CN105127201B - 一种加v型icdp轧辊及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加V型ICDP轧辊及其生产工艺，其工作层材质为加V型高镍铬无限冷硬铸铁，芯部材质为过高强度合金球墨铸铁；所述工作层材质成分的质量百分含量为：C 3.0～3.4%，Si 0.6～1.2%，Mn 0.4～1.0%，P≤0.08%，S≤0.03%，Ni 4.0～4.5%，Cr 1.6～2.0%，Mo 0.2～0.6%，V 0.7～0.8%，其余为铁和不可避免的杂质元素。本ICDP轧辊与现有V、Nb共同强化的改进型ICDP轧辊不同之处在于，仅加V元素进行强化；由显微硬度检测可以测出VC、VN的硬度要高于NbC、NbN及Nb、V的混合碳化物，即相对于现有的加V、Nb型ICDP轧辊具有更高的耐磨性和硬度，保证了精轧前后架次的匹配。本ICDP轧辊经过轧钢企业实践使用，使用效果优异，轧辊耐磨性、抗事故能力较普通轧辊明显提高。

Description

一种加V型ICDP轧辊及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种复合轧辊，尤其是一种加V型ICDP轧辊及其生产工艺。

背景技术

在过去的几十年里，随着轧钢技术不断的发展和对产品质量要求的不断提高，轧机用辊的性能要求也不断提高。轧辊性能主要体现在高的耐磨性，更长的轧制寿命和更高的安全性。高速钢(HSS)轧辊以其高耐磨性，抗表面粗糙性，强韧性方面的良好性能逐渐取代热连轧精轧前架的高铬复合铸铁轧辊，而且，使用高速钢轧制带材的表面质量比高铬铸铁轧辊轧制的好。高速钢轧辊良好的表面质量足以延长轧辊的使用周期，在精轧后架没有哪种材质的工作辊能够达到同高速钢轧辊一样的使用周期(甚至达不到高速钢轧辊使用周期的1/5)。精轧后架上使用的传统的镍铬钼轧辊的低耐磨性变成了制约整个轧制生产线生产效率的瓶颈。

所以要求改进原来与高铬铸铁轧辊匹配的精轧后架普通型高镍铬铸铁轧辊的耐磨性和提高其轧制吨位。于是，世界上发达国家首先研制成功了改进型高镍铬铸铁轧辊，逐步取代传统的镍铬钼轧辊占领热连轧机精轧后架。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高耐磨性的加V型ICDP轧辊；本发明还提供了一种加V型ICDP轧辊的生产工艺。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其工作层材质为加V型高镍铬无限冷硬铸铁，芯部材质为过高强度合金球墨铸铁。

本发明所述工作层材质成分的质量百分含量为：C 3.0～3.4%，Si 0.6～1.2%，Mn0.4～1.0%，P≤0.08%，S≤0.03%，Ni 4.0～4.5%，Cr 1.6～2.0%，Mo 0.2～0.6%，V 0.7～0.8%，其余为铁和不可避免的杂质元素。

优选的，所述工作层材质成分的质量百分含量为：C 3.3%～3.4%、Si 1.0%～1.1%、Mn 0.75%～0.85%、P≤0.08%、S≤0.03%、Ni 4.25%～4.35%、Cr 1.7%～1.8%、Mo 0.55%～0.60%、V 0.7%～0.8%，其余为铁和不可避免的杂质。

本发明所述芯部材质成分的质量百分含量为：C 3.0～3.5%，Si 1.6～2.2%，Mn0.3～0.8%，Ni 0.2～0.8%，Cr≤0.2%，Mg≥0.04%，P≤0.1%，S≤0.035%，其余为铁和不可避免的杂质元素。

本发明工艺为：其工作层包括熔炼过程和浇注过程；所述工作层材质熔炼出铁前10～15分钟在炉内按铁水中V的含量加入钒铁，出铁前5～7分钟加入氮化铬铁3～6Kg/t。

本发明工艺所述工作层出铁前，在包底加入75#硅铁合金0.4～0.8Kg/t，锰铁合金0.5～1.5Kg/t，1#稀土0～0.8Kg/t，硅锆合金0.5～1.5Kg/t。

本发明工艺所述工作层浇注过程中，浇注间隔时间≤5分钟。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明与现有V、Nb共同强化的改进型ICDP轧辊不同之处在于，工作层仅加V元素进行强化；由显微硬度检测可以测出VC、VN的硬度要高于NbC、NbN及Nb、V的混合碳化物，即相对于现有的加V、Nb型ICDP轧辊具有更高的耐磨性和硬度，保证了精轧前后架次的匹配。本发明经过轧钢企业实践使用，使用效果优异，轧辊耐磨性、抗事故能力较普通轧辊明显提高。

本发明工艺保证了加V型ICDP轧辊的生产成功。钒是铁素体强化元素之一，它和钢中的碳、氮都有极强的亲和力，与之形成相应的极为稳定的碳化物。这些化合物微粒均匀分布干组织中，并在结晶过程中作为新相的外来异质核心，明显抑制晶粒张大和铬碳化物晶界的移动，从而细化铸件组织，改善碳化物分布，提高轧辊耐磨性，解决热轧板带轧辊精轧后架与精轧前架的生产效率的匹配问题。本发明工艺提高了轧辊耐磨性，解决热轧板带轧辊精轧后架与精轧前架（高速钢轧辊）的生产效率的匹配问题；通过合理的成份设计，钢水变质处理、热处理等手段，轧辊的耐磨性，热稳定性显著提高，平均过钢比现有改进型ICDP轧辊过钢量提高15-20%；所得轧辊使用安全、可靠，推广应用具有显著的经济和社会效益。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的工艺流程图；

图2是本发明砂型、冷型烘烤的工艺图；

图3是本发明热处理工艺图。

具体实施方式

本加V型ICDP轧辊的生产工艺的流程如图1所示；采用离心复合浇注的铸造方式，即在离心机上把轧辊工作层浇注成型（工作层采用加V型高镍铬无限冷硬铸铁），然后把工作层冷型与辊颈砂箱合箱，再将芯部铁水在静态下浇注成加V型ICDP轧辊（芯部采用过高强度合金球墨铸铁），铸坯经过二次回火热处理后，最终得到基体组织为变态莱氏体+团絮状石墨+点状石墨+贝氏体+马氏体+少量残余奥氏体+弥散分布的耐磨粒子（VC、VN）的加V型ICDP轧辊。

A、成分设计：工作层为加V型高镍铬无限冷硬铸铁材质，按重量百分比计其成分为：C 3.0～3.4%，Si 0.6～1.2%，Mn 0.4～1.0%，P≤0.08%，S≤0.03%，Ni 4.0～4.5%，Cr1.6～2.0%，Mo 0.2～0.6%，V 0.7～0.8%，其余为铁和不可避免的杂质元素。优选为：C 3.3%～3.4%、Si 1.0%～1.1%、Mn 0.75%～0.85%、P≤0.08%、S≤0.03%、Ni 4.25%～4.35%、Cr1.7%～1.8%、Mo 0.55%～0.60%、V 0.7%～0.8%，其余为铁和不可避免的杂质。

本加V型ICDP轧辊中V的加入，形成VC、VN等耐磨粒子，保持原有的力学性能和物理性能，使耐磨粒子（VC、VN等）在轧辊基体中均匀分布，从而提高其耐磨性。

芯部合金球墨铸铁材质按重量百分比计，其成分为：C 3.0～3.5%，Si 1.6～2.2%，Mn 0.3～0.8%，Ni 0.2～0.8%，Cr≤0.2%，Mg≥0.04%，P≤0.1%，S≤0.035%，其余为铁和不可避免的杂质元素。芯部成份设计有意增加了Ni的含量，有利于提高轧辊辊颈的强度。

B、炉前钢、铁水处理方式：

工作层高镍铬无限冷硬材质：出铁前10～15分钟在炉内按铁水中V的含量加入钒铁，钒铁粒度为20～40mm，出铁前5～7分钟加入氮化铬铁3～6Kg/t，其作用是保证V元素的全部吸收，过早易氧化，过晚不易熔化，氮化铬铁的加入保证V形成VN、VC等耐磨粒子；出铁前，在包底加入75#硅铁合金0.4～0.8Kg/t，锰铁合金0.5～1.5Kg/t，1#稀土0～0.8Kg/t，硅锆合金0.5～1.5Kg/t，其作用是对高镍铬无限冷硬铁水进行复合变质处理，改变石墨形态、改善碳化物的形态和分布，提高轧辊的抗热裂性能。

C、辊颈砂箱造型：

造型材料选用及配比：82wt%的6～20目的河砂、6wt%的钠基膨润土、12wt%的铸造粘土；

造型涂料选用及配比：45wt%的100目鳞片石墨、45wt%的200目鳞片石墨、10wt%的铸造粘土；

砂箱烘烤：采用燃气式干燥窑对砂型和冷型进行烘干，烘烤工艺如图2所示。

D、冷型涂料的喷涂：

涂料选用及配比：石英粉干料、6%（占石英粉干料重量）的钠基膨润土、3%（占石英粉干料重量）的磷酸二氢铝、若干水。

涂料的喷涂：冷型涂料喷涂温度控制240～260℃，冷型烘烤工艺见图2，离心机转速320r/min，涂料层厚度2.5～3.0mm。

E、熔炼：按A中所阐述轧辊各层要求的材质成份进行熔炼。

F、离心浇注：

离心浇注时冷型温度要求：120～150℃，离心机转速按公式1来计算，工作层钢水浇注温度：液相线+100℃±5，工作层钢水浇注完成后，立即向冷型内腔按7Kg/m²加入“O”型玻璃渣，防止氧化。

n=29.9 （1）

式中：n－冷型转速（r/min）；

R－铸件内半径（m）；

G——重力系数（一般取60-70）。

停机控制：通过对外层铁水凝固曲线的分析，在1124℃恒温下发生共晶转变，即Lc=γE+Fe3C，形成莱氏体。金属液完全凝固，此时为离心机停转的最佳时机，因此，当工作层内自由表面温度达到1080～1120℃之间时，停止离心机旋转，以获得良好的结合层质量。所述工作层浇注过程中，浇注间隔时间≤5分钟。

G、合箱：离心机停转，将冷型与底箱和冒口组合，合箱时间控制在3min以内；防止时间太长，工作层温度太低造成结合不良。

H、填芯浇注：合箱后，开始浇注轧辊芯部铁水，铁水浇注温度为1360～1380℃，在浇注过程中，随流加入1～3mm永新孕育剂1.0Kg/t、硅锆合金0.5Kg/t进行孕育处理，细化晶粒，提高辊颈强度。

I、开箱：当冷型外表面温度降到100℃以下时，可以开箱；利用天车，分别将轧辊底箱、冒口和冷型去除，并清理轧辊表面型砂。

J、热处理：加V型ICDP轧辊热处理工艺采用两次去应力退火，如图3所示；目的是改善或消除轧辊在铸造过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力，防止轧辊在使用过程中出现变形、开裂现象。

K、加工：热处理完成后，按照粗车、精车图纸对轧辊进行加工，经检验合格后入库。

实施例：本加V型ICDP轧辊的生产工艺的具体过程如下所述。

（1）为某钢厂热板线生产9支规格为Φ700×1880加V型ICDP轧辊。分别采用3T、10T中频感应电炉熔炼加V型ICDP轧辊工作层和轧辊芯部铁水。

按照本工艺生的产9支加V型ICDP轧辊工作层化学成份，如表1所示。

表1：各实施例轧辊工作层化学成份（wt%）

表1中，余量为铁和不可避免的杂质元素。

按照本工艺生的产9支加V型ICDP轧辊工作层化学成份，如表2所示。

表2：各实施例轧辊芯部化学成份（wt%）

表2中，余量为铁和不可避免的杂质元素。

（2）根据铁水量，出铁前10～15分钟在炉内加入钒铁，钒铁粒度为20～40mm，出铁前5～7分钟加入氮化铬铁3～6Kg/t，保证V元素的全部吸收；出铁前，在包底加入75#硅铁合金0.4～0.8Kg/t，锰铁合金0.5～1.5Kg/t，1#稀土0～0.8Kg/t，硅锆合金0.5～1.5Kg/t，对工作层铁水水进行复合变质处理；各实施例具体的加入量见表3。

表3：出铁前各原料加入量（kg/t）

（3）用热电偶检测包内铁水温度，当包内钢水温度达到液相线±5℃时,开始工作层浇注。浇注时离心机转速为850转/分种，浇注时冷型温度控制为120～140℃，工作层浇注的铁水量为3200Kg。工作层实际液相线温度1220～1230℃；工作层实际浇注温度1220～1230℃；离心机停转温度为1080～1110℃。

在离心机停转前5分钟，开始出芯部铁水，包内加入依次加入永新孕育剂5Kg/t，永新球化剂18Kg/t，芯部出水量为7500Kg。芯部铁水经过孕育、球化处理，检测包内温度为1360～1380℃时，开始浇注轧辊芯部铁水，浇注过程中，随流加入1～3mm永新孕育剂1.0Kg/t；硅锆合金0.5Kg/t进行孕育处理；浇注完成后，冒口加入6Kg保温剂。铸型开箱时表面温度85～95℃。开箱完成后，毛坯辊进行热处理，热处理工艺为两段退火，退火温度为400℃。

（4）热处理完成后，轧辊进行加工（粗加工、精加工），检验入库。经检测，各实施例所得加V型ICDP轧辊的性能如表4所示。

表4：各实施例所得轧辊的性能

由表4可知，所得加V型ICDP轧辊的硬度高、耐磨性好、抗轧辊事故能力强，轧辊过钢量在2900T/mm以上，在实际使用中具有良好的经济效益。

Claims (5)

1.一种加V型ICDP轧辊，其特征在于，其工作层材质为加V型高镍铬无限冷硬铸铁，芯部材质为过高强度合金球墨铸铁；所述工作层材质成分的质量百分含量为：C 3.0～3.4%，Si0.6～1.2%，Mn 0.4～1.0%，P≤0.08%，S≤0.03%，Ni 4.0～4.5%，Cr 1.6～2.0%，Mo 0.2～0.6%，V 0.7～0.8%，其余为铁和不可避免的杂质元素；

所述工作层由下述方法制备：材质熔炼出铁前10～15分钟在炉内按铁水中V的含量加入钒铁，出铁前5～7分钟加入氮化铬铁3～6Kg/t；所述工作层出铁前，在包底加入75#硅铁合金0.4～0.8Kg/t，锰铁合金0.5～1.5Kg/t，1#稀土0～0.8Kg/t，硅锆合金0.5～1.5Kg/t。

2.根据权利要求1所述的一种加V型ICDP轧辊，其特征在于，所述工作层材质成分的质量百分含量为：C 3.3%～3.4%、Si 1.0%～1.1%、Mn 0.75%～0.85%、P≤0.08%、S≤0.03%、Ni4.25%～4.35%、Cr 1.7%～1.8%、Mo 0.55%～0.60%、V 0.7%～0.8%，其余为铁和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1或2所述的一种加V型ICDP轧辊，其特征在于，所述芯部材质成分的质量百分含量为：C 3.0～3.5%，Si 1.6～2.2%，Mn 0.3～0.8%，Ni 0.2～0.8%，Cr≤0.2%，Mg≥0.04%，P≤0.1%，S≤0.035%，其余为铁和不可避免的杂质元素。

4.一种权利要求1、2或3任意一种加V型ICDP轧辊的生产工艺，其特征在于：其工作层包括熔炼过程和浇注过程；所述工作层材质熔炼出铁前10～15分钟在炉内按铁水中V的含量加入钒铁，出铁前5～7分钟加入氮化铬铁3～6Kg/t；所述工作层出铁前，在包底加入75#硅铁合金0.4～0.8Kg/t，锰铁合金0.5～1.5Kg/t，1#稀土0～0.8Kg/t，硅锆合金0.5～1.5Kg/t。

5.根据权利要求4所述的一种加V型ICDP轧辊的生产工艺，其特征在于：所述工作层浇注过程中，浇注间隔时间≤5分钟。