CN105543655A

CN105543655A - 万能型钢高铬合金离心辊环及其制造方法

Info

Publication number: CN105543655A
Application number: CN201510979375.1A
Authority: CN
Inventors: 刘娣; 彭书平
Original assignee: Sinosteel Xingtai Machinery and Mill Roll Co Ltd
Current assignee: Sinosteel Xingtai Machinery and Mill Roll Co Ltd
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2035-12-24
Also published as: CN105543655B

Abstract

本发明公开了一种万能型钢高铬合金离心辊环及其制造方法，属于轧辊制造技术领域。工作层的合金成分及各合金成分的重量百分含量为：C1.70～2.10%，Si0.40～1.00%，Mn0.70～1.20%，P≤0.03%，S≤0.03%，Cr10～20%，Mo0.50～1.50%，Ni0.20～1.30%，V≤0.2%，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明设计了万能型钢轧机用高铬合金辊环的化学成分、制造方法、热处理工艺，提升了万能型钢轧机辊环的耐磨性和使用性能，尤其用于万能型钢轨梁轧线立辊辊环，上机实轧效果良好。

Description

万能型钢高铬合金离心辊环及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种辊环及其制造方法，具体涉及一种万能型钢轧机高铬合金离心立辊辊环及其制造方法。

背景技术

轧制技术的发展提高了轧制产品的质量，减少了消耗，同时对轧辊的质量提出了较高要求。用于轧制型钢产品的万能型钢轧机用轧辊就是其中一种，随着轧钢生产工艺和设备迅速发展，轧辊性能好坏直接影响轧材的表面质量和轧材成本，在轧钢生产中占有重要地位，因此对轧辊材质和生产工艺的研究，已成为冶金轧辊生产厂家共同关注的问题。

万能型钢立辊辊环一般采用高碳半钢材质制作。高碳半钢材质的立辊辊环用于轧制轨类产品时，耐磨性略差，下机辊面有些粗糙，轧材的表面质量略差；由于型钢厂对轧辊材料提出了更高要求，针对万能轨梁轧线辊环产品，为了进一步提高辊环的轧制周期，提高工作层耐磨性，同时也必须保证辊环的安全性，特进行了万能型钢高铬合金离心辊环及其制造方法的研制。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种万能型钢高铬合金离心辊环及其制造方法，以提升立辊辊环的耐磨性和综合使用性能，使辊环具有高的耐磨性，抗热裂性，并在辊环使用过程中轧制周期满足用户要求，下机辊环表面光滑，磨削量低，提升轧材的表面质量。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种万能型钢高铬合金离心辊环，工作层的合金成分及各合金成分的重量百分含量为：C1.70～2.10%，Si0.40～1.00%，Mn0.70～1.20%，P≤0.03%，S≤0.03%，Cr10～20%，Mo0.50～1.50%，Ni0.20～1.30%，V≤0.2%，其余为Fe和不可避免的杂质；

芯部的合金成分及各合金成分的重量百分含量为：C0.5～1.5%，Si1.0～2.0%，Mn0.3～1.0%，P≤0.08%，S≤0.03%，Cr≤0.5%，Ni≤0.5%，Mo≤0.15%，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明技术方案的进一步改进在于：工作层的合金成分及各合金成分的重量百分含量为：C1.90～2.0%，Si0.60～0.9%，Mn0.80～1.10%，P≤0.03%，S≤0.03%，Cr13～19%，Mo0.80～1.40%，Ni0.60～1.20%，V≤0.2%，其余为Fe和不可避免的杂质；

芯部的合金成分及各合金成分的重量百分含量为：C0.7～1.2%，Si1.3～1.9%，Mn0.5～0.8%，P≤0.08%，S≤0.03%，Cr≤0.5%，Ni≤0.5%，Mo≤0.15%，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明技术方案的进一步改进在于：工作层和芯部的厚度比为1/3～1/2。

一种万能型钢高铬合金离心辊环的制造方法，包括如下步骤：

A、冶炼：在中频炉内分别熔炼工作层原材料和芯部原材料，熔炼温度均为1500～1650℃，得到工作层材料钢液和芯部材料钢液；

B、变质处理：对步骤A得到的工作层材料钢液和芯部材料钢液进行变质处理；

C、离心浇注：首先将铸型装入离心机内，开启离心机，离心机的转速为350rpm～450rpm，将工作层材料钢液浇注到高速旋转的铸型内，工作层材料钢液的浇注温度为1350～1600℃，控制工作层材料钢液凝固厚度达到使用层厚度和余量要求后，将芯部材料钢液浇注到高速旋转的铸型内，芯部材料钢液的浇注温度为1400～1500℃；

D、热处理：将检测合格的辊坯进行去应力退火，退火温度700～880℃，退火时间120～200h，保温结束后随炉冷却，然后机械加工需要的尺寸及精度；机械加工后进行正火处理，正火温度1000～1060℃，正火完成后以风冷+空冷的冷却方式冷却到400℃，然后进行回火处理，回火温度480～560℃，回火完成后空冷至室温；

回火完成后，按所需尺寸对辊坯进行精加工，制成辊环，进行超声波检测、硬度测试和金相组织检验。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤B所使用的变质剂为稀土和硅钡，添加量为0.2～0.6%。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤C中，芯部材料钢液的浇注分为两步骤：测温至1450～1500℃浇注1/4～1/3的芯部材料钢液，测温至1400～1450℃浇注剩余芯部材料钢液。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤D中，所用的回火处理为两次以上。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤D中热处理后的辊环的金相组织包括马氏体基体、面积率为8～15%的碳化物。

本发明技术方案的进一步改进在于：热处理后的辊环的工作层硬度为70～80HSD，硬度均匀性≤4HSD。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：本发明通过生产工艺的改进，成功研发了适用于型钢万能轧机高铬合金材质的离心辊环及其制造方法。该辊环材质具备高合金特性，合金分布均匀，有效提升了辊环工作层的性能指标；通过设定合理的辊环热处理工艺，满足了辊环新材质设计的组织性能要求，使辊环的耐磨性大大提高。

本发明中工作层设计了高铬合金材质，铬合金含量提高到10%以上，合金含量的提高保证了工作层高的耐磨性，并且通过C、Mn、Cr、Mo、V等合金元素合理匹配，保证了基体碳化物含量以及基体组织马氏体，在耐磨性提高的同时辊环的抗热裂性得以提升。本发明产品采用离心铸造方式生产，不仅提高了耐磨性，同时也提高了抗热裂性能，实轧效果优良。

本发明的高铬合金复合辊环，工作层和芯部成分差距很大，两种成分的冶金结合较困难，既要防止工作层高铬合金钢液氧化，又要控制芯部石墨钢钢液浇入量、浇注温度，以保证良好的组织形态，因此采用二次热处理工艺，获得了理想的组织性能。

由于高铬合金辊环含有较高的Cr和C，属于莱氏体钢成分，在凝固过程中易形成粗大网状结构碳化物，高铬铸态组织主要由粗大网状原始共晶碳化物和奥氏体基体组成。为满足设计时的技术性能要求，热处理工艺制定起着关键作用。第一段热处理：球化退火，改善高铬合金显微组织中原始碳化物的形态、大小和分布。球化处理一方面使溶入钢中的合金元素增多，在淬火回火后能够产生足够的二次硬化效应，同时基体得到充分强化使部分合金碳化物分解和合金元素均匀化，减小成分偏析。

第二段热处理：正火+多次回火，消除残余奥氏体，消除应力，得到理想的组织和硬度。

附图说明

图1是本发明的万能型钢高铬合金离心辊环放大100倍的工作层的金相组织照片；

其中，白色的为碳化物，碳化物所占面积率为8～15%，黑色的为马氏体+残留奥氏体。

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

如图1所示，一种用于万能型钢轧机高铬合金材质离心辊环，规格为￠980/476×342，工作层使用70～80mm（半径），硬度要求为HSD70～80。工作层的合金成分及各合金成分的重量百分含量为：C1.90%，Si0.70%，Mn0.90%，P≤0.03%，S≤0.03%，Cr15%，Mo1.0%，Ni0.8%，V0.2%，其余为Fe和不可避免的杂质；

芯部的合金成分及各合金成分的重量百分含量为：C：1.1%，Si1.5%，Mn：0.7%，P≤0.08%，S≤0.03%，Cr0.4，Ni0.35，Mo0.15，其余为Fe和不可避免的杂质。

工作层厚度为90mm，芯部厚度为180mm。

万能型钢高铬合金离心辊环的制造方法，包括如下步骤：

A、冶炼：在中频炉内分别熔炼工作层原材料和芯部原材料，熔炼温度均为1550℃，得到工作层材料钢液和芯部材料钢液；

B、变质处理：对步骤A得到的工作层材料钢液和芯部材料钢液进行变质处理，变质剂为稀土和硅钡，添加量为0.4%。变质处理用以增加材料硬质点及改善碳化物质点形态。减少夹杂，净化钢液，细化晶粒，稳定合金元素。

C、离心浇注：首先将铸型装入离心机内，开启离心机，离心机的转速为400rpm，离心重力倍数为100G。将工作层材料钢液浇注到高速旋转的铸型内，工作层材料钢液的浇注温度为1410℃，控制工作层材料钢液凝固厚度达到使用层厚度和余量后，将芯部材料钢液浇注到高速旋转的铸型内，芯部材料钢液的浇注温度为1400～1500℃，其中芯部材料钢液的浇注分为两步骤：测温至1450℃浇注1/4的芯部材料钢液，测温至1430℃浇注剩余芯部材料钢液，使芯部材料钢液和工作层未完全凝固钢液混合结合；

D、热处理：将检测合格的辊坯进行去应力退火，退火温度780℃，退火时间160h，保温结束后随炉冷却，然后机械加工需要的尺寸及精度；机械加工后进行正火处理，正火温度1030℃，正火完成后以风冷+空冷的冷却方式冷却到400℃，然后进行两次回火处理，回火温度均为520℃，两次回火完成后空冷至室温；

回火完成后，按所需尺寸对辊坯进行精加工，制成辊环，进行超声波检测、硬度测试和金相组织检验。经热处理后辊环实际硬度：74～75HSD，硬度均匀性≤4HSD，组织为马氏体、残奥+14%的碳化物。

实施例2

本实施例与实施例1的区别为：辊环规格为￠760/456×285，工作层使用77～87mm（半径），硬度要求为HSD70～80。

工作层的合金成分以及各合金的重量百分含量为：C1.90%，Si0.80%，Mn1.0%，P≤0.03%；S≤0.03%，Cr18%，Mo1.20%，Ni0.90%，V0.20%，其余为Fe和不可避免的杂质；

内层成分为C1.2%，Si1.7%，Mn0.7%，P≤0.08%，S≤0.03%，Cr0.5%，Ni0.45%，Mo0.1%，其余为Fe和不可避免的杂质。

设计工作层厚度为97mm，芯部厚度为260mm。工作层钢液温度达到1390℃时浇注，工作层凝固厚度达到工艺要求时（使用层厚度+余量），浇入芯部钢液，使芯部钢液和工作层未完全凝固钢液混合，保证结合层质量。测温至1455℃浇注1/3的芯部钢液，等待一定时间测温至1425℃浇注芯部剩余钢液。

辊环开箱后，第一次采用780℃退火处理，第二次采用1030℃正火＋520℃回火热处理工艺，经热处理后轧辊硬度为70～80HSD。辊环实际硬度：75～76HSD，组织为马氏体、残奥+8%碳化物。

实施例3

本实施例与实施例1的区别为：辊环规格为￠880/466×320，工作层使用74～83mm（半径），硬度要求为HSD70～80。

工作层的合金成分以及各合金的重量百分含量为：C2.0%，Si0.65%，Mn0.85%，P≤0.03%；S≤0.03%，Cr13.5%，Mo0.850%，Ni0.70%，V0.15%，其余为Fe和不可避免的杂质；

内层成分为C0.89%，Si1.45%，Mn0.55%，P≤0.08%，S≤0.03%，Cr0.45%，Ni0.25%，Mo0.1%，其余为Fe和不可避免的杂质。

设计工作层厚度为110mm，芯部厚度为300mm。工作层钢液温度达到1550℃时浇注，工作层凝固厚度达到工艺要求时（使用层厚度+余量），浇入芯部钢液，使芯部钢液和工作层未完全凝固钢液混合，保证结合层质量。测温至1485℃浇注2/5芯部钢液，等待一定时间测温至1440℃浇注芯部剩余钢液。

辊环开箱后，第一次采用860℃退火处理，第二次采用1010℃正火＋550℃回火热处理工艺，回火处理为三次。经热处理后轧辊硬度为70～80HSD。辊环实际硬度：77～79HSD，组织为马氏体、残奥+12%碳化物。

Claims

1.一种万能型钢高铬合金离心辊环，其特征在于：工作层的合金成分及各合金成分的重量百分含量为：C1.70～2.10%，Si0.40～1.00%，Mn0.70～1.20%，P≤0.03%，S≤0.03%，Cr10～20%，Mo0.50～1.50%，Ni0.20～1.30%，V≤0.2%，其余为Fe和不可避免的杂质；

2.根据权利要求1所述的万能型钢高铬合金离心辊环，其特征在于：工作层的合金成分及各合金成分的重量百分含量为：C1.90～2.0%，Si0.60～0.9%，Mn0.80～1.10%，P≤0.03%，S≤0.03%，Cr13～19%，Mo0.80～1.40%，Ni0.60～1.20%，V≤0.2%，其余为Fe和不可避免的杂质；

3.根据权利要求1所述的万能型钢高铬合金离心辊环，其特征在于：工作层和芯部的厚度比为1/3～1/2。

4.一种万能型钢高铬合金离心辊环的制造方法，其特征在于包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的万能型钢高铬合金离心辊环的制造方法，其特征在于：步骤B所使用的变质剂为稀土和硅钡，添加量为0.2～0.6%。

6.根据权利要求4所述的万能型钢高铬合金离心辊环的制造方法，其特征在于：步骤C中，芯部材料钢液的浇注分为两步骤：测温至1450～1500℃浇注1/4～1/3芯部材料钢液，测温至1400～1450℃浇注剩余芯部材料钢液。

7.根据权利要求4所述的万能型钢高铬合金离心辊环的制造方法，其特征在于：步骤D中，所用的回火处理为两次以上。

8.根据权利要求4所述的万能型钢高铬合金离心辊环的制造方法，其特征在于：步骤D中热处理后的辊环的金相组织包括马氏体基体、面积率为8～15%的碳化物。

9.根据权利要求4所述的万能型钢高铬合金离心辊环的制造方法，其特征在于：热处理后的辊环的工作层硬度为70～80HSD，硬度均匀性≤4HSD。