CN108315632A - 一种含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊及生产工艺 - Google Patents

一种含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊及生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种冷硬铸铁轧辊制造方法，尤其涉及一种含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊制造方法，本发明轧辊外层与芯部采用双化学成分配制；外层成分为：C：2.9～3.2％、Si：0.25～0.60％、Mn：0.2:～0.5％、P≤0.05％、S≤0.03％、Cr：0.5～0.8％、Ni：3.5～4.0％、Mo：0.3～0.6％；V：0.1～0.3％、Nb：0.1～0.3％、其余为Fe；芯部成分为：C：3.2～3.5％、Si：2.2～2.4％、Mn：0.3:～0.5％、P≤0.05％、S≤0.03％、Cr：0.15％、Mg≤0.04、其余为Fe；本发明在熔炼铁水时，每吨加入1‑3千克钇基重稀土变质剂；稀土元素化学性质活泼，和钢液中的S、O、H、N都能形成稳定的化合物；钇和S亲和力强，稀土变质剂加入后可以进一步降低钢中的S含量，防止轧辊出现热脆性；钇基重稀土变质剂还可以细化晶粒、提高抗拉强度和冲击韧度。

Description

一种含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊及生产工艺
技术领域
本发明涉及一种轧辊及生产工艺，尤其涉及一种含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊及生产工艺。
背景技术
切分轧制，就是在轧制过程中把一根轧件利用孔型的作用，轧成具有两个或两个以上相同形状的并联轧件，现代化棒线材轧机为提高小规格螺纹钢筋(Φ8～Φ12mm)的产量，已广泛使用切分轧制工艺，即将轧制成扁方形的钢件通过加工圆弧形刀尖的轧辊孔尖，在预切分机架和切分机架同时进行预切和切分成2-4调相同规格的钢条，再引导进成品孔型轧制成符合尺寸要求的钢筋。
整个预切分和切分轧制的运行转速快，切分刀尖的切割能力和磨损性能需经受十分严峻的考验，刀尖长期与高温钢件切割时要始终保持较好的锋口，较强的韧性，非凡的耐磨性，很强的抗热疲劳裂纹性能。一旦刀尖部位出现异常，常会在成品轧制道次形成折叠、毛刺等质量问题,从而造成批量的废次品。现在好多厂家切分机架用贝氏体球铁和高速钢轧辊，他们各自的特点是：贝氏体球耐磨性差，一条孔型切分500吨就要变换孔，高速钢轧辊一条孔型切分在1500～2000吨之间，使用的贵重合金多，价格高，难车削。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种表面硬度高，使用寿命长的含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊及生产工艺。
实现本发明目的的技术方案是：首先提供一种含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊制造方法，所述含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊轧辊生产步骤为：
步骤一、配制化学成分：配制轧辊外层化学成分为：C：2.9～3.2％、Si：0.25～0.60％、Mn：0.2:～0.5％、P≤0.05％、S≤0.03％、Cr：0.5～0.8％、Ni：3.5～4.0％、Mo：0.3～0.6％；V：0.1～0.3％、Nb：0.1～0.3％、其余为Fe；配制芯部化学成分为：C：3.2～3.5％、Si：2.2～2.4％、Mn：0.3:～0.5％、P≤0.05％、S≤0.03％、Cr：0.15％、Mg≤0.04、其余为Fe；
步骤二、熔炼和浇注：通过两台电炉分别进行轧辊外层和芯部材料的熔炼，当外层铁水温度到温后，出炉到钢包，钢包内加入变质剂，再将铁水浇入离心机上的铸型内；当轧辊外层内表面温度下降至1200℃以下时，将辊芯铁水倒入铸型内；辊芯铁水浇注完毕后，取出轧辊进入缓冷坑，缓冷至室温后进行金加工；
步骤三、金加工：将凝固好的铸件进行车削；
步骤四、回火：回火温度450～550℃；根据轧辊直经尺寸确定回火时间，计算公式如下：t＝2.5D+15；其中t为回火时间，单位为min，D为轧辊直径，单位为mm；按照上述回火温度及计算的回火时间回火3～4次。
上述技术方案，所述步骤二中：外层铁水温度达到1420～1450℃后，保温4-6分钟后出炉到钢包，钢包内按每吨加入1～3kg重稀土变质剂的剂量预先加入钇基重稀土变质剂，当铁水温度至1450～1480℃时，将铁水浇入离心机上的铸型内；当轧辊外层内表面温度下降至1200℃以下时，将铁水倒入铸型内，辊芯铁水浇注温度为1320-1350℃；辊芯铁水浇注完毕24～48小时后，取出轧辊进入缓冷坑，缓冷至室温后进行金加工。
上述技术方案，所述步骤二中离心浇注的铸型内涂覆有醇基涂料，涂层2～3mm厚度。
其次，提供一种含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊技术方案，轧辊外层化学成分为：C：2.9～3.2％、Si：0.25～0.60％、Mn：0.2:～0.5％、P≤0.05％、S≤0.03％、Cr：0.5～0.8％、Ni：3.5～4.0％、Mo：0.3～0.6％；V：0.1～0.3％、Nb：0.1～0.3％、Re：≥0.05％、其余为Fe；芯部化学成分为：C：3.2～3.5％、Si：2.2～2.4％、Mn：0.3:～0.5％、P≤0.05％、S≤0.03％、Cr：0.15％、Mg≤0.04、其余为Fe。
上述技术方案，所述轧辊辊面硬度75～80HSD，抗拉强度≥220Mpa；辊颈硬度38～45HSD，抗拉强度≥450Mpa。
上述技术方案，所述轧辊基体组织：VC、NbC、Mo2C6粒状碳化物+贝氏体+少量马氏体。
最后，提供一种含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊组件，所述轧辊组件由两根轧辊组成，包括上辊和下辊，所述上辊和下辊形状相同，所述轧辊包括辊身和辊颈；所述轧辊辊身上设置有两个以上的半圆形凹槽，半圆形凹槽两两相邻，相邻的界面为切分轧辊的刀尖，所述轧辊组件上辊辊身和下辊辊身切分刀尖相对，两根轧辊辊身上的凹槽构成圆孔。
上述技术方案，所述辊身和辊颈通过倒角光滑过渡，倒角半径≥辊颈直径的20％。
上述技术方案，所述辊身上的凹槽有5～12个。
上述技术方案，所述辊身上的凹槽有8个。
采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：
(1)本发明在熔炼铁水时，每吨加入1-3千克钇基重稀土变质剂，充分利用变质剂内的活性元素，有效地消除有害元素，提高铁水的纯净度；稀土元素化学性质活泼,和钢液中的S、O、H、N都能形成稳定的化合物；钇和S亲和力强，稀土变质剂加入后可以进一步降低钢中的S含量，防止轧辊出现热脆性。钇基重稀土变质剂还可以细化晶粒、提高抗拉强度和冲击韧度；
(2)钇基重稀土变质剂存在一个最佳的加入量。加入量为每吨加入1-3千克时引入的稀土氧化物等高熔点非均质形核的核心较少，对晶粒的细化和力学性能的改善效果比明显。当加入量过多则会毒化形核核心，使晶粒的长大，同时造成晶界和晶界附近出现连续分布的第二相，反而力学性能降低；
(3)本发明轧辊外层化学成分中包含0.1～0.3％V和0.1～0.3％Nb，通过加入适量的钒、铌特殊碳化物元素，以及通过多次回火热处理，使之形成VC、V4C3、NbC、Mo2C6、Mo2C等细粒状碳化物，增加轧辊切分刀尖的红硬性、耐磨性、超强韧性和抗疲劳裂纹等综合性能，延长使用寿命；
(4)本发明轧辊辊面硬度为75-80HSD，抗拉强度≥220Mpa；辊颈硬度38-45HSD，抗拉强度≥450Mpa；辊面硬度较高有利于提高轧辊耐磨性，延长其使用寿命，辊颈抗拉强度较高有利于在轧制过程中吸收轧制冲击力，防止辊颈折断。其中轧辊表面硬度高于辊颈硬度有利于在受到轧制冲击力时，将冲击力传递到辊颈，避免轧辊表面损坏；
(5)本发明轧辊辊身和辊颈通过倒角光滑过渡，倒角半径≥辊颈半径的20％，有利于避免辊身和辊颈处产生应力集中，连接处在受到冲击载荷时可以有效分散到倒角圆弧面上，防止辊颈断裂；
(6)本发明通过两个切分轧辊组成的轧辊组，上、下辊中具有两两相邻的半圆形凹槽，半圆形凹槽之间的刀尖具有高的尺寸精度，便于切断钢板，避免剪切时产生毛刺和折叠；两个切分轧辊构成的轧辊组结构简单，性能稳定；
(7)本发明中8个切分孔有利于提高生产效率，每道轧制可以形成8条线材。本发明轧辊经钢厂使用，一次切分轧制量2100吨，接近高速钢轧辊，但价格仅需一半，性价比优越。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1本发明轧辊组件结构示意图；
图中1、轧辊；1-1、辊身；1-2、辊颈；2、凹槽；3、刀尖；4、倒角
具体实施方式
(实施例1)
本发明为一种含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊，该轧辊生产步骤为：
步骤一、配制化学成分：配制轧辊外层化学成分为：C：2.9％、Si：0.3％、Mn：0.2％、P：0.01％、S：0.01％、Cr：0.5％、Ni：3.5％、Mo：0.4％；V：0.2％、Nb：0.2％、其余为Fe；配制芯部化学成分为：C：3.3％、Si：2.3％、Mn：0.4％、P：0.01％、S：0.01％、Cr：0.15％、Mg：0.01％、其余为Fe；
步骤二、熔炼：通过两台电炉分别进行轧辊外层和芯部材料的熔炼，外层铁水温度达到1420℃后，保温5分钟后出炉到钢包，钢包内按每吨加入1kg重稀土变质剂的剂量预先加入钇基重稀土变质剂，当铁水温度达到1450℃时，将铁水浇入离心机上的铸型内；当轧辊外层内表面温度下降至1200℃以下时，将铁水倒入铸型内，辊芯铁水浇注温度为1350℃；辊芯铁水浇注完毕24小时后，取出轧辊进入缓冷坑，缓冷至室温后进行金加工；
步骤三、金加工：将凝固好的铸件进行车削；
步骤四、回火：回火温度450℃；回火时间：6h，回火4次。
优选地，本发明在步骤二中离心浇注的铸型内涂覆有2～3mm厚度的醇基涂料，从而确保确保冷硬碳化物以VC、NbC、Mo2C6等形态存在，从而提高轧辊的耐磨性，冲击韧性，阻碍热疲劳氧化性裂纹的产生。
通过上述步骤，获得轧辊外层化学成分为：C：2.9％、Si：0.3％、Mn：0.2％、P：0.01％、S：0.01％、Cr：0.5％、Ni：3.5％、Mo：0.4％；V：0.2％、Nb：0.2％、Re：0.05％、其余为Fe；芯部化学成分为：C：3.3％、Si：2.3％、Mn：0.4％、P：0.01％、S：0.01％、Cr：0.15％、Mg：0.01％、其余为Fe；
获得轧辊基体组织：VC、NbC、Mo2C6粒状碳化物+贝氏体+少量马氏体，轧辊面硬度78HSD，符合硬度≥75HSD的要求。抗拉强度250Mpa，符合抗拉强度≥220MPa的要求；辊颈硬度40HSD，符合硬度≥38HSD的要求。抗拉强度500Mpa，符合抗拉强度≥450Mpa的要求；
见图1，经过金加工和装配后，轧辊组件由两根轧辊1组成，包括形状相同的上辊和下辊，轧辊1包括辊身1-1和辊颈1-2；本发明轧辊1辊身1-1上设置有8个半圆形凹槽2，半圆形凹槽2两两相邻，相邻的界面为切分轧辊的刀尖3，轧辊组件上辊辊身1-1和下辊辊身1-1切分刀尖3相对，两根轧辊1辊身1-1上的凹槽2构成圆孔。本发明通过在轧辊上加工出锋刃的半圆形刀口，从而将950℃-1050℃的钢件和钢棒切断，再进成品孔型轧成螺纹钢筋即可，具有加工效率高，加工产品一致性好的优越特性。
本发明辊身1-1和辊颈1-2通过倒角4光滑过渡，倒角4半径≥辊颈1-2直径的20％。
(实施例2)
本发明为一种含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊，该轧辊生产步骤为：
步骤一、配制化学成分：配制轧辊外层化学成分为：C：3％、Si：0.5％、Mn：0.4％、P：0.01％、S：0.01％、Cr：0.6％、Ni：3.8％、Mo：0.5％；V：0.2％、Nb：0.3％、其余为Fe；配制芯部化学成分为：C：3.3％、Si：2.3％、Mn：0.4％、P：0.01％、S：0.01％、Cr：0.15％、Mg：0.02％、其余为Fe；
步骤二、熔炼：通过两台电炉分别进行轧辊外层和芯部材料的熔炼，外层铁水温度达到1600℃后，保温5分钟后出炉到钢包，钢包内按每吨加入2kg重稀土变质剂的剂量预先加入钇基重稀土变质剂，当铁水温度降至1500℃时，将铁水浇入离心机上的铸型内；当轧辊外层内表面温度下降至1200℃以下时，将铁水倒入铸型内，辊芯铁水浇注温度为1350℃；辊芯铁水浇注完毕24小时后，取出轧辊进入缓冷坑，缓冷至室温后进行金加工；
步骤三、金加工：将凝固好的铸件进行车削；
步骤四、回火：回火温度500℃；回火时间：7h，回火3次。
通过上述步骤，获得轧辊外层化学成分为：C：3％、Si：0.5％、Mn：0.4％、P：0.01％、S：0.01％、Cr：0.6％、Ni：3.8％、Mo：0.5％；V：0.2％、Nb：0.3％、Re：0.08％、其余为Fe；芯部化学成分为：C：3.3％、Si：2.3％、Mn：0.4％、P：0.01％、S：0.01％、Cr：0.15％、Mg：0.02％、其余为Fe；
获得轧辊基体组织：VC、NbC、Mo2C6粒状碳化物+贝氏体+少量马氏体，轧辊面硬度80HSD，符合硬度≥75HSD的要求。抗拉强度270Mpa，符合抗拉强度≥220MPa的要求；辊颈硬度41HSD，符合硬度≥38HSD的要求。抗拉强度500Mpa，符合抗拉强度≥450Mpa的要求；
(实施例3)
本发明为一种含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊，该轧辊生产步骤为：
步骤一、配制化学成分：配制轧辊外层化学成分为：C：3.2％、Si：0.4％、Mn：0.5％、P：0.01％、S：0.01％、Cr：0.8％、Ni：3.8％、Mo：0.4％；V：0.2％、Nb：0.2％、其余为Fe；配制芯部化学成分为：C：3.3％、Si：2.4％、Mn：0.4％、P：0.01％、S：0.01％、Cr：0.15％、Mg：0.01％、其余为Fe；
步骤二、熔炼：通过两台电炉分别进行轧辊外层和芯部材料的熔炼，外层铁水温度达到1600℃后，保温5分钟后出炉到钢包，钢包内按每吨加入3kg重稀土变质剂的剂量预先加入钇基重稀土变质剂，当铁水温度降至1500℃时，将铁水浇入离心机上的铸型内；当轧辊外层内表面温度下降至1200℃以下时，将铁水倒入铸型内，辊芯铁水浇注温度为1350℃；辊芯铁水浇注完毕24小时后，取出轧辊进入缓冷坑，缓冷至室温后进行金加工；
步骤三、金加工：将凝固好的铸件进行车削；
步骤四、回火：回火温度550℃；回火时间：8h，回火3次。
通过上述步骤，获得轧辊外层化学成分为：C：3.2％、Si：0.4％、Mn：0.5％、P：0.01％、S：0.01％、Cr：0.8％、Ni：3.8％、Mo：0.4％；V：0.2％、Nb：0.2％、Re：0.1％、其余为Fe；芯部化学成分为：C：3.3％、Si：2.4％、Mn：0.4％、P：0.01％、S：0.01％、Cr：0.15％、Mg：0.01％、其余为Fe；
获得轧辊基体组织：VC、NbC、Mo2C6粒状碳化物+贝氏体+少量马氏体，轧辊面硬度82HSD，符合硬度≥75HSD的要求。抗拉强度280Mpa，符合抗拉强度≥220MPa的要求；辊颈硬度42HSD，符合硬度≥38HSD的要求。抗拉强度508Mpa，符合抗拉强度≥450Mpa的要求；
本发明在冷硬铸铁中加入钒、铌后，改变了碳化物的形态，可进一步提高冷硬铸铁的耐磨性，轧制韧性，提高红硬性，抗热疲劳裂纹性能，继续发挥其优良的性能，加工易切削，价格与贝氏体相等，只有高速钢轧辊的三分之一，轧制量在1500-1800吨之间，性价比高，且轧辊的硬变接近高速钢轧辊。浇注工艺上，采用离心浇注，硬度均匀性好，整个工作层基本无硬度差，冷硬模具涂层用醇基涂料，涂层2～3mm厚度，确保冷硬碳化物以VC、NbC、Mo2C6等形态存在，从而提高轧辊的耐磨性，冲击韧性，阻碍热疲劳氧化性裂纹的产生。
本发明热处理工艺，只采用3～4次低温回火处理，且不需像高速钢那样用水喷淬。因此轧辊可广泛应用于切分机架，窄带钢螺纹钢工作辊成品机架等。
本发明最大的亮点是通过加入适量的钇基重稀土变质剂，利用其在冶炼期间稀土活性元素的作用，去除钢中的有害元素的影响，净化铁水，提高纯净度，进一步保证轧辊的力学性能。加入量过少时，形成的稀土氧化物等高熔点非均质形核核心不足，组织晶粒细化程度不佳，且钢内有害杂质无法完全净化，不能最大程度的提高轧辊的综合性能。加入量过多时，经研究表明，由于钢液内部不能提供足够的能量起伏使所有的晶核有效长大，所以晶粒不能进一步细化，反而会继续长大，不利于轧辊综合性能的提高，且加入量增多还会增加企业生产成本。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊制造方法，其特征在于：所述含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊轧辊生产步骤为：
步骤一、配制化学成分：配制轧辊外层化学成分为：C：2.9～3.2％、Si：0.25～0.60％、Mn：0.2:～0.5％、P≤0.05％、S≤0.03％、Cr：0.5～0.8％、Ni：3.5～4.0％、Mo：0.3～0.6％；V：0.1～0.3％、Nb：0.1～0.3％、其余为Fe；配制芯部化学成分为：C：3.2～3.5％、Si：2.2～2.4％、Mn：0.3:～0.5％、P≤0.05％、S≤0.03％、Cr：0.15％、Mg≤0.04、其余为Fe；
步骤二、熔炼和浇注：通过两台电炉分别进行轧辊外层和芯部材料的熔炼，当外层铁水温度到温后，出炉到钢包，钢包内加入变质剂，再将铁水浇入离心机上的铸型内；当轧辊外层内表面温度下降至1200℃以下时，将辊芯铁水倒入铸型内；辊芯铁水浇注完毕后，取出轧辊进入缓冷坑，缓冷至室温后进行金加工；
步骤三、金加工：将凝固好的铸件进行车削；
步骤四、回火：回火温度450～550℃；根据轧辊直经尺寸确定回火时间，计算公式如下：t＝2.5D+15；其中t为回火时间，单位为min，D为轧辊直径，单位为mm；按照上述回火温度及计算的回火时间回火3～4次。
2.如权利要求1所述的含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊制造方法，其特征在于：所述步骤二中：外层铁水温度达到1420～1450℃后，保温4-6分钟后出炉到钢包，钢包内按每吨加入1～3kg重稀土变质剂的剂量预先加入钇基重稀土变质剂，当铁水温度至1450～1480℃时，将铁水浇入离心机上的铸型内；当轧辊外层内表面温度下降至1200℃以下时，将铁水倒入铸型内，辊芯铁水浇注温度为1320～1350℃；辊芯铁水浇注完毕24～48小时后，取出轧辊进入缓冷坑，缓冷至室温后进行金加工。
3.如权利要求2所述的含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊制造方法，其特征在于：所述步骤二中离心浇注的铸型内涂覆有醇基涂料，涂层厚度为2～3mm。
4.一种含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊，其特征在于：所述轧辊外层与芯部采用双化学成分配制；轧辊外层化学成分为：C：2.9～3.2％、Si：0.25～0.60％、Mn：0.2:～0.5％、P≤0.05％、S≤0.03％、Cr：0.5～0.8％、Ni：3.5～4.0％、Mo：0.3～0.6％；V：0.1～0.3％、Nb：0.1～0.3％、Re：≥0.05％、其余为Fe；芯部化学成分为：C：3.2～3.5％、Si：2.2～2.4％、Mn：0.3:～0.5％、P≤0.05％、S≤0.03％、Cr：0.15％、Mg≤0.04、其余为Fe。
5.如权利要求4所述的含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊，其特征在于：所述轧辊辊面硬度75-80HSD，抗拉强度≥220Mpa；辊颈硬度38-45HSD，抗拉强度≥450Mpa。
6.如权利要求4所述的含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊，其特征在于：所述轧辊基体组织：VC、NbC、Mo2C6粒状碳化物+贝氏体+少量马氏体。
7.一种含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊组件，其特征在于：所述轧辊组件由两根轧辊(1)组成，包括上辊和下辊，所述上辊和下辊形状相同，所述轧辊(1)包括辊身(1-1)和辊颈(1-2)；所述轧辊(1)辊身(1-1)上设置有两个以上的半圆形凹槽(2)，半圆形凹槽(2)两两相邻，相邻的界面为切分轧辊的刀尖(3)，所述轧辊组件上辊辊身(1-1)和下辊辊身(1-1)切分刀尖(3)相对，两根轧辊(1)辊身(1-1)上的凹槽(2)构成圆孔。
8.如权利要求7所述的含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊组件，其特征在于：所述辊身(1-1)和辊颈(1-2)通过倒角(4)光滑过渡，倒角(4)半径≥辊颈(1-2)直径的20％。
9.如权利要求7所述的含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊组件，其特征在于：所述辊身(1-1)上的凹槽(2)有5～12个。
10.如权利要求7所述的含铌、钒切分机架专用冷硬铸铁轧辊组件，其特征在于：所述辊身(1-1)上的凹槽(2)有8个。
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