CN106676409A - 高铬钢离心辊环及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高铬钢辊环及其制造方法,属于机械加工和铸造技术领域,包括外层和芯部,外层与芯部的比例为1:2,外层的合金成分及各合金成分的重量百分含量为:C:0.80~1.40%,Si:0.40~1.00%,Mn:0.60~1.20%,P≤0.03%,S≤0.03%,Cr:8.00%~14.0%,Mo:1.00~3.00%,Ni+V:0.50~1.50%,其余为Fe和不可避免的杂质;本发明以解决复合铸造辊环在使用过程中耐磨性不够、轧材表面质量差、外层与芯部界面结合差、结合强度低等技术问题,为热带轧机的大、小立辊的辊环生产提供一种经济可行的制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种辊环及其制造方法,尤其是一种适用于热带轧机的大、小立辊的高铬钢辊环及其制造方法,属于机械加工和铸造技术领域。
背景技术
热带连轧机立辊,主要作用是对板坯除鳞和侧边轧制,以获得宽度均匀、边缘整齐的带材。
现阶段,热带轧机立辊普遍使用合金铸钢和半钢,随着钢厂对高品质板材的追求,普通材质合金铸钢、半钢立辊已不能满足轧线生产的需求,为了实现降低轧辊在机磨损量和增强辊面质量保持性,提高带钢边部质量和轧机效率,热带轧机立辊的生产方式已经从整体式铸造演变为复合铸造轧辊,可根据热带连轧机立辊性能要求分别设计材质、控制材料和技术指标,制备出性能优异的热带轧机立辊。另外,为了适应不同部位性能要求,一般采用复合镶套技术来设计这种轧辊,将轧辊拆分为辊环和辊轴,辊环也根据不同部位性能要求,也采用离心复合铸造方式进行生产,但是此种生产方式容易造成结合层的强度不够,出现界面失效的现象,因此,需要对辊环外层、内层的材质进行合理的设计,研究制定了复合辊环的铸造工艺和热处理参数,以提升辊环的耐磨性以及外层与内层的结合强度。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种高铬钢离心辊环及其制造方法,以解决复合铸造辊环在使用过程中耐磨性不够、轧材表面质量差、外层与芯部界面结合差、结合强度低等技术问题,为热带轧机的大、小立辊的辊环生产提供一种经济可行的制造方法。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
一种高铬钢辊环,其特征在于:包括外层和芯部,外层与芯部的比例为1:2,外层的合金成分及各合金成分的重量百分含量为:C:0.80~1.40%,Si:0.40~1.00%,Mn:0.60~1.20%,P≤0.03%;S≤0.03%,Cr:8.00%~14.0%,Mo:1.00~3.00%,Ni+V:0.50~1.50%,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:0.5~1.5%,Si:1.0~2.0%,Mn:0.3~1.0%,P≤0.03%,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:外层的合金成分及各合金成分的重量百分含量为:C:1.00~1.20%,Si:0.60~0.80%,Mn:0.80~1.00%,P≤0.02%,S≤0.02%,Cr:9.00%~13.0%,Mo:2.00~3.00%,Ni+V:0.80~1.20%,其余为Fe和不可避免的杂质。
一种高铬钢辊环的制造方法,其特征在于:包括以下工艺过程:
1)冶炼:分别冶炼外层和芯部,其中外层以优质废钢配以合金为原料,在中频炉中进行熔炼,熔炼温度为1500~1600℃,出炉前在炉内加入除渣剂进行造渣处理;
芯部以优质废钢配以合金为原料,熔炼温度为1460~1560℃,并对芯部的钢水进行变质处理;
2)离心铸造:首先浇注辊环外层,外层钢水的浇注温度为1380~1480℃,浇注时离心机转速为320~450转/分钟,待外层钢水浇注完成后,持续恒速离心5~15min,开始浇注芯部钢水,芯部铁水的浇注温度为1400~1500℃,浇注完毕后继续离心到1.5~2.5h,停止离心机,待铸件在砂箱中缓冷至室温下,取出辊环毛坯;
3)预备热处理:将辊环进行球化退火,退火温度为780~850℃,保温时间20~30小时,保温结束后随炉冷却;
4)最终热处理:采用淬火、多次回火方式对辊环进行热处理,淬火温度1050~1250℃,淬火保温时间15~25小时;回火温度520~650℃,回火时间30~40小时。
本发明技术方案的进一步改进在于:步骤1)中,除渣剂为珍珠岩。
本发明技术方案的进一步改进在于:步骤1)中,变质剂为稀土,添加量占芯部钢水总量的0.2%。
本发明技术方案的进一步改进在于:步骤2)中,芯部钢水浇注温度与外层钢水浇注温度之差≥30℃。
本发明技术方案的进一步改进在于:步骤3)回火次数至少为2次。
由于采用了上述技术方案,本发明取得的技术进步是:
本发明一方面通过合金成分的合理设计,成功研发了适用于热带轧机立辊的高铬钢材质的离心辊环,该辊环材质具备高合金特性,合金分布均匀,有效提升了辊环外层性能指标;另一方面通过合理的设定制造方法,即合理的优化外层与芯部的浇注温度、浇注速度、浇注时间差等参数,显著的提高了外层与芯部界面结合强度,并搭配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。
本发明中工作层的铬合金含量提高到10%左右,降低了V、Ni的含量,并且通过C、Mn、Cr、Mo、V、Ni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。
本发明在熔炼过程中通过加入珍珠岩除渣剂,充分去除有害杂质P、S,保证钢水的纯净度。
进一步的,严格控制浇注外层与浇注芯部之间的时间差,一方面避免外层的温度过高,出现两种金属的冲混的现象,造成外层与芯部的互溶层过厚,外层的合金元素过多的渗入芯部,降低辊环外层的耐磨性的同时造成辊环芯部强度下降,另一方面,避免了间隔时间过长造成辊环外层温度过低,外层与芯部的互溶层过薄导致结合强度差,容易造成辊环在后续热处理、使用过程中发生内外分离。
进一步的,严格控制外层与芯部的离心机转速,保证两者离心速度一致,避免出现芯部的离心转速过大,致使芯部析出来的碳化物迁移至结合层上,造成辊环的结合层出现纵向裂纹、成分偏析等缺陷;离心速度过小,造成结合层致密度差,结合层的强度差等缺陷。
同时本发明还根据辊环的成分及离心铸造的工艺参数,制备出合理的热处理工艺,采用预备热处理与最终热处理相结合,降低辊环外层与芯部的热膨胀系数差值,消除残余应力,确保结合层的不出现开裂、脱落的现象。
具体实施方式
本发明中,辊环表面硬度的测试方法为:采用肖氏硬度计,按照GB/T13313-2008方法检测HSD数值。
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明:
一种高铬钢辊环,包括外层和芯部,外层与芯部的比例为1:2,外层的合金成分及各合金成分的重量百分含量为:C:0.80~1.40%,Si:0.40~1.00%,Mn:0.60~1.20%,P≤0.03%,S≤0.03%,Cr:8.00%~14.0%,Mo:1.00~3.00%,Ni+V:0.50~1.50%,其余为Fe和不可避免的杂质;其中,Ni、V作为主要的合金元素,两种元素的总含量控制在0.50~1.50%之间。
芯部的合金成分及各合金成分的重量百分含量为:C:0.5~1.5%,Si:1.0~2.0%,Mn:0.3~1.0%,P≤0.03%,S≤0.03%,Cr≤0.5%,Ni≤0.5%,Mo≤0.15%,其余为Fe和不可避免的杂质。
一种高铬钢辊环的制造方法,其特征在于:包括以下工艺过程:
1)冶炼:分别冶炼外层和芯部,其中外层以优质废钢配以合金为原料,在中频炉中进行熔炼,熔炼温度为1500~1600℃,出炉前对炉内的外层钢水进行造渣处理,造渣处理过程中,采用造渣剂为珍珠岩,以保证外层钢水的纯净度;
芯部以优质废钢配以合金为原料,冶炼温度为1460~1560℃,并对芯部的钢水进行变质处理,其中,变质剂为稀土,添加量占芯部钢水总量的0.2%;
分别对辊环的外层和芯部的合金元素进行分析,得到辊环外层的合金成分及各合金成分的重量百分含量为C:0.85%,Si:0.5%,Mn:0.6%,P:0.02%;S:0.01%,Cr:8.5%,Mo:1.50%,Ni+V:0.80%,其余为Fe和不可避免的杂质。
辊环芯部的合金成分及各合金成分的重量百分含量为C:0.6%,Si:1.2%,Mn:0.6%,P:0.03%;S:0.02%,Cr:0.4%,Mo:0.3%,Ni:0.40%,Mo:0.10%,其余为Fe和不可避免的杂质。
2)离心铸造:首先浇注辊环外层,外层钢水的浇注温度为1380~1480℃,浇注时离心机转速为320~450转/分钟,待外层钢水浇注完成后,持续恒速离心5~15min,开始浇注芯部钢水,芯部铁水的浇注温度为1400~1500℃,浇注完毕后继续离心1.5~2.5h后,停止离心机,待铸件在砂箱中缓冷至室温下,取出辊环毛坯;
3)预备热处理:将辊环进行球化退火,退火温度为780~850℃,保温时间20~30小时,保温结束后随炉冷却;
球化退火,改善高铬钢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。
4)最终热处理:采用淬火、多次回火方式对辊环进行热处理,淬火温度1050~1250℃,淬火保温时间为15~25小时;回火温度520~650℃,回火时间30~40小时,回火次数至少为2次。
淬火+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,使辊环的强度为达到82~90HSD,组织为马氏体、残余奥氏体+碳化物。
芯部钢水浇注温度与外层钢水浇注温度之差≥30℃。
下面以实施例1~6对本发明做进一步详细说明,各实施例中的合金成分含量、离心参数、热处理方法、性能等如下表所示。
表1 实施例1~6辊环外层主要合金成分及重量百分含量对照表
表2 实施例1~6辊环的制造方法参数对照表
表3实施例1~6中辊环性能参数对照表
Claims (7)
1.一种高铬钢辊环,其特征在于:包括外层和芯部,外层与芯部的比例为1:2,外层的合金成分及各合金成分的重量百分含量为:C:0.80~1.40%,Si:0.40~1.00%,Mn:0.60~1.20%,P≤0.03%,S≤0.03%,Cr:8.00%~14.0%,Mo:1.00~3.00%,Ni+V:0.50~1.50%,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:0.5~1.5%,Si:1.0~2.0%,Mn:0.3~1.0%,P≤0.03%,S≤0.03%,Cr≤0.5%,Ni≤0.5%,Mo≤0.15%,其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高铬钢辊环及其制造方法,其特征在于:外层的合金成分及各合金成分的重量百分含量为:C:1.00~1.20%,Si:0.60~0.80%,Mn:0.80~1.00%,P≤0.02%,S≤0.02%,Cr:9.00%~13.0%,Mo:2.00~3.00%,Ni+V:0.80~1.20%,其余为Fe和不可避免的杂质。
3.一种高铬钢辊环的制造方法,其特征在于:包括以下工艺过程:
1)冶炼:分别冶炼外层和芯部,其中外层以优质废钢配以合金为原料,在中频炉中进行熔炼,熔炼温度为1500~1600℃,出炉前在炉内加入除渣剂进行造渣处理;
芯部以优质废钢配以合金为原料,熔炼温度为1460~1560℃,并对芯部的钢水进行变质处理;
2)离心铸造:首先浇注辊环外层,外层钢水的浇注温度为1380~1480℃,浇注时离心机转速为320~450转/分钟,待外层钢水浇注完成后,持续恒速离心5~15min,开始浇注芯部钢水,芯部铁水的浇注温度为1400~1500℃,浇注完毕后继续离心到1.5~2.5h,停止离心机,待铸件在砂箱中缓冷至室温下,取出辊环毛坯;
3)预备热处理:将辊环进行球化退火,退火温度为780~850℃,保温时间20~30小时,保温结束后随炉冷却;
4)最终热处理:采用淬火、多次回火方式对辊环进行热处理,淬火温度1050~1250℃,淬火保温时间15~25小时;回火温度520~650 ℃,回火时间30~40小时。
4.根据权利要求3所述的高铬钢辊环的制造方法,其特征在于:步骤1)中,除渣剂为珍珠岩。
5.根据权利要求3所述的高铬钢辊环的制造方法,其特征在于:步骤1)中,变质剂为稀土,添加量占芯部钢水总量的0.2%。
6.根据权利要求3所述的高铬钢辊环的制造方法,其特征在于:步骤2)中,芯部钢水浇注温度与外层钢水浇注温度之差≥30℃。
7.根据权利要求3所述的高铬钢辊环的制造方法,其特征在于:步骤3)回火次数至少为2次。
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CN106676409B (zh) | 2019-09-24 |
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