CN104099528B

CN104099528B - 一种异型轧辊及其制备方法

Info

Publication number: CN104099528B
Application number: CN201410322763.8A
Authority: CN
Inventors: 吴满旵
Original assignee: NINGBO YINZHOU QIANGLI FASTENER FACTORY
Current assignee: Ningbo Wenerchang New Material Technology Co ltd
Priority date: 2014-07-08
Filing date: 2014-07-08
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2034-07-08
Also published as: CN104099528A

Abstract

本发明涉及一种异型轧辊及其制备方法，属于轧钢轧辊技术领域。所述异型轧辊的组成元素及其质量百分比为：碳(C)：0.2-0.3％，铬(Cr)：4.5-5.7％，锰(Mn)：0.25-0.35％，钼(Mo)：1.0-1.1％，镍(Ni)：1.0-1.5％，钒(V)：0.5-1.0％,余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质。其制备方法包括以下步骤：按上述异型轧辊的组成元素及质量百分比配制原料；冶炼，浇铸成铸件；锻造处理后进行回火处理；热处理和表面淬火处理即可得异型轧辊。本发明异型轧辊的强度、硬度、韧性、耐磨性等综合力学性能优异，其硬度可达58-62HRC，使用寿命是常规的轴承钢的3倍，且生产成本低。

Description

一种异型轧辊及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种异型轧辊，具体涉及一种异型轧辊及其制备方法，属于轧钢轧辊技术领域。

背景技术

轧辊是轧钢厂轧钢机上的重要零件，利用一对或一组轧辊滚动时产生的压力来轧碾钢材。随着钢材市场的竞争越来越激烈，对于钢材的表面质量要求越来越高。而轧辊质量的高低不仅直接影响到钢材的表面质量和尺寸精度，还影响着轧机的生产作业率，这也直接制约着企业的经济效益。所以，提高轧辊的性能、延长轧辊的使用寿命并降低轧辊的消耗，已成为国内外轧钢使用企业和轧辊制造业关注的重要课题。

中国发明专利申请文件(公开号：CN103614653A)中公开了一种轧辊的材料，其化学组分及其重量百分比为：碳(C)：0.50％-0.80％，锰(Mn)：0.20％-1.00％，铬(Cr)：4.50％-6.00％，镍(Ni)：0.20％-0.80％，钼(Mo)：0.20％-1.00％，钒(V)：0.10％-0.50％，硅(Si)：0.30％-1.20％，P≤0.025％，S≤0.020％，其余为Fe和不可避免的杂质。该材料在一定程度上提高了轧辊的质量，提高了轧辊的性能，但是其使用寿命和耐温性能、抗裂性能等没有得到明显的改善。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种耐磨性能、耐温性能、抗裂性能、韧性都较好，使用寿命长的异型轧辊。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种异型轧辊，所述异型轧辊的组成元素及其质量百分比为：碳(C)：0.20％-0.30％，铬(Cr)：4.5％-5.7％，锰(Mn)：0.25％-0.35％，钼(Mo)：1.0％-1.1％，镍(Ni)：1.0％-1.5％，钒(V)：0.5％-1.0％,余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质。

相较于现有技术，本发明设计了一种新的异型轧辊的材料，在不添加硅元素的基础上，通过优化各成分的配比，得到耐磨性能、耐温性能、抗裂性能、韧性都较好且使用寿命长的异型轧辊。

本发明异型轧辊中的碳(C)含量为0.20％-0.30％。碳是钢中重要的组成元素，它以固溶和形成碳化物的方式来提高轧辊的强度、改善轧辊的耐磨性。随着碳含量的增加，碳化合物的数量增加，尺寸加大，从而缩小碳化合物间的间距，提高其耐磨性。但是如果碳含量过高，会加大轧辊的脆性，降低其强度和韧性，从而导致轧辊在反复的加热和冷却的过程中，其表面易形成裂纹或者中断；若碳含量过低，轧辊的硬度低，耐磨性能差。本发明中将碳元素的含量控制在0.20％-0.30％，可使异型轧辊具有较好的综合性能。

在本发明异型轧辊中加入4.5％-5.7％的铬(Cr)，可与碳元素可产生协同作用。随着铬元素含量的增加，Cr₇C₃型碳化物的数量也会增加，而Cr₇C₃型碳化物的显微硬度可以达到1600-1800HV，这有利于提高轧辊的硬度和耐磨性。而且铬元素的加入能提高钢材的淬透性以及钢材的抗氧化性能，同时也可以提高轧辊的抗回火稳定性以及轧辊的抗接触疲劳性能。但是铬元素加入量过多，反而会降低轧辊的韧性和塑性。因此本发明异型轧辊的铬元素的加入量控制在4.5％-5.7％，这保证了在提高轧辊的硬度和耐磨性能的同时有效防止轧辊韧性和塑性的降低。

锰(Mn)是异型轧辊中主要的强化元素，它大部分溶于铁素体和渗碳体中，主要起固溶强化作用。其余的锰元素可以和碳形成Mn₃C碳化物，Mn₃C碳化物又能与铁元素相互溶解，在轧辊中生成(FeMn)₃C型碳化物。这可以降低奥氏体分解速度，从而大大提高异型轧辊的淬透性。但锰作为过热敏感性元素，含量过高，会出现大量的网状铁素体，从而增加轧辊的回火脆性倾向，最终导致淬火组织中残余奥氏体的增加，而残余奥氏体不利于轧辊的热处理和使用。过高的锰含量还会增加轧辊的线收缩率和体收缩率，从而增加轧辊毛坯在铸造过程中发生热裂的倾向性。因此本发明异型轧辊中锰元素的加入量控制在0.25％-0.35％之间，起到细化轧辊的基体组织、提高轧辊的强度和韧性的作用。

镍(Ni)与锰(Mn)一样可以起到细化轧辊的基体组织、提高轧辊的强度和韧性的作用。镍与铬共存，可显著提高轧辊的综合性能。一定含量的镍不仅可以确保轧辊的基体组织淬火成马氏体，还可以提高轧辊的淬透性，改善轧辊的力学性能。一旦镍含量过多，会导致轧辊的淬火组织残余奥氏体的增多，反而降低轧辊的硬度和韧性，同时还会损害轧辊的耐磨性。此外，镍的价格昂贵，过量的镍会提高生产成本。因此本发明异型轧辊中将镍含量控制在1.0％-1.5％。

与现有技术相比，本发明异型轧辊中钼(Mo)元素含量大大增加。钼元素的加入可有效抑制异型轧辊冷却过程中晶界碳化物的析出，有利于细化晶粒，提高轧辊的韧性；并增加碳化物的数量，提高碳化物的硬度，改善轧辊的耐磨性，提高轧辊的高温硬度以及轧辊的高温耐磨性。同时钼元素还可以提高轧辊的抗回火稳定性，并减小甚至消除轧辊的回火脆性。此外，适量的钼和镍产生协同作用，有利于基体组织中马氏体的形成。但是钼元素会降低轧辊的导热性，若钼含量过高，轧辊的导热性降低，从而增大轧辊的热应力，降低其抗热疲劳性能。通过试验发现，将本发明异型轧辊中钼含量控制为1.0％-1.1％，效果最佳。

钒不仅是强化合物形成元素，还是钢材优良的脱氧剂，不仅与碳的结合力非常强，会形成高熔点、高硬度、高弥散度且稳定的VC碳化物，还可以细化晶粒。在本发明异型轧辊中加入钒，与其他元素产生协同作用，可以提高轧辊的强度和韧性以及轧辊的抗腐蚀能力。但是钒有很强的沉淀强化作用，如果钒的加入量过多，会明显恶化轧辊的加工性能，且价格昂贵，会增加成本，所以钒的加入量一般不能超过1.0％。

虽然上述元素对异型轧辊材料都有一定的贡献，但使用时最关键的是要用合理的配比及组合，这样才能充分发挥各元素的优越性。

为了获得良好的综合性能的异型轧辊，必须严格控制杂质元素的含量。所述杂质中，硫(S)元素的质量百分比小于等于0.025％，磷(P)元素的质量百分比小于等于0.025％。磷和硫都是有害元素，硫不仅在高温下会与铁元素形成FeS化合物，导致热脆，而且也会与锰元素形成MnS化合物，从而影响轧辊的强度和韧性。本发明异型轧辊中将硫含量控制在0.025％以内用以降低异型轧辊的热脆性，提高它的延展性和韧性。而降低异型轧辊中的磷含量也可以有效的提高其抗拉强度。因此本发明异型轧辊中的硫和磷元素的含量均控制在0.025％以内。

本发明在不含硅的情况下，增加了钼和钒的含量，与现有技术相比，提高了异型轧辊强度、硬度、耐磨性、耐温性和抗裂性。特别地，本发明异型轧辊的使用寿命是常规的轴承钢的3倍。

进一步地，所述异型轧辊的组成元素及其质量百分比为：碳(C)：0.25％，锰(Mn)：0.30％，铬(Cr)：5.30％，镍(Ni)：1.30％，钼(Mo)：1.20％，钒(V)：0.80％，余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质。

进一步地，所述异型轧辊的组成元素及其质量百分比为：碳(C)：0.20％，锰(Mn)：0.35％，铬(Cr)：4.50％，镍(Ni)：1.50％，钼(Mo)：1.00％，钒(V)：1.00％，余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质。

进一步地，所述异型轧辊的组成元素及其质量百分比为：碳(C)：0.30％，锰(Mn)：0.25％，铬(Cr)：5.70％，镍(Ni)：1.00％，钼(Mo)：1.50％，钒(V)：0.50％，余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质。

本发明还提供一种制备上述异型轧辊的方法，所述的制备方法包括以下步骤：

S1、原料配制：按上述异型轧辊的组成元素及质量百分比配制原料；

S2、冶炼：将配制好的原料进行冶炼，在1400℃-1500℃下浇铸成异型轧辊铸件；

S3、回火处理：将异型轧辊铸件先加热至1000℃-1100℃，然后在820℃-870℃下进行锻造处理，接着进行回火处理；

S4、热处理：将步骤S3中制得的轧辊依次进行热处理和表面淬火处理，表面淬火处理为：先预热至320℃-480℃，再于780℃-860℃下进行感应淬火，保温1-3小时后冷却，然后在300℃-330℃下进行回火，即制得最终产品异型轧辊。

所述异型轧辊的锻造处理，一方面可以细化晶粒，提高材料的强韧性；另一方面可以通过锻造加热和变形工艺的合理制定，提高材料的使用性能，并为后续的热处理工序奠定良好的基础。

所述异型轧辊的热处理中，热处理可降低异型轧辊的硬度、消除残余应力，同时改善组织以消除网状碳化物，细化晶粒，为后面的回火处理做好组织准备；表面淬火过程使异型轧辊工作层获得良好且适用的组织，充分发挥各元素在异型轧辊中的作用，提高轧辊本身工作层的硬度以及耐磨性。

在上述异型轧辊的制备方法中，作为优选，步骤S2中的浇铸温度为1420℃-1480℃。

在上述异型轧辊的制备方法中，作为优选，步骤S3中所述回火处理为：第一次回火温度为350℃-500℃，保温1-3小时后冷却，冷却至60℃后在330℃-450℃下进行第二次回火处理；

在上述异型轧辊的制备方法中，作为优选，步骤S4中所述热处理温度为800℃-860℃。

在上述异型轧辊的制备方法中，作为优选，步骤S4中所述表面淬火处理为：先预热至350℃-450℃，再于800℃-850℃下进行感应淬火，保温1-3小时后冷却，然后在300℃-320℃下进行回火。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明异型轧辊的原料的配伍合理，适当增加了钼和钒的含量，通过各元素之间产生的协同作用，提高异型轧辊的强度、硬度、韧性、耐磨性等综合力学性能。

2)本发明异型轧辊的制备方法简单易行，通过特定原料的配伍及特定制备方法，使制得异型轧辊的硬度可达58-62HRC，使用寿命是常规的轴承钢的3倍。

3)本发明异型轧辊原材料中适当减少了镍、锰、铬等的用量，降低了异型轧辊的生产成本，提高其实用性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中，1、辊体；11、通孔；12、安装口；13、安装槽。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

本发明异性轧辊包括呈圆柱状的辊体1，在辊体上沿轴向开设有一贯穿辊体的通孔11，在辊体一端面上沿径向方向开设有一贯穿辊体并与通孔相通的安装口12，在辊体外侧壁上周向开设有首尾相连通的安装槽，安装槽两侧壁圆弧过渡至安装槽13底部，且安装槽槽口的口径自安装槽首端至安装槽尾端呈线性递减。

表1：实施例1-3用于制备异型轧辊的组成成分及质量百分比

实施例1

原料配制：按异型轧辊的组成元素及质量百分比配制原料；

冶炼：将配制好的原料进行冶炼，在1420℃下浇铸成异型轧辊铸件；

锻造：将所述的异型轧辊铸件加热至1000℃，然后将异型轧辊依次进行锻造处理、回火处理，其中锻造处理中锻造温度为820℃，回火处理中：第一次回火温度为350℃，保温1小时，冷却至60℃后于330℃下进行第二次回火处理；

热处理：将上述锻造后的轧辊依次进行锻后热处理和表面淬火处理，其中锻后热处理温度为800℃，表面淬火为：先预热至320℃，再于780℃下进行感应淬火，保温1小时后冷却，然后在温度为300℃下进行回火，即制得最终成品异型轧辊。

实施例2

原料配制：按异型轧辊的组成元素及质量百分比配制原料；

冶炼：将配制好的原料进行冶炼，在1450℃下浇铸成异型轧辊铸件；

锻造：将所述的异型轧辊铸件加热至1050℃，然后将异型轧辊依次进行锻造处理、回火处理，其中锻造处理中锻造温度为850℃，回火处理中：第一次回火温度为430℃，保温2小时，冷却至60℃后于390℃下进行第二次回火处理；

热处理：将上述锻造后的轧辊依次进行锻后热处理和表面淬火处理，其中锻后热处理温度为830℃，表面淬火为：先预热至400℃，再于820℃下进行感应淬火，保温2小时后冷却，然后在温度为320℃下进行回火，即制得最终成品异型轧辊。

实施例3

原料配制：按异型轧辊的组成元素及质量百分比配制原料；

冶炼：将配制好的原料进行冶炼，在1480℃下浇铸成异型轧辊铸件；

锻造：将所述的异型轧辊铸件加热至1100℃，然后将异型轧辊依次进行锻造处理、回火处理，其中锻造处理中锻造温度为870℃，回火处理中：第一次回火温度为500℃，保温3小时，冷却至60℃于450℃下进行第二次回火处理；

热处理：将上述锻造后的轧辊依次进行锻后热处理和表面淬火处理，其中锻后热处理温度为860℃，表面淬火为：先预热至480℃，再于860℃下进行感应淬火，保温3小时后冷却，然后在温度为330℃下进行回火，即制得最终成品异型轧辊。

将实施例1-3中制得的异型轧辊进行性能测试，测试结果如表2所示。

表2：本发明实施例1-3制得的异型轧辊的性能测试结果

对比例为现有技术中采用如下组成元素及其质量百分比：碳(C)：0.70％-0.85％，锰(Mn)：0.90％-1.20％，铬(Cr)：1.02％-1.16％，氮(N)：0.01％-0.03％，钼(Mo)：0.25％-0.45％，钒(V)：0.03％-0.08％，硅(Si)：0.17％-0.44％，铌(Nb)：0.04％-0.10％，钛(Ti)：0.04％-0.10％，镧(La)：0.02％-0.08％，铈(Ce)：0.02％-0.08％，铝(Al)：0.03％-0.08％，钙(Ca)：0.005％-0.015％，硼(B)：0.002％-0.006％，碲(Te)：0.003％-0.015％，P＜0.03％，S＜0.03％，其余为Fe，其中0.06％≤La+Ce≤0.12％，制得一种合金铸钢轧辊。具体参见中国发明专利申请文件(公开号：CN101530863A)。

综上所述，本发明异型轧辊的化学成分组成配伍合理，使其各方面的性能得到较大的改善，得到的异型轧辊强度高、硬度高、韧性好、耐磨性能好，使用寿命是常规轴承钢的3倍。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种异型轧辊，其特征在于，所述异型轧辊的组成元素及其质量百分比为：碳(C)：0.20％-0.30％，铬(Cr)：4.50％-5.70％，锰(Mn)：0.25％-0.35％，钼(Mo)：1.00％-1.10％，镍(Ni)：1.00％-1.50％，钒(V)：0.50％-1.00％,余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质；

所述异型轧辊的制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的异型轧辊，其特征在于，所述杂质中，硫(S)元素的质量百分比小于等于0.025％，磷(P)元素的质量百分比小于等于0.025％。

3.根据权利要求1中所述异型轧辊，其特征在于，所述异型轧辊的组成元素及其质量百分比为：碳(C)：0.20％，锰(Mn)：0.35％，铬(Cr)：4.50％，镍(Ni)：1.50％，钼(Mo)：1.00％，钒(V)：1.00％，余量为铁(Fe)以及不可避免的杂质。

4.根据权利要求1中所述异型轧辊，其特征在于，步骤S2中所述的浇铸温度为1420℃-1480℃。

5.根据权利要求1中所述异型轧辊，其特征在于，步骤S3中所述的回火处理为：第一次回火温度为350℃-500℃，保温1-3小时后冷却，冷却至60℃后在330℃-450℃下进行第二次回火处理。

6.根据权利要求1中所述异型轧辊，其特征在于，步骤S4中热处理温度为800℃-860℃。

7.根据权利要求1中所述异型轧辊，其特征在于，步骤S4中所述的表面淬火处理为：先预热至350℃-450℃，再于800℃-850℃下进行感应淬火，保温1-3小时后冷却，然后在300℃-320℃下进行回火。