CN106834969B - 中板轧机工作辊及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中板轧机工作辊及其制造方法，属于中厚板轧制设备技术领域，包括包括外层和芯部，外层材质的化学组分及重量百分含量为：C：0.60～1.20%，Si：0.40～1.20%，Mn：0.40～1.20%，P≤0.08%，S≤0.03%，Cr：4.00～12.00%，Ni：0.40～1.20%，Mo：1.00～5.00%，V：1.00～5.00%，W：1.00～5.00%，其余为Fe和不可避免的杂质，本发明提高了中板轧机工作辊的硬度、耐磨性、疲劳强度，使其具备高强度、良好的抗热裂性能和耐磨性及抗热冲击等综合性能，能够适应中板轧机严苛的轧制条件。

Description

中板轧机工作辊及其制造方法
技术领域
本发明涉及中厚板轧辊领域，尤其是一种中板轧机工作辊及其制造方法。
背景技术
中板轧机的轧制力较大,尤其是大型中厚板轧机工作辊，必须保证板面质量,要求工作辊需要具备较大的抗拉强度和疲劳强度；中板轧机工作辊在轧制过程中与被轧制钢板间存在相对滑动现象，造成轧辊的磨损及板型不良，要求轧辊具有高的硬度和耐磨性；在轧制过程中工作辊是在高压、高温和冷却水和交变负荷下工作，工作辊反复呈现的压应力和拉应力会诱发生成热裂纹，要求工作辊具有较高的热传导率、较小的热膨胀系数和弹性系数；另外，工作辊在高温下承受较大的疲劳强度，所以在高温下轧辊的组织要稳定。
目前中板轧机选用高镍铬材质的情况较为广泛，如中国发明专利CN105568136A公布的中板高铬钢及其制造方法，其高镍铬材质的金相组织为：贝氏体+少量马氏体及残余奥氏体+碳化物+少量石墨，这种以贝氏体为主的基体轧辊，稳定性相对较差，抗热裂性也较低，当轧辊辊面温度大于70℃时，轧辊的外层组织会发生相变，同时产生附加的相变应力。
另外由于轧辊材料中的碳含量较高，其碳化物的形态也倾向于形成明显取向的大块及鱼骨状碳化物，石墨的形态为短片状，这些形态的组织都弱化了轧辊的止裂能力，会使得工作辊表面产生龟裂而导致钢材的表面质量变差。
因此，中板轧机工作辊应具备高耐磨、抵抗热冲击、承受高温、耐热龟裂以及足够的强度和刚度等综合性能，随着我国钢铁企业的迅速发展和日益激烈的竞争，对钢铁产品的要求越来越高，需要开发出一种新的中板轧机工作辊，以适应实际生产的需要。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种中板轧机工作辊及其制造方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
中板轧机工作辊，包括外层和芯部，其特征在于,所述外层材质的化学组分及重量百分含量为：C：0.60～1.20％，Si：0.40～1.20％，Mn：0.40～1.20％，P≤0.08％，S≤0.03％，Cr：4.00～12.00％，Ni：0.40～1.20％，Mo：1.00～5.00％，V：1.00～5.00％，W：1.00～5.00％，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：所述外层材质的化学组分及重量百分含量为：C：0.81～1.09％，Si：0.71～0.99％，Mn：0.61～0.89％，P≤0.05％，S≤0.03％，Cr：5.65～5.95％，Ni：0.81～1.09％，Mo：2.75～3.05％，V：3.05～3.35％，W：1.81～2.09％，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：所述外层材质的化学组分及重量百分含量为：C：0.91～0.99％，Si：0.81～0.89％，Mn：0.71～0.79％，P≤0.05％，S≤0.03％，Cr：5.75～5.85％，Ni：0.91～0.99％，Mo：2.85～2.95％，V：3.15～3.25％，W：1.91～1.99％，其余为Fe和不可避免的杂质。
中板轧机工作辊的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、熔炼，将按照外层材质设计目标的各合金元素的含量配比原料放入感应电炉中进行熔炼，熔炼温度为1450℃～1550℃；
步骤B、离心浇注，将步骤A熔炼的外层钢水浇注到高速旋转的离心机铸型内，待外层钢水凝固后，离心机停止转动进行合箱后，浇注球磨铸铁材质内层铁水；
步骤C、预热处理，将步骤B的铸件开箱后进行预热处理，预热温度为800～900℃；
步骤D、淬火处理，预热后进行淬火处理，淬火温度为1100℃～1200℃，冷却方式采用风冷+空冷的冷却方式；
步骤E、；回火处理，淬火结束后进行回火处理，回火温度为500℃～550℃，回火时间为200～300小时。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤E的回火次数为2～3次，回火时间共计200～300小时。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明通过降低中板轧机工作辊材质中C、Cr、Ni并增加了Mo、V、W等合金元素的质量百分比含量，从而提高中板轧机工作辊的硬度、耐磨性、疲劳强度，使其具备高强度、良好的抗热裂性能和耐磨性及抗热冲击等综合性能，能够适应中板轧机严苛的轧制条件。
本发明材质中加入了Mo、V、W等合金元素，形成M2C、MC等多种高硬度碳化物，提高轧辊耐磨性。
本发明中板轧机工作辊中，由于降低了C的含量，使组织中的碳化物细小、弥散分布，是轧辊具有优异的抗热疲劳性能，防止轧辊表面产生严重的热龟裂。
本发明中板轧机工作辊中，由于降低了镍铬含量，并加入了大量的合金元素，使马氏体基体在组织中的合金元素含量增高，增加了轧辊的疲劳强度。
本发明感应电炉存在电磁搅拌力，使铁液成分十分均匀；熔炼吨位、熔炼温度易掌握，添加合金的收得率很高。
本发明浇注采用离心复合铸造，外层采用高速钢材质，实现顺序凝固，细化轧辊组织，部采用球磨铸铁材质。
本发明芯部为球磨铸铁材质，不易形成缩孔、缩松等缺陷，组织比一般铸件致密。
附图说明
图1是本发明轧辊的金相组织图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的金相组织为：马氏体+少量残余奥氏体+碳化物+少量石墨，这种以马氏体为主的基体轧辊，稳定性相对较好，抗热裂性较高。
本发明外层合金成分及重量百分含量的设计目标为：C：0.60～1.20％，Si：0.40～1.20％，Mn：0.40～1.20％，P≤0.08％，S≤0.03％，Cr：4.00～12.00％，Ni：0.40～1.20％，Mo：1.00～5.00％，V：1.00～5.00％，W：1.00～5.00％，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选为C：0.81～1.09％，Si：0.71～0.99％，Mn：0.61～0.89％，P≤0.05％，S≤0.03％，Cr：5.65～5.95％，Ni：0.81～1.09％，Mo：2.75～3.05％，V：3.05～3.35％，W：1.81～2.09％，其余为Fe和不可避免的杂质。
更进一步的优选为C：0.91～0.99％，Si：0.81～0.89％，Mn：0.71～0.79％，P≤0.05％，S≤0.03％，Cr：5.75～5.85％，Ni：0.91～0.99％，Mo：2.85～2.95％，V：3.15～3.25％，W：1.91～1.99％，其余为Fe和不可避免的杂质。
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1
将外层材质各合金元素的含量配比C：0.95％，Si：0.85％，Mn：0.78％，P：0.05％，S：0.03％，Cr：5.80％，Ni：0.95％，Mo：2.90％，V：3.20％，W：1.95％，其余为Fe和不可避免的杂质。
步骤A、熔炼，将上述各合金元素原料放入感应电炉中进行熔炼，熔炼温度为1450℃～1550℃；
步骤B、离心浇注，将步骤A熔炼的外层钢水浇注到高速旋转的离心机铸型内，待外层钢水凝固后，离心机停止转动进行合箱后，浇注球磨铸铁材质内层铁水；
步骤C、预热处理，将步骤B的铸件开箱后进行预热处理，预热温度为800～900℃；
步骤D、淬火处理，预热后进行淬火处理，淬火温度为1100℃～1200℃，冷却方式采用风冷+空冷的冷却方式；
步骤E、；回火处理，淬火结束后进行回火处理，回火温度为500℃～550℃，回火次数为2～3次，回火时间共计200～300小时。
得到中板轧机工作辊，经检测其工作层硬度为79-82HSC。
实施例2～7与实施例1的方法相同，不同之处如表1：
表1
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 0.60％ 0.81％ 0.91％ 0.99％ 1.09％ 1.20％
Si 0.40％ 0.71％ 0.81％ 0.89％ 0.99％ 1.20％
Mn 0.40％ 0.61％ 0.71％ 0.79％ 0.89％ 1.20％
Cr 4.00％ 5.65％ 5.75％ 5.85％ 5.95％ 12.00％
Ni 0.40％ 0.81％ 0.91％ 0.99％ 1.09％ 1.20％
Mo 1.00％ 2.75％ 2.85％ 2.95％ 3.05％ 5.00％
V 1.00％ 3.05％ 3.15％ 3.25％ 3.35％ 5.00％
W 1.00％ 1.81％ 1.91％ 1.99％ 2.09％ 5.00％
P 0.05％ 0.03％ 0.02％ 0.01％ 0.04％ 0.08％
S 0.03％ 0.01％ 0.02％ 0.03％ 0.02％ 0.03％
预热温度 800℃ 820℃ 840℃ 860℃ 880℃ 900℃
淬火温度 1100℃ 1120℃ 1140℃ 1160℃ 1180℃ 1200℃
回火温度 500℃ 510℃ 520℃ 530℃ 540℃ 550℃
回火次数 1 2 3 2 2 1
回火时间 200h 220h 240h 260h 280h 300h
工作层硬度 79HSC 81HSC 82HSC 81HSC 80HSC 79HSC

Claims (4)

1.中板轧机工作辊，包括外层和芯部，其特征在于, 所述外层材质的化学组分及重量百分含量为：C：0.91～0.99%，Si：0.40～1.20%，Mn：0.40～1.20%，P≤0.08%，S≤0.03%，Cr：5.65～5.95%，Ni：0.91～0.99%，Mo：2.75～3.05%，V：3.05～3.35%，W：1.00～5.00%，其余为Fe和不可避免的杂质；
制造方法由以下步骤组成：
步骤A、熔炼，将按照外层材质设计目标的各合金元素的含量配比原料放入感应电炉中进行熔炼，熔炼温度为1450℃～1550℃；
步骤B、离心浇注，将步骤A熔炼的外层钢水浇注到高速旋转的离心机铸型内，待外层钢水凝固后，离心机停止转动进行合箱后，浇注球磨铸铁材质内层铁水；
步骤C、预热处理，将步骤B的铸件开箱后进行预热处理，预热温度为800～900℃；
步骤D、淬火处理，预热后进行淬火处理，淬火温度为1100℃～1200℃，冷却方式采用风冷+空冷的冷却方式；
步骤E、回火处理，淬火结束后进行回火处理，回火温度为500℃～550℃，回火时间为200～300小时。
2.根据权利要求1所述的中板轧机工作辊，其特征在于, 所述外层材质的化学组分及重量百分含量为：C：0.91～0.99%，Si：0.71～0.99%，Mn：0.61～0.89%，P≤0.05%，S≤0.03%，Cr：5.65～5.95%，Ni：0.91～0.99%，Mo：2.75～3.05%，V：3.05～3.35%，W：1.81～2.09%，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的中板轧机工作辊，其特征在于, 所述外层材质的化学组分及重量百分含量为：C：0.91～0.99%，Si：0.81～0.89%，Mn：0.71～0.79%，P≤0.05%，S≤0.03%，Cr：5.75～5.85%，Ni：0.91～0.99%，Mo：2.85～2.95%，V：3.15～3.25%，W：1.91～1.99%，其余为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的中板轧机工作辊，其特征在于：所述步骤E的回火次数为2～3次，回火时间共计200～300小时。
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