

实施例2～6的中轨梁轧制矫直用辊环的制造方法与实施例1相同，在此不再赘述。实施例2～6的各实施例的成分含量及制造工艺参数、性能如下表所示。

Claims (1)

1.一种轨梁轧制矫直用辊环，其特征在于：包括特殊合金工具钢的外层和特殊铸钢的芯部，所述外层的化学成分及其重量百分含量为：C1.60％～2.10％，Si0.40％～1.20％，Mn0.50％～1.20％，P≤0.10％，S≤0.05％，Cr12.0％～15.0％，Ni0.20％～1.20％，Mo1.50％～3.00％，V0.50％～1.50％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述芯部的化学成分及其重量百分含量为：C1.20％～1.60％，Si1.50％～2.00％，Mn0.50％～1.20％，P≤0.10％，S≤0.05％，Cr≤0.50％，余量为Fe和不可避免的杂质；

所述轨梁轧制矫直用辊环的制造方法包括以下步骤：

A、外层材料和芯部材料的熔炼：首先将外层的各种原材料、芯部的各种原材料分别在中频熔炼炉内进行熔炼，熔炼温度均为1500℃～1650℃，得外层材料钢水和芯部材料钢水；然后当外层材料和芯部材料的合金成分满足要求时，控制熔炼炉内温度达到1550℃～1600℃，向熔炼炉中加入铝饼分别对外层材料钢水和芯部材料钢水进行脱氧；

B、离心浇注辊环：首先将铸型装入离心机内，开启离心机，离心机的转速为300rpm～500rpm；同时将脱氧完成后的外层材料钢水浇注于浇包内，并进行变质处理，然后通过浇包将外层材料钢水浇注到高速旋转的铸型内，外层材料钢水的浇注温度为1380℃～1480℃，控制外层材料钢水凝固3m～6m后将芯部材料钢水浇入浇包内，并进行变质处理，最后通过浇包将芯部材料钢水浇入离心铸型内，芯部材料钢水的浇注温度为1450℃～1550℃；2h～3h关闭离心机；

C、辊环脱模后缓冷至100℃以下出槽，冷却后对辊环外形及尺寸进行粗加工，并进行外层、芯部及结合层探伤检测；

D、辊环回火处理：将检测合格的辊环装入台车式高温电阻炉，提温至950℃～1150℃，保温4h～6h后出炉油冷，待温度降至200℃～300℃后装入台车式低温电阻炉进行二段回火处理，回火温度分别为500℃～600℃，回火时间分别为20h～30h。