CN106350730A - 高耐磨合金工具钢轧辊及其制造方法 - Google Patents

高耐磨合金工具钢轧辊及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了高耐磨合金工具钢轧辊及其制造方法，它应用于热带连轧机精轧前段及中宽厚板轧机，工作层各合金成分及重量百分含量为C 1.50‑2.00%，Si 0.30‑1.00%，Mn 0.50‑1.20%，P≤0.10%；S≤0.05%，Cr 10.0‑15.0%，Ni 0.50‑2.00%，Mo 0.20‑1.50%，V 0.20‑2.00%，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明采用离心复合铸造的工艺方法并经过1020‑1100℃×40‑80min喷雾冷却的淬火热处理工艺以及450‑550℃×10‑20h的三段回火生产制得，是一种具有高耐磨性、低氧化膜生长速度、优异抗热裂性的轧辊。

Description

高耐磨合金工具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热带连轧机精轧前段及中宽厚板轧机的高耐磨工作辊及其制造方法。
背景技术
随着现代化轧制技术的快速发展，对板材表面质量、尺寸精度、板面平整度的要求越来越高，而轧辊作为轧钢的重要备件，其材质也随之经历了升级换代。如国内外很多厂家将精轧前段的改进型高铬铁工作辊升级为高速钢轧辊，解决了高铬铁轧辊耐磨性不足，氧化膜生长快，易脱落的问题。部分中宽厚板轧机工作辊由高镍铬轧辊升级为高铬铁轧辊，大幅提高了在机周期。新材质极高的性价比优势给轧钢厂家带来了巨大的经济效益。
但是，部分厂家轧机设备陈旧，冷却条件差，且无润滑装置，对新材质使用的保障能力不足，不得不一直沿用着传统的低端材质，生产效率受到很大的制约。因此，需要研究一种对使用环境要求不高，使用效果较传统材质有明显提高的中间材质，以适应部分轧制条件相对恶劣的厂家对于轧辊性能提升的切实需求。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是如何提供一种对使用环境要求不高，使用效果较传统材质有明显提高的高耐磨合金工具钢轧辊及其制造方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
高耐磨合金工具钢轧辊，包括合金材质的工作层以及普通球墨铸铁材质的芯部，工作层各合金成分及重量百分含量为C 1.50-2.00％，Si 0.30-1.00％，Mn 0.50-1.20％，P≤0.10％；S≤0.05％，Cr 10.0-15.0％，Ni 0.50-2.00％，Mo 0.20-1.50％，V 0.20-2.00％，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：工作层各合金成分及重量百分含量为C1.60-2.00％，Si 0.65-0.95％，Mn 0.70-0.95％，P≤0.03％；S≤0.03％，Cr 12.0-14.5％，Ni 1.20-1.85％，Mo 1.20-1.50％，V 1.25-1.95％，其余为Fe和不可避免的杂质。
高耐磨合金工具钢轧辊的制造方法，包括以下工艺过程：
①熔炼：工作层以合金为原料，芯部以废铁为原料，在中频感应电炉中分别熔炼，熔炼的温度均为1450～1550℃，提高工作层钢水温度至1500～1600℃后出炉，在钢包内进行扒渣控温处理；
轧辊芯部为球墨铸铁，出炉前进行球化处理，加入的球化剂为稀土镁，加入量为0.8～1.2％；
②离心铸造：将工作层钢水浇入到离心机铸型内，浇注温度为1350～1450℃，待工作层钢水完全凝固后，迅速将凝固的工作层连同铸型吊起与底冒箱进行组合，并采用顶注法浇入经过球化处理的芯部铁水；
③脱模、探伤：轧辊浇注后经过4～6天保温后脱模，并进行加工探伤；
④热处理：将探伤合格后的产品采用差温淬火方法进行表面热处理，淬火温度1020～1100℃，淬火保温时间40～80min，采用喷雾冷却；然后进行三次回火加工，回火温度为450～550℃，回火时间为10～20h。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤②中离心铸造采用的是卧式离心铸造。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤②中离心机的转速为600～650转/分钟。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤④中在差温热处理炉内对产品采用差温淬火方法进行热处理。
本发明技术方案的进一步改进在于：工作层轧辊表面硬度为HSD 79～84。
本发明技术方案的进一步改进在于：骤④中喷雾冷却采用的是水。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明高耐磨型合金工具钢轧辊的使用，能够很好的满足水冷条件差、无润滑装置的热带连轧机精轧前段轧机及中宽厚板轧机对于轧辊耐磨性、抗氧化性等性能改善的需求，轧辊在机周期明显提高。其中在热带连轧机上应用，毫米轧制量较高铬铁轧辊提高50％以上，在中宽厚板轧机上，较高镍铬轧辊提高100％以上。
本发明中耐磨型合金工具钢材质高耐磨性的实现，主要是对钨、钼、铬、钒等碳化物形成元素进行大量添加及合理调配，打破了高铬铁依靠共晶碳化物及高速钢依靠二次碳化物的单一耐磨性保证机制，形成共晶碳化物及二次碳化物分工协作的耐磨性提升机制。具体表现在，显微组织上形成以10～15％的铬系共晶碳化物为主耐磨碳化物，保证工作层的整体耐磨性；MC、M2C等二次碳化物则以颗粒状弥散分布在热稳定性很高的马氏体基体中，起到辅助耐磨及保护基体的作用，轧辊宏观硬度能够达到79HSD以上。
在合金工具刚的合金元素中，钒元素对轧辊的耐磨性的影响最为显著。钒不仅有利于MC型碳化钨的形成，而且会明显促进层片状M2C型碳化物的形成，抵制骨骼状M6C型碳化物的形成，提高钒含量可以获得大量的尺寸细小、弥散分布的颗粒MC型碳化物，从而提高了轧辊的耐磨性。
本发明耐磨型合金工具钢材质抗氧化性的实现，主要是通过碳及铬元素的匹配，在轧制时轧辊表面易形成致密的Cr2O3氧化膜，可很好的保护轧辊基体不被氧化，大幅降低氧化膜的生长速度，充分发挥氧化膜优异的耐磨性和良好的表面质量。
本发明耐磨型合金工具钢材质抗热裂性的实现，主要是共晶碳化物含量较高铬铁及高镍铬轧辊明显减少，避免了轧制过程中冷热交替情况下裂纹在碳化物及基体边界萌生的几率。同时，共晶碳化物尺寸小，边缘钝化，网状碳化物断开，打破了裂纹沿共晶碳化物的扩展通道。且耐磨型合金工具钢基体上覆盖弥散分布的二次碳化物，能够大概率阻断裂纹在基体中的扩展，延缓了裂纹的发展速度。
本发明运用了卧式离心铸造，其特点是金属液在离心力的作用下充型和凝固，金属补缩效果好，在金相组织图中可以看出铸件外层组织致密，非金属夹杂物少，机械性能好。离心铸造不用造型、制芯，节省了相关材料及设备投入。铸造空心铸件不需浇冒口，金属利用率可大大提高。因此对某些特定形状的铸件来说，离心铸造是一种节省材料、节省能耗、高效益的工艺。
同时，卧式离心铸造可以获得无缩孔、气孔、夹渣的铸件，而且组织细密、机械性能好。当铸造圆形中空零件时，可以省去型芯。此外，离心铸造不需要浇注系统，减少了金属的消耗。
本发明耐磨型合金工具钢材质，用于热带连轧机精轧前段，由于对于精轧前段工作辊，产品性能设计上以耐磨性为主，所以，镍和钒的合金含量较高。镍元素的增加提高了基体强度，钒形成MC型碳化物，使产品整体硬度提高，均对耐磨性的充分发挥有利。
附图说明
图1为本发明的耐磨型合金工具钢轧辊工作层的金相组织照片，该照片是放大500倍的工作层组织照片，采用光学显微镜在腐蚀状态下拍摄，有明显边界的白色的为碳化物，其余为基体。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明：
①熔炼：工作层以合金为原料，芯部以废铁为原料，在中频感应电炉中分别熔炼，熔炼的温度均为1450～1550℃，提高工作层钢水温度至1500～1600℃后出炉，在钢包内进行扒渣控温处理；
轧辊芯部为球墨铸铁，出炉前进行球化处理，加入的球化剂为稀土镁，加入量为0.8～1.2％；
②离心铸造：将工作层钢水浇入到离心机铸型内，采用卧式离心铸造，浇注温度为1350～1450℃，离心机的转速为600～650转/分钟，待工作层钢水完全凝固后，迅速将凝固的工作层连同铸型吊起与底冒箱进行组合，并采用顶注法浇入经过球化处理的芯部铁水；
③脱模、探伤：轧辊浇注后经过4～6天保温后脱模，并进行加工探伤；
④热处理：在差温热处理炉内，将探伤合格后的产品采用差温淬火方法进行表面热处理，淬火温度1020～1100℃，淬火保温时间40～80min，采用喷雾冷却，喷雾冷却采用的是水；然后，再进行三次回火加工，回火温度为450～550℃，回火时间为10～20h。
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1、
一种高耐磨合金工具钢轧辊，其工作层的各合金成分及重量百分含量为C1.60％，Si 0.75％，Mn 0.85％，P≤0.05％；S≤0.05％，Cr 13.5％，Ni 1.85％，Mo 1.2％，V1.5％，其余为Fe和不可避免的杂质。
轧辊芯部各合金成分及重量百分含量为C 3.35％，Si 2.2％，Mn 0.65％，P ≤0.2％，S≤0.1％，其余为Fe和不可避免的杂质。
该轧辊的制造方法为：
采用卧式离心铸造生产，首先采用5t中频感应电炉熔炼工作层钢水，冶炼温度1550℃，采用8t中频感应电炉冶炼芯部铁水，熔炼温度1480℃，当两种成分的钢水或铁水成分满足要求后，首先提高工作层钢水温度至1600℃后出炉，在包内进行扒渣控温，当温度达到1430℃浇入高速旋转的离心机铸型内。工作层钢水完全凝固后停机，迅速将已凝固的工作层连同铸型吊起与底冒箱进行组合，组合后采用顶注法浇入经过球化处理的芯部铁水。
轧辊浇注后经过4保温后脱模，并进行加工探伤。探伤合格的产品，采用差温热处理炉将轧辊加热到1080℃，保温45min后喷雾冷却，第一段回火采用回火温度为500℃，回火时间为12h，第二段第三段回火温度为520℃，回火时间为15h。
经过上述处理后，轧辊工作层硬度79-81HSD。
如图1是轧辊工作层的金相组织图，直观地观察其内部微观组织，可以看到铸件外层组织致密，夹杂物少。
实施例2～实施例8、
实施例2～8的各实施例中的耐磨型合金工具钢轧辊的铸造方法与实施例1相同，各实施例的成分含量及热处理方法、性能等见表1、表2。
表1
表2

Claims (8)

1.高耐磨合金工具钢轧辊，包括合金材质的工作层以及普通球墨铸铁材质的芯部，其特征在于：
工作层各合金成分及重量百分含量为C 1.50-2.00%，Si 0.30-1.00%，Mn 0.50-1.20%，P≤0.10%；S≤0.05%，Cr 10.0-15.0%，Ni 0.50-2.00%，Mo 0.20-1.50%，V 0.20-2.00%，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高耐磨合金工具钢轧辊，其特征在于：
工作层各合金成分及重量百分含量为C 1.60-2.00%，Si 0.65-0.95%，Mn 0.70-0.95%，P≤0.03%；S≤0.03%，Cr 12.0-14.5%，Ni 1.20-1.85%，Mo 1.20-1.50%，V 1.25-1.95%，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的高耐磨合金工具钢轧辊的制造方法，其特征在于：包括以下工艺过程：
①熔炼：工作层以合金为原料，芯部以废铁为原料，在中频感应电炉中分别熔炼，熔炼的温度均为1450～1550℃，提高工作层钢水温度至1500～1600℃后出炉，在钢包内进行扒渣控温处理；
轧辊芯部为球墨铸铁，出炉前进行球化处理，加入的球化剂为稀土镁，加入量为0.8～1.2%；
②离心铸造：将工作层钢水浇入到离心机铸型内，浇注温度为1350～1450℃，待工作层钢水完全凝固后，迅速将凝固的工作层连同铸型吊起与底冒箱进行组合，并采用顶注法浇入经过球化处理的芯部铁水；
③脱模、探伤：轧辊浇注后经过4～6天保温后脱模，并进行加工探伤；
④热处理：将探伤合格后的产品采用差温淬火方法进行表面热处理，淬火温度1020～1100℃，淬火保温时间40～80min，采用喷雾冷却；然后进行三次回火加工，回火温度为450～550℃，回火时间为10～20h。
4.根据权利要求3所述的高耐磨合金工具钢轧辊的制造方法，其特征在于：步骤②中离心铸造采用的是卧式离心铸造。
5.根据权利要求3所述的高耐磨合金工具钢轧辊的制造方法，其特征在于：步骤②中离心机的转速为600～650转/分钟。
6.根据权利要求3所述的高耐磨合金工具钢轧辊的制造方法，其特征在于：步骤④中在差温热处理炉内对产品采用差温淬火方法进行热处理。
7.根据权利要求3所述的高耐磨合金工具钢轧辊的制造方法，其特征在于：工作层轧辊表面硬度为HSD 79～84。
8.根据权利要求3所述的高耐磨合金工具钢轧辊的制造方法，其特征在于：步骤④中喷雾冷却采用的是水。
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