CN105695873A - 半高速钢bd辊及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半高速钢BD辊及其制造方法，尤其是一种应用于型钢轨梁BD轧机的轧辊，属于轧辊制造技术领域。整体为半高速钢材质，各合金成分及重量百分含量为C0.3～1.5％，Si0.2～1.4％，Mn0.2～1.0％，Cr1.5～5.0％，Ni≤1.0％，Mo0.5～2％，W0.5～1.5％，V≤1.5％，其余为铁和不可避免的杂质；制造方法包括熔炼原料、整体浇注、保温脱模、预热处理和热处理步骤，热处理采用高温淬火+高温回火处理工艺。本发明组织为回火索氏体上分布着≤3％的颗粒状碳化物，轧辊宏观硬度控制在HSD50～70，耐磨性较高，抗拉强度为≥800MPa，抗裂纹扩展能力高，轧辊下机辊面质量好、在机磨损小。较好的满足轨梁轧制，特别是轨梁轧制时对轧辊高强度、高耐磨性、高抗冲击性、高抗热裂性的需求。

Description

半高速钢BD辊及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种半高速钢BD辊及其制造方法，尤其是一种应用于型钢轨梁BD轧机的轧辊，属于轧辊制造技术领域。
背景技术
我国型钢生产历史悠久，品种规格繁多，用途广泛，在轧钢生产中占有非常重要的位置，据统计各类形状的型钢有1500多种，尺寸规格达到4000多个。在我国型钢被广泛地应用在能源、交通、农田水利、房屋建筑等基本建设中，占我国钢材总产量的50％左右。
型钢轧机按照其用途及生产产品的规格可以分为轨梁大型、中小型及线材轧机三大类，均从尺寸精度(形状完美性)、表面质量(无气泡、裂纹、结疤、折叠、夹杂及压入的氧化铁皮)和机械性能三方面进行要求。型钢的机械性能直接关系到结构件的刚度和强度，不同产品有不同的要求。
随着钢铁行业发展，型钢轨梁BD(开坯)轧机对轧辊的耐磨性、强度、抗热疲劳能力提出了更高的要求，合金钢、锻钢、合金球铁材质轧辊，由于在机磨损大、换辊周期短、轧辊使用安全系数相对偏低、下机辊面质量差等，已经逐渐不能满足用户需求。为适应市场需求，拓宽公司产品品种，亟需进行新型型钢轨梁BD辊的研制。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种半高速钢BD辊及其制造方法，耐磨性较好、抗拉强度高，抗裂纹扩展能力强，较好的满足轧机对轧辊不同使用性能的要求。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种半高速钢BD辊，其特征在于：整体为半高速钢材质，其特征在于：各合金成分及重量百分含量为C0.3～1.5％，Si0.2～1.4％，Mn0.2～1.0％，Cr1.5～5.0％，Ni≤1.0％，Mo0.5～2％，W0.5～1.5％，V≤1.5％，其余为铁和不可避免的杂质。
本发明技术方案的进一步改进在于：各合金成分及重量百分含量为C0.9～1.4％，Si0.8～1.4％，Mn0.4～0.9％，Cr3.5～5.0％，Ni0.5～1.0％，Mo1.0～1.8％，W0.8～1.2％，V0.5～1.5％，其余为铁和不可避免的杂质。
一种半高速钢BD辊的制造方法，包括以下步骤：
A、熔炼原料：将半高速钢原材料采用电弧炉+炉外精炼进行钢水冶炼，冶炼温度为1450～1600℃，得到材料钢水；
B、整体浇注：将步骤A熔炼好的材料钢水转移到浇包中，底注浇注到铸型内，浇注温度1450～1550℃；
C、轧辊保温120～180h后脱模，脱模后对轧辊外形及尺寸进行粗加工，并进行整辊探伤检测；
D、预热处理：将探伤合格后的轧辊的辊颈包裹隔热保温材料，辊身压铠装热电偶，外接温控仪表，利用台车式高温电阻炉对轧辊进行加热，加热到650～850℃，以辊身压铠装热电偶测温为准，保温时间10～30h后降温至400～600℃出台车式高温电阻炉后进行差温热处理；
E、热处理：采用高温淬火+高温回火处理工艺，将轧辊吊到差温炉加热辊身，淬火温度为炉温1000～1200℃，淬火保温50～120min后，将轧辊吊运至喷淬设备依次对辊身进行喷雾、吹风和空冷处理，待辊身温度降至400～600℃时进行多次回火处理，回火前拆除辊颈包裹的隔热保温材料，回火温度为辊温500～600℃，每一次的回火时间均为10～40h；
回火完成后，按所需尺寸对辊坯进行精加工，制成成品，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D中的隔热保温材料为石棉纤维毡或陶瓷纤维毡。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤D中的加热速度为10～50℃/h。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤E中的淬火介质为水经压缩空气雾化后的液化气体。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤E中的回火次数为两次以上。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤E中热处理后的轧辊的金相组织包括回火索氏体基体和面积率≤3％的碳化物。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤E中热处理后的轧辊的硬度为50～70HSD，抗拉强度≥800MPa。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明为一种适用于型钢轨梁BD轧机的半高速钢轧辊，其碳含量控制为0.3～1.5％，合金含量控制为4.0～14.0％，组织为回火索氏体上分布着≤3％的颗粒状碳化物，轧辊宏观硬度控制在HSD50～70，耐磨性较高，抗拉强度为≥800MPa，抗裂纹扩展能力高，轧辊下机辊面质量好、在机磨损小。较好的满足轨梁轧制，特别是轨梁轧制时对轧辊高强度、高耐磨性、高抗冲击性、高抗热裂性的需求。
本发明中的半高速钢BD辊耐磨性较传统的合金钢、锻钢、合金球铁提高20％以上，强度提高10％以上，抗热裂性提高20％以上，能够有效降低吨钢消耗，降低采购成本，提高轧制周期及使用安全性。
本发明中的半高速钢BD辊高耐磨性的实现，主要是通过Cr、V等合金元素的添加，增加基体中碳化物耐磨质点数量达到耐磨性提高的目的。高强度、高的抗冲击性的实现主要是通过碳化物质点弥散强化及Ni元素添加强化基体。高的抗热裂性主要是通过降低大块碳化物含量，以及高温热处理使碳化物边缘钝化，降低碳化物对基体的割裂作用来实现。
加入的Mo、W等合金元素，能有效地消除回火脆性，使其具有良好的冲击韧性、硬度和强度，可显著提高钢的淬透性，钼在耐热钢中对铁素体有固溶强化作用，同时，也能提高碳化物的稳定性，对钢的强度产生有利的作用，钼是提高热强性最有效的合金元素，也是提高钢的抗热脆性和回火脆性的主要元素之一。钼能细化钢的晶粒，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，W具有良好的高温强度。
由于合金元素的调整及添加，轧辊宏观硬度及强度得到提高，原合金钢、锻钢、合金球铁硬度分别为35～45、35～45、42～55HSD，强度通常分别为≥700Mpa、≥750Mpa、≥550MPa，在机磨损相对值分别为1、1、1.5～2.5，而本发明的半高速钢BD辊硬度可以控制在50～70HSD之间，强度达到800MPa以上，半高速钢BD辊拥有较高的耐磨性和良好的抗热裂性，在机磨损相对值为2.5～3.5，在机周期可达到合金球铁的2倍以上，轧辊下机辊面质量好、在机磨损小，下机重车量也大幅降低。
淬火中随着辊身温度的降低，依次进行喷雾、吹风和空冷处理，也即辊身温度高时采取进行喷雾处理，辊身温度低时采取进行空冷处理，中间阶段采取吹风处理，冷却强度随着温度的降低而降低，淬火效果好。
本发明根据型钢轨梁BD机架对轧辊的性能要求，采用整体铸造方式生产，辊身辊颈采用不同的热处理方式来满足轧机对轧辊辊身、辊颈的使用性能要求，差温热处理方式，显著提高使用寿命，并降低生产成本，有效满足生产需要。
附图说明
图1为本发明的半高速钢BD辊放大100倍的金相组织照片，采用光学显微镜在腐蚀状态下拍摄，其中白色的为碳化物，黑色的为回火索氏体。
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：
如图1所示，一种半高速钢BD辊，各合金成分及重量百分含量为C0.5％，Si0.45％，Mn0.7％，Cr5％，Ni0.5％，Mo0.9，W0.5％，V0.2％，其余为铁和不可避免的杂质。
半高速钢BD辊的制造方法包括如下步骤：
A、熔炼原料：将半高速钢原材料采用电弧炉+炉外精炼进行钢水冶炼，冶炼温度为1500℃，得到材料钢水；
B、整体浇注：将步骤A熔炼好的材料钢水转移到浇包中，底注浇注到铸型内，浇注温度1490℃；
C、轧辊保温180h后脱模，脱模后对轧辊外形及尺寸进行粗加工，并进行整辊探伤检测；
D、预热处理：将探伤合格后的轧辊的辊颈包裹隔热保温材料，其中的隔热保温材料为石棉纤维毡或陶瓷纤维毡；辊身压铠装热电偶，外接温控仪表，利用台车式高温电阻炉对轧辊以10～50℃/h的加热速度加热到700℃，以辊身压铠装热电偶测温为准，保温时间20h后降温至580℃出台车式高温电阻炉后进行差温热处理；
E、热处理：采用高温淬火+高温回火处理工艺，将轧辊吊到差温炉加热辊身，淬火温度为炉温1100℃，淬火保温100min后，将轧辊吊运至喷淬设备依次对辊身进行喷雾、吹风和空冷处理，喷雾所用的淬火介质为水经压缩空气雾化后的液化气体。待辊身温度降至400～600℃时进行两次回火处理，回火前拆除辊颈包裹的隔热保温材料，第一段回火温度为辊温500℃，第一段回火时间为30h；第二段回火温度为辊温480℃，第二段回火时间为33h；
回火完成后，按所需尺寸对辊坯进行精加工，制成成品，进行超声波检测、硬度测试和金相组织检验。经检验，热处理后的轧辊的金相组织包括回火索氏体基体和面积率≤3％的碳化物。
实施例2～7的半高速钢BD辊的制造方法与实施例1的制造方法相同，各实施例的成分含量及热处理方法、性能等如下表所示。
项目 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7
C(wt％) 0.42 0.72 0.3 1.5 0.9 1.4
Si(wt％) 0.35 0.32 0.2 1.4 0.8 1.4
Mn(wt％) 0.41 0.55 0.2 1.0 0.4 0.9
Cr(wt％) 3.62 0.53 1.5 5.0 3.5 4.2
Ni(wt％) 0.53 0.8 0.4 1.0 0.7 0.9
Mo(wt％) 0.57 1.02 0.5 2.0 1.0 1.8
W(wt％) 0.52 0.73 0.5 1.5 0.8 1.2
V(wt％) 1.41 1.56 1.0 1.3 0.5 0.9
冶炼温度(℃) 1600 1580 1450 1600 1500 1530
浇注温度(℃) 1550 1530 1450 1480 1510 1540
预热温度(℃) 720 750 650 850 680 800
预热时间(h) 25 30 10 18 15 20
淬火温度(℃) 1050 1080 1000 1200 1100 1020
淬火保温时间(min) 110 120 50 70 90 115
第一段回火温度(℃) 515 520 500 600 580 550
第一段回火时间(h) 25 25 10 40 20 30
第二段回火温度(℃) 500 550 505 590 560 540
第二段回火时间(h) 35 33 12 38 22 28
第三段回火温度(℃) —— —— 510 580 570 530
第三段回火时间(h) —— —— 15 35 27 32
宏观硬度(HSD) 54～55 50～53 57～58 58～60 58～64 65～70
抗拉强度(MPa) 815 800 830 850 840 880

Claims (9)

1.一种半高速钢BD辊，其特征在于：整体为半高速钢材质，其特征在于：各合金成分及重量百分含量为C0.3～1.5％，Si0.2～1.4％，Mn0.2～1.0％，Cr1.5～5.0％，Ni≤1.0％，Mo0.5～2％，W0.5～1.5％，V≤1.5％，其余为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的半高速钢BD辊，其特征在于：各合金成分及重量百分含量为C0.9～1.4％，Si0.8～1.4％，Mn0.4～0.9％，Cr3.5～5.0％，Ni0.5～1.0％，Mo1.0～1.8％，W0.8～1.2％，V0.5～1.5％，其余为铁和不可避免的杂质。
3.一种半高速钢BD辊的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
A、熔炼原料：将半高速钢原材料采用电弧炉+炉外精炼进行钢水冶炼，冶炼温度为1450～1600℃，得到材料钢水；
B、整体浇注：将步骤A熔炼好的材料钢水转移到浇包中，底注浇注到铸型内，浇注温度1450～1550℃；
C、轧辊保温120～180h后脱模，脱模后对轧辊外形及尺寸进行粗加工，并进行整辊探伤检测；
D、预热处理：将探伤合格后的轧辊的辊颈包裹隔热保温材料，辊身压铠装热电偶，外接温控仪表，利用台车式高温电阻炉对轧辊进行加热，加热到650～850℃，以辊身压铠装热电偶测温为准，保温时间10～30h后降温至400～600℃出台车式高温电阻炉后进行差温热处理；
E、热处理：采用高温淬火+高温回火处理工艺，将轧辊吊到差温炉加热辊身，淬火温度为炉温1000～1200℃，淬火保温50～120min后，将轧辊吊运至喷淬设备依次对辊身进行喷雾、吹风和空冷处理，待辊身温度降至400～600℃时进行多次回火处理，回火前拆除辊颈包裹的隔热保温材料，回火温度为辊温500～600℃，每一次的回火时间均为10～40h；
回火完成后，按所需尺寸对辊坯进行精加工，制成成品，进行超声波检测、硬度测试和金相组织检验。
4.根据权利要求3所述的半高速钢BD辊的制造方法，其特征在于：步骤D中的隔热保温材料为石棉纤维毡或陶瓷纤维毡。
5.根据权利要求3所述的半高速钢BD辊的制造方法，其特征在于：步骤D中的加热速度为10～50℃/h。
6.根据权利要求3所述的半高速钢BD辊的制造方法，其特征在于：步骤E中的淬火介质为水经压缩空气雾化后的液化气体。
7.根据权利要求3所述的半高速钢BD辊的制造方法，其特征在于：步骤E中的回火次数为两次以上。
8.根据权利要求3所述的半高速钢BD辊的制造方法，其特征在于：步骤E中热处理后的轧辊的金相组织包括回火索氏体基体和面积率≤3％的碳化物。
9.根据权利要求3所述的半高速钢BD辊的制造方法，其特征在于：步骤E中热处理后的轧辊的硬度为50～70HSD，抗拉强度≥800MPa。
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