CN104862601B - 低铬合金离心复合铸钢支承辊及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低铬合金离心复合铸钢支承辊及其制造方法，基于9SiCr2MO和75Cr3NiMo合金铸钢材料作为支承辊的外层材料，外层材料的化学成分中，C为0.65～0.9，Cr为1.50～3.50，可以提高轧辊的耐磨性；Mn为0.60～1.2，改善钢的性能，提高钢的强度；Ni为0.20～1.0，提高基体强度和基体淬透性，确保铸态组织中不出现低硬度的珠光体和铁素体；Mo为0.30～0.60%和V含量为0.10～0.60%，提高基体高温硬度，改善钢的第二类回火脆性，提高淬透性。本发明采用二层复合、三次浇注，外层和中间层复合在离心机上动态完成，中间层和芯部复合在合箱后静态完成。

Description

低铬合金离心复合铸钢支承辊及其制造方法

技术领域

本发明涉及冶金轧辊及其制造方法，具体是一种低铬合金离心复合铸钢支承辊及其制造方法。

背景技术

支承辊属于轧机必备件，用于支承工作辊或中间辊，防止轧机轧制时工作辊出现挠曲变形而影响板型质量。现有的支承辊多采用合金半钢复合铸造,化学成分（质量百分比）为：C 1.40～1.8%，Si 0.30～0.80%，Mn 0.50～1.2%，P≤0.035，S≤0.035，Cr≤1.0%，Ni0.1～1.0%，Mo 0.30～0.70。这种支承辊在线使用时，普遍存在着脱肩、剥落、裂纹、断辊等破坏性失效问题，致使轧钢辊耗提高，生产效率降低。导致这些问题的出现，是支承辊材料的金相组织特点：高碳导致金相组织中存在大量的M3C 型碳化物，这种碳化物的存在，使得机械性能较差，脆性较大，机械性能和抗接触疲劳性能均不能满足支承辊的技术要求。由此，这种支承辊逐渐被低碳合金钢支承辊代替。

中国专利CN 101480663 B公开了一种高合金离心复合铸钢支承辊及其制造工艺，其中所含各种组分按重量百分比为：工作层：C 0.40～0.50，Si 0.30～0.60，Mn 0.40～0.80，P≤0.035，S≤0.030，Cr 3.50～4.50，Ni 0.20～1.00，Mo 0.20～0.50，其余为铁及杂质；芯部：C 3.003.60，Si 1.702.70，Mn 0.201.00，P≤0.08，S≤0.01，Re0.01～0.04，Mg0.03～0.08，Cr≤1.00，Ni≤1 .00，Mo≤1.00，Cu≤1.00，V≤0.10；外层通过采用低碳元素来避免M3C 型碳化物的形成，并用高合金来保证组织，以得到抗磨性高，抗事故性能强。其制造方法为：（1）卧式离心机浇注外层；（2）合箱浇注芯部；（3）热处理250℃ ±5℃后保温3-4 小时，830℃ -850℃后保温4-6 小时；然后出炉，快速冷却到600℃，再次入炉加热6-9 小时，温度达到910℃ -930℃时保温8 小时后，出炉进行喷淬，淬火完毕后进行回火。外层轧辊质量提高的同时，也带来了一些不足：一是低碳高铬致使组织中根本没有网状M3C碳化物，热处理无需790℃ -830℃的球化退火；二是芯部碳化物合金含量高，必然形成一定数量的M3C碳化物，这样就使得芯部脆性大，而导致容易断辊；三是高合金的外层和碳化物含量很高的芯部在静态下结合难度很大，结合层碳化物很多，结合质量差，且容易造成结合层夹渣或结合不牢固，探伤不合格；四是外层低碳的冶炼温度高，电费增加，芯部是球墨铸铁材质，出铁温度1615±5℃，浇注温度1495±5℃，过高的温度，会严重影响球化质量，破坏材质的性能，并使成本增加。

中国专利CN 102417965 B公开了一种轧机45NiMoV合金钢大型支承辊锻后热处理工艺，该支承辊的材料的化学成分为：C 0.40～0.50，Si 0.40～0.70，Mn 0.60～0.80，P≤0.015，S≤0.015，Cr 3.40～4.50，Ni 0.40～0.6，Mo 0.40～0.70，V0.05～0.15；并对其进行高温正火890℃ -930℃+低温正火870℃ -920℃+球化退火790℃ -830℃+高温回火620℃ -660℃，改善内部缺陷及组织结构，调整组织及均匀性，从而达到提高轧辊耐磨性，抗剥落的能力。但这种支承辊属于大型支承辊，重量一般在几十到上百吨，需要大型支钢锭锻造，制造难度大，成本高。

发明内容

本发明旨在解决背景技术存在的上述问题，而提供一种制造难度小、生产成本低、成品率高、耐磨性好、抗剥落性能强、无断辊，达到支承辊性能要求，满足中宽带及窄带钢支承辊需要的低铬合金离心复合铸钢支承辊及其制造方法。

本发明解决所述问题采用的技术方案是：

一种低铬合金离心复合铸钢支承辊，化学成分及质量百分比是：

外层：C 0.65～0.9，Si 0.30～0.60，Mn 0.60～1.2，P≤0.035，S≤0.030，Cr 1.50～3.50，Ni0.20～1.0，Mo 0.30～0.60，V 0.10～0.60，其余为铁及杂质；

中间层和芯部：C2.95～3.4，Si2.0～3.0，Mn0.4～1.0，P≤0.05，S≤0.035，Re0.01～0.04，Mg0.03～0.08，Cr≤0.2，Ni≤0.5，Mo≤0.1，Cu≤0.1，其余为铁及杂质。

上述低铬合金离心复合铸钢支承辊的制造方法，按下述步骤进行：

（1）熔炼外层低铬合金钢水及浇注：外层低铬合金钢水在中频电炉中冶炼，使用低磷低硫优质废钢为主要原料，配料时再结合碳和硅加入适量生铁,根据成分要求加入合金炉料，温度达到1560±5℃时取样进行化学分析，同时进行调整后的化学分析，当温度达到1620±5℃时进行炉内脱氧处理，1630±5℃时出钢，出钢前将铁水包烤到大于700℃，包内加入0.3-0.5%的铸钢变质剂进行变质处理，包内镇静4-5分钟，充分扒渣后，温度达到1560±5℃时，在卧式离心机上浇注；浇注前根据离心机拖轮直径及轧辊辊模直径计算出离心机电机转速，控制在800-950 转/ 分钟，外层浇注完毕后，按4kg/m2 加入保护渣,保护内表面钢水，防止氧化；

（2）中间层和外层的离心复合：在离心机上完成中间层和外层的离心复合，中间层球墨铸铁铁水和芯部铁水在中频炉中冶炼，采用低铬低钼低硫原料冶炼，出铁温度1430±5℃，浇注温度1360±5℃，与外层的复合时间根据外层浇注厚度控制在5-15分钟；

（3）芯部和中间层的复合：合箱后完成芯部和中间层的复合，中间层温度达到1070-1150℃时，离心机停转，间隔小于5分钟后，在浇注坑内填入芯部铁水，出铁温度1430±5℃，浇注温度1360±5℃，自然冷却小于150℃时开箱，得到一种低合金离心复合铸钢支承辊毛坯轧辊；

（4）淬火：高温电阻炉对粗加工支承辊进行奥氏体加热，加热10-15 小时，温度达到350 ℃后保温4-6 小时；再加热10-15 小时，温度达到700℃ 后保温4-6 小时；继续升温到880-920℃，保温8-10小时后，出炉进行喷淬，600℃后风冷；

（5）回火：淬火后，装炉加热，460-500℃保温6-8 小时，然后炉冷，当温度≤ 150℃出炉空冷，得到金相组织为贝氏体+粒状碳化物的低合金离心复合铸钢支承辊。

本发明基于9SiCr2MO和75Cr3NiMo合金铸钢材料作为支承辊的外层即工作层材料，外层材料的化学成分中，C含量为 0.65～0.9%，Cr含量为 1.50～3.50%，主要是形成碳化物，也增加淬透性，从而可以提高轧辊的耐磨性；Mn 含量为0.60～1.2，主要是对钢脱氧，改善钢的性能，提高钢的强度；Ni含量为0.20～1.0，主要是为了提高基体强度和基体淬透性，确保铸态组织中不出现低硬度的珠光体和铁素体；Mo含量为0.30～0.60%和V含量为0.10～0.60，提高基体高温硬度，改善钢的第二类回火脆性，提高淬透性。

支承辊的外层和中间层复合在离心机上进行，结合层没有夹渣及分离，结合质量高，回溶少，保证了淬硬层厚度；支承辊的芯部是在浇注坑里和中间层复合的，是同种材质的结合，操作容易，结合质量好。

中间层和芯部化学成分中，合金碳化物元素少，使得外层和中间层冶金结合不会形成破坏结合质量的碳化物，也避免了芯部碳化物多导致断辊，并降低了成本。

外层包内加入0.3-0.5%的铸钢变质剂进行变质处理，改变了碳化物的形态，没有网状碳化物的形成，所以不用球化退火热处理，通过高温形成粒状碳化物；同时起到了净化钢水，脱氧，细化晶粒的作用。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，具有以下优点：

①辊身工作层：硬度HSD58-65；金相组织：回火贝氏体+粒状碳化物；辊颈硬度：HSD40±3；抗拉强度≥500MPa；

②工作层、结合层、辊颈均符合超声波无损检测的有关标准；

③支承辊生产成本低；

④支承辊使用中不会发生脱肩、剥落、断辊等破坏失效，过钢量是半钢的1-2倍，耐磨性好，抗事故能力强，提高生产率。

具体的实施方式

以下结合实施例详述本发明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1：

按照支承辊材料的化学成分要求进行配料，将配比废钢和适量生铁放入中频电炉内熔炼，熔清后分析原钢水化学物质，按工艺再配入相应的合金原料，1565℃取样分析，得到的化学分析成份为：外层：C0.66％，S0.020％，Si0.36％，Mn0.8％，P0.030％，Ni0.5％，Cr3.50％，Mo0.35％,V0.5％,其余为废钢及杂质的钢水；中间层和芯部铁水也是在中频炉冶炼，1435℃取样分析，得到的化学分析成份为：C3.05％，S0.012％，Si2.30％，Mn0.40％，P0.050％，Ni0.40％，Cr0.08％，Mo0.10％，Re0.040％，Mg0.35％，其余为铁及杂质的铁水。

外层炉内温度1615℃时加入0.08%的铝脱氧处理，钢水出钢温度1638℃,包内加入0.3%变质剂，静止5分05秒，撒入集渣剂，多次扒渣，包内钢水温度1565℃时浇注，离心机电机转数控制在850 转/ 分钟，撒入4.1Kg玻璃渣；中间层出铁温度1435℃，间隔5分10秒浇注中间层，浇注温度1360℃，补加适量玻璃渣，完成第一次外层和中间层的离心机上复合；离心机转动11分20秒停转，吊起与底箱和冒口合箱；芯部出铁温度1430℃，离心机停转到合箱完毕的过程间隔3分11 秒，浇注温度1358℃，完成第二次中间层和芯部浇注坑内的复合，自然冷却后开箱，得到低合金离心复合铸钢支承辊。按热处理工艺进行淬火和回火，热处理后得到的轧辊工作层硬度61HSD，经轧制试验，轧辊整体使用寿命提高1-2倍。

实施例2：

按照支承辊材料的化学成分要求进行配料，将配比废钢和适量生铁放入中频电炉内熔炼，熔清后分析原钢水化学物质，按工艺再配入相应的合金原料，1560℃取样分析，得到的化学分析成份为：工作层：C0.75％，S0.018％，Si0.43％，Mn1.0，P0.033％，Ni0.6％，Cr3.0％，Mo0.45％,V0.4％,其余为废钢及杂质，中间层和芯部铁水也是在中频炉冶炼，1428℃取样分析，得到的化学分析成份为：C3.1％，S0.010％，Si2.50％，Mn0.60％，P0.045％，Ni0.35％，Cr0.12％，Mo0.08％，Re0.030％，Mg0.06％，其余为铁及杂质的铁水；

外层炉内温度1622℃时加入0.08%的铝脱氧处理，钢水出钢温度1628℃, 包内加入0.4%变质剂，静止4分35秒，撒入集渣剂，多次扒渣，包内钢水温度1561℃，离心机电机转数控制在890 转/ 分钟，5Kg玻璃渣；中间层出铁温度1433℃，间隔7分20秒浇注中间层，浇注温度1358℃，补加适量玻璃渣， 完成第一次外层和中间层的离心机上复合；离心机16分45秒停转，吊起与底箱和冒口合箱；芯部出铁温度1435℃，离心机停转到合箱完毕的过程间隔4分5 秒，浇注温度1365℃，完成第二次中间层和芯部浇注坑内的复合，自然冷却后开箱，得到低合金离心复合铸钢支承辊。按热处理工艺进行淬火和回火，热处理得到的轧辊工作层硬度60HSD，经轧制试验，轧辊整体使用寿命提高1-2倍。

实施例3：

按照支承辊材料的化学成分要求进行配料，将配比废钢和适量生铁放入中频电炉内熔炼，熔清后分析原钢水化学物质，按工艺再配入相应的合金原料，1562℃取样分析，得到的化学分析成份为：工作层：C0.9％，S0.015％，Si0.62％，Mn1.1，P0.028％，Ni0.8％，Cr2.0％，Mo0.55％,V0.25％,其余为废钢及杂质，中间层和芯部铁水也是在中频炉冶炼，1420℃取样分析，得到的化学分析成份为：C3.15％，S0.010％，Si2.80％，Mn0.80％，P0.040％，Ni0.30％，Cr0.18％，Mo0.07％，Re0.035％，Mg0.07％，其余为铁及杂质的铁水；

外层炉内温度1617℃时，加入0.08%的铝脱氧处理，钢水出钢温度1633℃, 包内加入0.5%变质剂，静止4分55秒，撒入集渣剂，多次扒渣，包内钢水温度1558℃时浇注，离心机电机转数控制在950 转/ 分钟，5.9Kg玻璃渣；中间层出铁温度1430℃，间隔8分13秒浇注中间层，浇注温度1362℃，补加适量玻璃渣, 完成第一次外层和中间层的离心机上复合；离心机14分5秒停转，吊起与底箱和冒口合箱；芯部出铁温度1431℃，离心机停转到合箱完毕的过程间隔4分45 秒，浇注温度1356℃，完成第二次中间层和芯部浇注坑内的复合，自然冷却后开箱，得到低合金离心复合铸钢支承辊。按热处理工艺进行淬火和回火，热处理得到的轧辊工作层硬度64HSD，经轧制试验，轧辊整体使用寿命提高1-2倍。

根据上述实施例，可制造辊身直径φ350mm-φ1200mm，辊身长度350mm-1200mm，全长1000mm-3500mm 的低合金离心复合铸钢支承辊。

以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (1)

1.一种低铬合金离心复合铸钢支承辊的制造方法，其特征在于，所述支承辊化学成分及质量百分比是：

外层：C 0.65～0.9，Si 0.30～0.60，Mn 0.60～1.2，P≤0.035，S≤0.030，Cr 1.50～3.0，Ni0.20～1.0，Mo 0.30～0.60，V0.25～0.60，其余为铁及杂质；

中间层和芯部：C2.95～3.4，Si2.0～3.0，Mn0.4～1.0，P≤0.05，S≤0.035，Re0.01～0.04，Mg0.03～0.08，Cr≤0.2，Ni≤0.5，Mo≤0.1，Cu≤0.1，其余为铁及杂质；

所述支承辊的制造方法按下述步骤进行：

（1）熔炼外层低铬合金钢水及浇注：外层低铬合金钢水在中频电炉中冶炼，使用低磷低硫优质废钢为主要原料，配料时再结合碳和硅加入适量生铁，根据成分要求加入合金炉料，当温度达到1560±5℃时取样进行化学分析，同时进行调整后的化学分析，当温度达到1620±5℃时进行炉内脱氧处理，1630±5℃时出钢，出钢前将铁水包烤到大于700℃，包内加入0.3-0.5%的铸钢变质剂进行变质处理，包内镇静4-5分钟，充分扒渣后，温度达到1560±5℃时，在卧式离心机上浇注；浇注前根据离心机拖轮直径及轧辊辊模直径计算出离心机电机转速，控制在800-950 转/ 分钟，外层浇注完毕后按4kg/m² 加入保护渣,保护内表面钢水，防止氧化；

（2）中间层和外层的离心复合：在离心机上完成中间层和外层的离心复合，中间层球墨铸铁铁水和芯部铁水在中频炉中冶炼，采用低铬低钼低硫原料冶炼，出铁温度1430±5℃，浇注温度1360±5℃，与外层的复合时间根据外层浇注厚度控制在5-15分钟；

（3）芯部和中间层的复合：合箱后完成芯部和中间层的复合，中间层温度达到1070-1150℃时，离心机停转，间隔小于5分钟后，在浇注坑内填入芯部铁水，出铁温度1430±5℃，浇注温度1360±5℃，自然冷却小于150℃时开箱，得到一种低合金离心复合铸钢支承辊毛坯轧辊；

（4）淬火：高温电阻炉对粗加工支承辊进行奥氏体加热，加热10-15 小时，温度达到350℃后保温4-6 小时；再加热10-15 小时，温度达到700℃ 后保温4-6 小时；继续升温到880-920℃，保温8-10小时后，出炉进行喷淬，600℃后风冷；

（5）回火：淬火后，装炉加热，460-500℃保温6-8 小时，然后炉冷，当温度≤ 150℃出炉空冷，得到金相组织为贝氏体+粒状碳化物的低合金离心复合铸钢支承辊。