CN105568136A - 中板高铬钢轧辊及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中板高铬钢轧辊及其制造方法，应用于大型中厚板轧制行业，外层化学成分及各成分的重量百分含量为碳1～2％，硅0.4～1.2％，锰0.5～1.2％，磷≤0.1％，硫≤0.05％，铬12～15％，镍0.2～2％，钼0.5～2％，钒0.2～1.5％，其余为铁；工艺步骤为：首先熔炼外层钢水、芯部铁水，进行炉内脱氧，再将外层钢水进行变质处理，然后浇注到铸型内，待外层钢水凝固后，离心机停转进行合箱，浇注芯部铁水，铸件开箱后，进行预备热处理和最终热处理。本发明满足轧制高强钢中板需要的高强度、高耐磨性及抗热裂性需求，解决轧辊使用中不耐磨、热裂、压痕、轧制卡钢和打滑现象。

Description

中板高铬钢轧辊及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种轧辊及其制造方法，具体涉及一种适用于中厚板轧制行业，特别是大型中厚板轧制行业轧机用新型高合金材质的高耐磨、高强度的新型工作辊及其制造方法。
背景技术
中厚板轧机工作辊，尤其是大型中厚板轧机工作辊，必须保证板面质量，因此工作辊的选用应考虑热裂、磨损、压痕和打滑等问题，目前钢厂通常选用无限冷硬铸铁轧辊和铸钢轧辊进行中厚板轧制。
中国专利公开了一种高等级高强中厚板轧制用工作辊及其制造方法(专利号CN201010290783)，属无限冷硬铸铁轧辊范畴，辊身组织中存在石墨，可满足一定的高强钢中厚板轧制所需的高耐磨性和辊型保持能力。
中国专利公开了一种用于轧制中厚板的工具钢轧辊及其制造方法(专利号CN201310392655)，属铸钢轧辊范畴，其通过热处理淬火高温处理，保证辊身外层高的高温机械性能及高的基体显微硬度，具有一定的耐磨性和抗热裂性，解决传统中板工作辊使用中耐磨性不够、表面质量差、易热裂的问题。
但是无限冷硬铸铁轧辊和铸钢轧辊由于自身材质和加工工艺的限制，在轧辊使用过程中存在磨损严重、热裂、压痕、轧制卡钢和打滑等现象，在轧辊适应性方面存在不少的问题。
随着我国钢铁企业的迅猛发展和竞争的日益激烈，对钢铁产品的质量要求越来越高。因此结合当前的市场需求及生产的实际状况，需开发出一种新型中厚板轧机工作辊用辊。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种中板高铬钢轧辊及其制造方法，具有优良的耐磨损性能、抗冷热裂疲劳性能，成功地解决了热疲劳裂纹严重、压痕、轧制卡钢、打滑、磨损严重、掉块等问题，能够很好的满足轧制高强钢中板需要的高强度、高耐磨性及抗热裂性的需求。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种中板高铬钢轧辊，外层的化学成分及各成分的重量百分含量为C1.0～2.0％，Si0.40～1.20％，Mn0.50～1.20％，P≤0.10％，S≤0.05％，Cr12.0～15.0％，Ni0.2～2.0％，Mo0.5～2.0％，V0.2～1.5％，其余为Fe和不可避免的杂质；
芯部的化学成分及各成分的重量百分含量为C2.5～3.5％，Si1.5～3.0％，Mn0.40～1.20％，P≤0.10％，S≤0.05％，Cr≤1.0％，Ni0.2～1.20％，Mo≤0.5％，Mg≥0.04％，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：外层的化学成分及各成分的重量百分含量为C1.4～2.0％，Si0.80～1.20％，Mn0.80～1.20％，P≤0.05％，S≤0.03％，Cr13.5～15.0％，Ni1.0～2.0％，Mo1.5～2.0％，V0.8～1.3％，其余为Fe和不可避免的杂质；
芯部的化学成分及各成分的重量百分含量为C3.0～3.5％，Si2.0～3.0％，Mn0.80～1.20％，P≤0.03％，S≤0.03％，Cr≤0.6％，Ni0.2～0.50％，Mo≤0.3％，Mg≥0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质。
一种中板高铬钢轧辊的制造方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
A、熔炼：将外层钢水、芯部铁水分别在中频熔炼炉内熔炼，熔炼温度均为1450～1600℃，出炉前均进行炉内脱氧处理，脱氧反应温度均为1500～1650℃；
B、变质处理：将步骤A炉内脱氧处理后的外层钢水转移到钢包内并进行变质处理；
C、离心浇注：将步骤B变质处理后的外层钢水浇注到高速旋转的离心机铸型内，外层钢水的浇注温度为1400℃～1500℃，待外层钢水凝固后，离心机停止转动进行合箱，再将步骤A炉内脱氧处理的芯部铁水浇注到合并后的砂箱内，芯部铁水浇注温度为1360℃～1420℃；
D、预备热处理：铸件开箱后进行去应力退火，预备热处理采取去应力+球化退火，退火温度700～900℃，退火时间为80～100小时，退火结束后随炉冷却，然后机械加工需要的尺寸及精度；
E、最终热处理：采用差温淬火方法对轧辊表面进行热处理，淬火温度900～1200℃，淬火保温时间2～3小时，采用喷雾或者吹风冷却方式冷却；回火温度450～550℃，回火次数为2～3次，回火时间共计200～300小时。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤A中的炉内脱氧处理是指在中频熔炼炉内加入脱氧剂，脱氧剂为铝豆，铝豆添加量为0.5％～1％，铝豆粒度为5～10目。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤B中对外层钢水进行变质处理是通过添加稀土进行的，稀土添加量为0.2～0.6％，变质处理温度是1550～1650℃。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤C中，离心浇注时离心机转速为600～800转/分钟，离心浇注的离心重力倍数为60～100G。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤C中，浇注芯部时芯部铁水采用多孔浇注管注入型腔，控制芯部铁水流动状态。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤E中最终热处理后的轧辊表面硬度为70～82HS。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明的中板高铬钢轧辊采用离心方法复合铸造，外层通过对各种合金元素的合理配比，高温热处理控制轧辊最终组织、硬度和应力水平，具有优良的耐磨损性能、抗冷热裂疲劳性能，成功地解决了热疲劳裂纹严重、压痕、轧制卡钢、打滑、磨损严重、掉块等问题；芯部和辊颈采用球墨铸铁，具有良好的综合机械性能以提高轧辊抗事故能力，能够很好的满足轧制高强钢中板需要的高强度、高耐磨性及抗热裂性的需求。
本发明采用低碳高铬材质，由于大量铬合金元素的作用，外层组织中的碳化物形态已不是M3C型，而成为显微硬度高、耐磨性好、呈孤立块状分布的M73C型，经过特殊的热处理，具有良好的高温综合性能，阻碍了热裂纹的形成、扩展，成功解决了半钢材质耐磨性、抗热裂性、抗压痕能力方面均不足的缺点；与高铬铸铁轧辊相比，组织更加均匀稳定，碳化物含量虽然减少，但辊面硬度提高，使用过程中辊面氧化膜更加致密稳定，不易脱落，在使用性能方面，具有更好的耐磨性、抗热裂性，并降低了对轧辊冷却水的要求，无需特殊的水冷条件。
本发明中板高铬钢轧辊高耐磨性能的实现，主要是通过Cr、Ni、Mo、V等高合金成分合理匹配，提高V、Mo等特殊碳化物形成元素，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，提高了基体的耐磨性。另外由于高的合金成分，使用时可以在轧辊表面形成一层均匀耐磨性较高的氧化膜，起到高的耐磨性作用。
本发明改进的铸造、热处理工艺能够有效细化晶粒，提高基体显微硬度，进一步提高耐磨性，产品辊身硬度控制在70～82HS。
本发明的中板高铬钢轧辊其高的抗热裂性的实现，一方面通过铸造及热处理工艺细化晶粒，另一方面在成分中添加了Ni等具有强化基体作用的合金元素，可显著提高基体组织的强度，增强轧制时抵抗较高的变形抗力的能力。
本发明中芯部铁水不进行变质处理直接浇注，既达到了降低芯部对外层反蚀量，同时也起到了中间层的作用。
本发明浇注芯部铁水时采用多孔浇注管，多孔浇注管具备过滤、挡渣功能，能够阻挡铁水中的夹杂物，有效防止轧辊结合层夹渣事故的发生；同时，铁水在通过多孔注头时分股流出，与整体一股流出相比表面张力增大，使得铁水流向中间聚合，起到了很好的整流作用，铁水流在轧辊型腔内状态稳定，对外层的冲刷均匀，轧辊外层厚度均匀性小于10mm。
附图说明
图1、图2为本发明的新型中板高铬钢轧辊的外层金相组织照片。其中图1是放大100倍的金相组织照片，图2是放大500倍的金相组织照片，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
一种中板高铬钢轧辊，外层各合金成分及重量百分含量为C1.40％，Si0.6％，Mn1.0％，P≤0.03％，S≤0.03％，Cr12.50％，Ni0.6％，Mo1.3％，V0.5％；其余为Fe和不可避免的杂质；芯部的化学成分及重量百分数为C3.2％，Si2.3％，Mn0.45％，P0.03％，S0.03％，Cr0.30％，Ni0.2％，Mo0.3％，Mg0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质。
该轧辊的制造方法为：
A、熔炼：将外层钢水、芯部铁水在中频熔炼炉内分别熔炼，熔炼温度均为1550℃，出炉前均进行炉内脱氧处理，即在中频熔炼炉内加入铝豆做成的脱氧剂，铝豆添加量为0.6％，铝豆粒度为5～10目，脱氧反应温度也为1550℃。
B、变质处理：将步骤A炉内脱氧处理完成后的外层钢水出炉转移到钢包内并添加稀土进行变质处理，稀土添加量为0.2％，出炉温度和变质处理温度均是1550℃。本实施例中中板高铬钢材质熔炼及浇注工艺采用“高温出炉、低温浇注”方式，熔炼外层时钢水的出炉温度与浇注温度之差≥50℃，保证了熔炼阶段合金元素能够均匀分布，钢水经过充分静置并采用低温浇注，使得杂质充分上浮并降低了钢水的过热度提高凝固效率。
C、离心浇注：将步骤B变质处理后的外层钢水浇注到高速旋转的离心机铸型内，离心浇注时离心机转速为600转/分钟，离心浇注的离心重力倍数为60G，外层钢水浇注温度为1500℃，待外层钢水凝固后，离心机停止转动进行合箱，再将步骤A经过炉内脱氧处理后的芯部铁水浇注到合并后的砂箱内，芯部铁水浇注温度为1400℃，浇注芯部时采用多孔浇注管将芯部铁水注入型腔，控制芯部铁水流动状态。
D、预备热处理：铸件开箱后，进行预备热处理，预备热处理采取去应力+球化退火，退火热处理温度为800℃，退火时间为100小时，退火结束后随炉冷却，然后机械加工需要的尺寸及精度。
E、最终热处理：最终热处理采用差温淬火+回火，淬火温度1100℃，淬火保温时间3小时，采用喷雾或者吹风冷却方式冷却；回火次数为两次，两次回火温度分别为480℃、520℃，两次回火时间分别为110小时、140小时，两次回火时间共计250小时。
经上述处理后，轧辊外层硬度为77～80HS，金相组织如图1和图2所示。
实施例2～实施例7
实施例2～7的各实施例中的中板高铬钢轧辊铸造方法与实施例1相同，各实施例的成分含量及热处理方法、性能等如下表所示。

Claims (8)

1.一种中板高铬钢轧辊，其特征在于：外层的化学成分及各成分的重量百分含量为C1.0～2.0％，Si0.40～1.20％，Mn0.50～1.20％，P≤0.10％，S≤0.05％，Cr12.0～15.0％，Ni0.2～2.0％，Mo0.5～2.0％，V0.2～1.5％，其余为Fe和不可避免的杂质；
芯部的化学成分及各成分的重量百分含量为C2.5～3.5％，Si1.5～3.0％，Mn0.40～1.20％，P≤0.10％，S≤0.05％，Cr≤1.0％，Ni0.2～1.20％，Mo≤0.5％，Mg≥0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的中板高铬钢轧辊，其特征在于：外层的化学成分及各成分的重量百分含量为C1.4～2.0％，Si0.80～1.20％，Mn0.80～1.20％，P≤0.05％，S≤0.03％，Cr13.5～15.0％，Ni1.0～2.0％，Mo1.5～2.0％，V0.8～1.3％，其余为Fe和不可避免的杂质；
芯部的化学成分及各成分的重量百分含量为C3.0～3.5％，Si2.0～3.0％，Mn0.80～1.20％，P≤0.03％，S≤0.03％，Cr≤0.6％，Ni0.2～0.50％，Mo≤0.3％，Mg≥0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.一种中板高铬钢轧辊的制造方法，其特征在于包括以下工艺步骤：
A、熔炼：将外层钢水、芯部铁水分别在中频熔炼炉内熔炼，熔炼温度均为1450～1600℃，出炉前均进行炉内脱氧处理，脱氧反应温度均为1500～1650℃；
B、变质处理：将步骤A炉内脱氧处理后的外层钢水转移到钢包内并进行变质处理；
C、离心浇注：将步骤B变质处理后的外层钢水浇注到高速旋转的离心机铸型内，外层钢水的浇注温度为1400℃～1500℃，待外层钢水凝固后，离心机停止转动进行合箱，再将步骤A炉内脱氧处理的芯部铁水浇注到合并后的砂箱内，芯部铁水浇注温度为1360℃～1420℃；
D、预备热处理：铸件开箱后进行去应力退火，预备热处理采取去应力+球化退火，退火温度700～900℃，退火时间为80～100小时，退火结束后随炉冷却，然后机械加工需要的尺寸及精度；
E、最终热处理：采用差温淬火方法对轧辊表面进行热处理，淬火温度900～1200℃，淬火保温时间2～3小时，采用喷雾或者吹风冷却方式冷却；回火温度450～550℃，回火次数为2～3次，回火时间共计200～300小时。
4.根据权利要求3所述的中板高铬钢轧辊的制造方法，其特征在于：步骤A中的炉内脱氧处理是指在中频熔炼炉内加入脱氧剂，脱氧剂为铝豆，铝豆添加量为0.5％～1％，铝豆粒度为5～10目。
5.根据权利要求3所述的中板高铬钢轧辊的制造方法，其特征在于：步骤B中对外层钢水进行变质处理是通过添加稀土进行的，稀土添加量为0.2～0.6％，变质处理温度是1550～1650℃。
6.根据权利要求3所述的中板高铬钢轧辊的制造方法，其特征在于：步骤C中，离心浇注时离心机转速为600～800转/分钟，离心浇注的离心重力倍数为60～100G。
7.根据权利要求3所述的中板高铬钢轧辊的制造方法，其特征在于：步骤C中，浇注芯部时芯部铁水采用多孔浇注管注入型腔，控制芯部铁水流动状态。
8.根据权利要求3所述的中板高铬钢轧辊的制造方法，其特征在于：步骤E中最终热处理后的轧辊表面硬度为70～82HS。
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