CN108677083A - 一种热轧无缝钢管生产用合金辊环及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金技术领域，涉及一种热轧无缝钢管生产用合金辊环的生产方法。合金辊环，由外层和内层两层离心复合结构组成，所述辊环外层为高锰钼铸铁材质，内层为石墨钢材质。合金辊环的生产方法，采用离心复合铸造工艺，工艺方案还包括：离心冷型涂料的喷涂、金属液熔炼及变质处理、离心浇注、地坑保温、热处理。本发明工作层采用高锰钼铸铁材质，充分利用锰的高硬度、强度的强碳化物元素的特性及钼的高韧性、耐磨性，使其具有其高强度、高耐磨性、抗冷热疲劳性能，较普通珠光体和贝氏体辊环，其生产成本减少10～15%，而其使用寿命可提高2～3倍，可以替代传统珠光体和贝氏体辊环。

Description

一种热轧无缝钢管生产用合金辊环及其生产方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种热轧无缝钢管生产用合金辊环的生产方法。
背景技术
随着热轧无缝钢管市场规模的扩大，行业竞争的日益激烈，对轧机所用辊环的要求也在不断提高，尤其是在不增加成本的基础上提高辊环的寿命，提高辊环过钢钢量，减少辊环更换的次数，从而降低生产成本。目前热轧无缝钢管生产线广泛应用珠光体和贝氏体材质辊环，而使用的普通珠光体和贝氏体材质因使用寿命短，已经不能满足现在无缝钢管生产高节奏的需要。因此，开发出一种能够大幅提高使用寿命且价格低廉的新型合金辊环已成为行业发展的一种趋势。
锰是形成碳化物能力较强的元素，在一次结晶过程中，锰能够增加铸铁的过冷倾向，促进形成碳化物（Fe•Mn）3C，并且在辊环铁水凝固后，继续冷却发生的共析转变过程中，锰能够降低共析转变温度，从而稳定和细化珠光体基体组织，提高辊环的硬度、强度及耐磨性。此外，锰还能与硫结合成MnS，减轻硫对辊环的有害影响，所以锰是调节与控制辊环工作层基体组织和性能，特别是影响硬度的重要元素。在合金辊环成分设计中适当的提高Mn含量，可以使Mn的强碳化物能力充分发挥出来，进而提高辊环的硬度、强度和耐磨性。
钼可以细化δ（γ）相，使共晶组织细小，能够细化并增加珠光体含量，提高其弥散度，并强化珠光体中的铁素体，同时还能够阻止碳化物沿晶界析出进而提高韧性，所以适当提高钼元素含量有利于改善辊环工作层的韧性、耐磨性和耐热性。
充分利用锰、钼元素和铸铁材质的特性，通过合理的成分设计，研发出一种应用于热轧无缝钢管生产线的合金辊环轧制表面材料，使其具有其高强度、高耐磨性、抗冷热疲劳性能和低廉的价格，可以替代传统珠光体和贝氏体辊环。但由于无缝钢管生产过程中，对辊环产生较大的径向作用力，要求辊环与轴之间具有一定的柔韧性，而高锰钼铸铁材质由于具有高强度，其柔韧性较差，而石墨钢材质材质具有柔韧性强的特性。采用离心复合技术是生产双层复合铸件的常用手段，但高锰钼铸铁材质与石墨钢材质的存在不易结合问题与不同材质层的应力不均问题，急需发明一种能够生产外层为高锰钼铸铁材质，芯部石墨钢材质的辊环的工艺技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有其高强度、高耐磨性、抗冷热疲劳性能和低廉价格的热轧无缝钢管生产用合金辊环，同时还提供一种热轧无缝钢管生产用合金辊环的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种热轧无缝钢管生产用合金辊环，由外层和内层两层离心复合结构组成，所述辊环外层为高锰钼铸铁材质，内层为石墨钢材质。
如上所述的热轧无缝钢管生产用合金辊环，所述辊环外层高锰钼铸铁材质的化学成分组成及质量百分含量为：C：2.50～2.70%、Si：1.00～1.20%、Mn：3.70～3.90%、P≤0.020%、S≤0.020%、Ni：0.80～1.00%、Cr：0.60～0.80%、Mo：3.40～3.60%、V：0.50～0.60%，余量为铁及不可避免的杂质。
如上所述的热轧无缝钢管生产用合金辊环，所述辊环内层石墨钢材质的化学成分组成及质量百分含量为：C：1.10～1.30%、Si：1.60～1.80%、Mn：0.50～0.70%、P≤0.030%、S≤0.020%、Ni≤0.10%、Cr≤0.10%、Mo≤0.10%，余量为铁及不可避免的杂质。
生产如上所述热轧无缝钢管生产用合金辊环的生产方法，采用离心复合铸造工艺，工艺方案还包括：
A、离心冷型涂料的喷涂：
喷涂时冷型温度控制在200～230℃，离心机转速500r/min，涂料层厚度2.5～3.0mm；
B、金属液熔炼：按辊环设计材质成分分别在中频感应炉进行外层高锰钼铸铁铁液熔炼和内层石墨钢液的熔炼；
C、金属液熔炼及变质处理：
外层金属料完全融化后，在铁液面加入碎玻璃防止氧化，加入量为每吨金属液5kg ～6kg，出铁前8min～ 10min在炉内加入铁水量0.4%～0.6%的钒铁，粒度10mm～20mm，出铁前5min ～7min加入1.0%的氮化铬铁、粒度20mm～40mm。
高锰钼铸铁铁液出铁前浇注包内加入铁水量0.26%～0.28%的硅锆合金和0.4%～0.6%的变质处理剂；
内层金属料完全融化后，在钢液液面加入碎玻璃防止氧化，加入量为每吨金属液5～6kg，出钢前包底加入钢水量0.5%的75SiFe，0.05%的铝饼，0.2%～0.4%的变质处理剂。
D、离心浇注：
当炉内铁、钢水的化学成分冶炼合格后，进行离心浇注；
离心浇注时冷型温度要求：130～150℃，第一次浇注外层铁水，出炉温度1490～1510 ℃，浇注温度1430～1440℃；浇注完成后，立即向冷型内腔加入界面保护剂；
当外层内表面温度达到1290～1310℃时，浇注内层钢水，出炉温度1600～1620℃，浇 注温度1530～1540℃，钢水浇注完成后，立即向冷型内腔加入界面保护剂；
当内层内表面温度达到1220～1240℃时，停止离心机旋转；
E、地坑保温：
离心机停转后，将冷型吊入地坑中，扣保温罩保温，内层内表面温度≥700℃时，拆除保温罩，内层内表面温度≥100℃时开箱。
F、热处理：
毛坯采用高温去应力退火、粗加工后采用正火+二次回火热处理工艺。
如上所述热轧无缝钢管生产用合金辊环的生产方法，所述变质处理剂化学成分为：RE：22.0～24.0%、Ce/RE≥46%、Si≤44.0%、Mn≤2.5%、Ca≤5.0%、Ti≤2.0%，余量为Fe。
如上所述热轧无缝钢管生产用合金辊环的生产方法，所述界面保护剂为“O”型玻璃渣和硼砂，“O”型玻璃渣加入量为每平方米冷型内表面加入7kg ～8kg，硼砂加入量为每平方米冷型内表面加入1.5kg ～2.0kg。
如上所述热轧无缝钢管生产用合金辊环的生产方法，所述毛坯采用高温去应力退火工艺为：毛坯以4～5℃/h升温到350～360℃，保温2～2.2h，然后以8～10℃/h升温到680～690℃，保温4～4.2h，以25～30℃/h升温到855～865℃，保温4～4.2h，然后以35～40℃/h控制冷却至745～755℃，保温10～10.2h，以5～20℃/h随炉冷却至20～100℃出炉。
如上所述热轧无缝钢管生产用合金辊环的生产方法，所述粗加工后采用正火+二次回火工艺为：粗加工辊环先以8～10℃/h升温至300～310℃，保温5～5.2h，再以13～15℃/h升温至680～690℃，保温8～8.2h，再以热处理炉的全功率升温至895～905℃，保温2～2.2h,然后风冷至445～455℃、空冷至340～350℃后保温2～2.2h，最后进行二次回火处理，第一次回火以13～15℃/h升温至445～455℃,保温10～10.2h，以5～15℃/h随炉冷却至75～85℃，保温4～4.2h，第二次回火以8～10℃/h升温至445～455℃,保温15～15.2h，最后以3～15℃/h随炉冷却至30～80℃出炉。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明工作层采用高锰钼铸铁材质，充分利用锰的高硬度、强度的强碳化物元素的特性及钼的高韧性、耐磨性，使其具有其高强度、高耐磨性、抗冷热疲劳性能，较普通珠光体和贝氏体辊环，其生产成本减少10%～15%，而其使用寿命可提高2～3倍，可以替代传统珠光体和贝氏体辊环。
附图说明
图1为高温去应力退火热处理工艺图；
图2为正火+二次回火热处理工艺图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步详细说明。
实施例1
本实施例离心复合辊环规格为Φ280*157，辊号为16L3246，结构为两层离心复合结构，外层材质为高锰钼铸铁，内层材质为石墨钢，各层材质化学成分组成及质量百分含量见表1、表2。
本实施例离心复合辊环生产工艺还包括如下所述工艺步骤：
（1）铁、钢水变质处理工序：分别采用1.5t、1t中频感应炉熔炼其外层铁水和内层钢水。
外层金属料完全融化后，在铁液面加入碎玻璃防止氧化，加入量为每吨金属液5.3kg，出铁前10min在炉内加入铁水量0.4%的钒铁，粒度10mm，出铁前7min加入1.0%的氮化铬铁、粒度24mm；
高锰钼铸铁铁液出铁前浇注包内加入铁水量0.28%的硅锆合金和0.4%的变质处理剂；
内层金属料完全融化后，在钢液液面加入碎玻璃防止氧化，加入量为每吨金属液6kg，出钢前包底加入钢水量0.5%的75SiFe，0.05%的铝饼，0.4%的变质处理剂。
（2）离心浇注工序：外层浇注温度1436℃，浇注时离心机转速为1100转/分钟，浇注时冷型温度控制为136℃；在离心过程中当外层内表面温度达到1310℃时，开始浇注内层钢水，浇注温度1534℃；内层钢水浇注完毕后，当型腔内的钢水完全凝固，内表面温度降至1225℃，离心机减速停转。
（3）热处理工序：冷型停转后5min扣保温罩，保温6h后拆除保温罩，铸型放于干燥背风处；型内保温24h后开箱，毛坯辊环清砂后进行高温去应力退火热处理，毛坯以4℃/h升温到350℃，保温2h，然后以8℃/h升温到680℃，保温4h，以25℃/h升温到855℃，保温4h，然后以35℃/h控制冷却至745℃，保温10h，以5℃/h随炉冷却至20℃出炉。
退火完成后按照图纸进行粗加工，完成后进行正火+二次回火热处理，粗加工辊环先以8℃/h升温至300℃，保温5h，再以13℃/h升温至680℃，保温8h，再以热处理炉的全功率升温至895℃，保温2h,然后风冷至445℃、空冷至340℃后保温2h，最后进行二次回火处理，第一次回火以13℃/h升温至445℃,保温10h，以5℃/h随炉冷却至75℃，保温4h，第二次回火以8℃/h升温至445℃,保温15h，最后以3℃/h随炉冷却至30℃出炉。热处理完成后，辊环进行精加工，经检验合格后入库。
本实施例合金辊环性能见表3。
实施例2
本实施例合金辊环规格为Φ280*157，辊号为16L3287，结构为两层离心复合结构，外层材质为高锰钼铸铁，内层材质为石墨钢，各层材质化学成分组成及质量百分含量见表1、表2。
本实施例合金辊环生产工艺包括铁、钢水变质处理、离心浇注、热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）铁、钢水变质处理工序：分别采用1.5t、1t中频感应炉熔炼其外层铁水和内层钢水。
外层金属料完全融化后，在铁液面加入碎玻璃防止氧化，加入量为每吨金属液5kg，出铁前8min在炉内加入铁水量0.6%的钒铁，粒度13mm，出铁前6min 加入1.0%的氮化铬铁、粒度20mm；
高锰钼铸铁铁液出铁前浇注包内加入铁水量0.27%的硅锆合金和0.5%的变质处理剂；
内层金属料完全融化后，在钢液液面加入碎玻璃防止氧化，加入量为每吨金属液5.5kg，出钢前包底加入钢水量0.5%的75SiFe，0.05%的铝饼，0.3%的变质处理剂。
（2）离心浇注工序：外层浇注温度1438℃，浇注时离心机转速为1100转/分钟，浇注时冷型温度控制为135℃；在离心过程中当外层内表面温度达到1295℃时，开始浇注内层钢水，浇注温度1537℃；内层钢水浇注完毕后，当型腔内的钢水完全凝固，内表面温度降至1228℃，离心机减速停转。
（3）热处理工序：冷型停转后5min扣保温罩，保温6h后拆除保温罩，铸型放于干燥背风处；型内保温24h后开箱，毛坯辊环清砂后进行高温去应力退火热处理，毛坯以5℃/h升温到360℃，保温2.2h，然后以10℃/h升温到690℃，保温4.2h，以30℃/h升温到865℃，保温4.2h，然后以40℃/h控制冷却至755℃，保温10.2h，以20℃/h随炉冷却至100℃出炉。
退火完成后按照图纸进行粗加工，完成后进行正火+二次回火热处理，粗加工辊环先以10℃/h升温至310℃，保温5.2h，再以15℃/h升温至690℃，保温8.2h，再以热处理炉的全功率升温至905℃，保温2.2h,然后风冷至455℃、空冷至350℃后保温2.2h，最后进行二次回火处理，第一次回火以15℃/h升温至455℃,保温10.2h，以15℃/h随炉冷却至85℃，保温4.2h，第二次回火以10℃/h升温至455℃,保温15.2h，最后以15℃/h随炉冷却至80℃出炉。热处理完成后，辊环进行精加工，经检验合格后入库。
本实施例合金辊环性能见表3。
实施例3
本实施例合金辊环规格为Φ280*157，辊号为16L3302，结构为两层离心复合结构，外层材质为高锰钼铸铁，内层材质为石墨钢，各层材质化学成分组成及质量百分含量见表1、表2。
本实施例合金辊环生产工艺包括铁、钢水变质处理、离心浇注、热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）铁、钢水变质处理工序：分别采用1.5t、1t中频感应炉熔炼其外层铁水和内层钢水。
外层金属料完全融化后，在铁液面加入碎玻璃防止氧化，加入量为每吨金属液5.7kg，出铁前9min在炉内加入铁水量0.5%的钒铁，粒度18mm，出铁前6min加入1.0%的氮化铬铁、粒度27mm；
高锰钼铸铁铁液出铁前浇注包内加入铁水量0.26%的硅锆合金和0.4%的变质处理剂；
内层金属料完全融化后，在钢液液面加入碎玻璃防止氧化，加入量为每吨金属液5.4kg，出钢前包底加入钢水量0.5%的75SiFe，0.05%的铝饼，0.2%的变质处理剂。
（2）离心浇注工序：外层浇注温度1440℃，浇注时离心机转速为1100转/分钟，浇注时冷型温度控制为130℃；在离心过程中当外层内表面温度达到1297℃时，开始浇注内层钢水，浇注温度1530℃；内层钢水浇注完毕后，当型腔内的钢水完全凝固，内表面温度降至1237℃，离心机减速停转。
（3）热处理工序：冷型停转后5min扣保温罩，保温6h后拆除保温罩，铸型放于干燥背风处；型内保温24h后开箱，毛坯辊环清砂后进行高温去应力退火热处理，毛坯以4.5℃/h升温到355℃，保温2.1h，然后以9℃/h升温到685℃，保温4.1h，以28℃/h升温到860℃，保温4.1h，然后以38℃/h控制冷却至750℃，保温10.1h，以10℃/h随炉冷却至60℃出炉。
退火完成后按照图纸进行粗加工，完成后进行正火+二次回火热处理，
粗加工辊环先以9℃/h升温至305℃，保温5.1h，再以14℃/h升温至685℃，保温8.1h，再以热处理炉的全功率升温至900℃，保温2.1h,然后风冷至450℃、空冷至345℃后保温2.1h，最后进行二次回火处理，第一次回火以14℃/h升温至450℃,保温10.1h，以10℃/h随炉冷却至80℃，保温4.1h，第二次回火以9℃/h升温至450℃,保温15.1h，最后以9℃/h随炉冷却至55℃出炉。热处理完成后，辊环进行精加工，经检验合格后入库。
本实施例合金辊环性能见表3。
实施例4
本实施例合金辊环规格为Φ280*157，辊号为16L3375，结构为两层离心复合结构，外层材质为高锰钼铸铁，内层材质为石墨钢，各层材质化学成分组成及质量百分含量见表1、表2。
本实施例合金辊环生产工艺包括铁、钢水变质处理、离心浇注、热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）铁、钢水变质处理工序：分别采用1.5t、1t中频感应炉熔炼其外层铁水和内层钢水。
外层金属料完全融化后，在铁液面加入碎玻璃防止氧化，加入量为每吨金属液6kg，出铁前10min在炉内加入铁水量0.6%的钒铁，粒度20mm，出铁前7min加入1.0%的氮化铬铁、粒度32mm；
高锰钼铸铁铁液出铁前浇注包内加入铁水量0.28%的硅锆合金和0.6%的变质处理剂；
内层金属料完全融化后，在钢液液面加入碎玻璃防止氧化，加入量为每吨金属液5.1kg，出钢前包底加入钢水量0.5%的75SiFe，0.05%的铝饼，0.3%的变质处理剂。
（2）离心浇注工序：外层浇注温度1437℃，浇注时离心机转速为1100转/分钟，浇注时冷型温度控制为139℃；在离心过程中当外层内表面温度达到1290℃时，开始浇注内层钢水，浇注温度1532℃；内层钢水浇注完毕后，当型腔内的钢水完全凝固，内表面温度降至1220℃，离心机减速停转。
（3）热处理工序：冷型停转后5min扣保温罩，保温6h后拆除保温罩，铸型放于干燥背风处；型内保温24h后开箱，毛坯辊环清砂后进行高温去应力退火热处理，毛坯以4.1℃/h升温到360℃，保温2.2h，然后以8℃/h升温到690℃，保温4.2h，以26℃/h升温到865℃，保温4.2h，然后以36℃/h控制冷却至754℃，保温10.2h，以5℃/h随炉冷却至96℃出炉。
退火完成后按照图纸进行粗加工，完成后进行正火+二次回火热处理，
粗加工辊环先以8℃/h升温至308℃，保温5.1h，再以13℃/h升温至687℃，保温8.2h，再以热处理炉的全功率升温至895℃，保温2.2h,然后风冷至453℃、空冷至342℃后保温2.2h，最后进行二次回火处理，第一次回火以13℃/h升温至453℃,保温10.1h，以6℃/h随炉冷却至84℃，保温4.1h，第二次回火以8℃/h升温至453℃,保温15.2h，最后以3℃/h随炉冷却至79℃出炉。热处理完成后，辊环进行精加工，经检验合格后入库。
本实施例合金辊环性能见表3。
实施例5
本实施例合金辊环规格为Φ280*157，辊号为16L3383，结构为两层离心复合结构，外层材质为高锰钼铸铁，内层材质为石墨钢，各层材质化学成分组成及质量百分含量见表1、表2。
本实施例合金辊环生产工艺包括铁、钢水变质处理、离心浇注、热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）铁、钢水变质处理工序：分别采用1.5t、1t中频感应炉熔炼其外层铁水和内层钢水。
外层金属料完全融化后，在铁液面加入碎玻璃防止氧化，加入量为每吨金属液5.4kg，出铁前8min在炉内加入铁水量0.5%的钒铁，粒度15mm，出铁前5min 加入1.0%的氮化铬铁、粒度35mm；
高锰钼铸铁铁液出铁前浇注包内加入铁水量0.27%的硅锆合金和0.4%的变质处理剂；
内层金属料完全融化后，在钢液液面加入碎玻璃防止氧化，加入量为每吨金属液5.7kg，出钢前包底加入钢水量0.5%的75SiFe，0.05%的铝饼，0.3%的变质处理剂。
（2）离心浇注工序：外层浇注温度1431℃，浇注时离心机转速为1100转/分钟，浇注时冷型温度控制为150℃；在离心过程中当外层内表面温度达到1308℃时，开始浇注内层钢水，浇注温度1537℃；内层钢水浇注完毕后，当型腔内的钢水完全凝固，内表面温度降至1229℃，离心机减速停转。
（3）热处理工序：冷型停转后5min扣保温罩，保温6h后拆除保温罩，铸型放于干燥背风处；型内保温24h后开箱，毛坯辊环清砂后进行高温去应力退火热处理，毛坯以5℃/h升温到351℃，保温2h，然后以10℃/h升温到680℃，保温4h，以30℃/h升温到856℃，保温4h，然后以40℃/h控制冷却至746℃，保温10h，以20℃/h随炉冷却至20℃出炉。
粗加工辊环先以10℃/h升温至300℃，保温5.1h，再以15℃/h升温至680℃，保温8h，再以热处理炉的全功率升温至900℃，保温2.1h,然后风冷至455℃、空冷至350℃后保温2.1h，最后进行二次回火处理，第一次回火以15℃/h升温至446℃,保温10.1h，以15℃/h随炉冷却至75℃，保温4.1h，第二次回火以10℃/h升温至445℃,保温15.1h，最后以15℃/h随炉冷却至30℃出炉。热处理完成后，辊环进行精加工，经检验合格后入库。
本实施例合金辊环性能见表3。
实施例6
本实施例合金辊环规格为Φ280*157，辊号为16L3405，结构为两层离心复合结构，外层材质为高锰钼铸铁，内层材质为石墨钢，各层材质化学成分组成及质量百分含量见表1、表2。
本实施例合金辊环生产工艺包括铁、钢水变质处理、离心浇注、热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）铁、钢水变质处理工序：分别采用1.5t、1t中频感应炉熔炼其外层铁水和内层钢水。
外层金属料完全融化后，在铁液面加入碎玻璃防止氧化，加入量为每吨金属液5.2kg，出铁前10min在炉内加入铁水量0.5%的钒铁，粒度17mm，出铁前7min加入1.0%的氮化铬铁、粒度40mm；
高锰钼铸铁铁液出铁前浇注包内加入铁水量0.26%的硅锆合金和0.6%的变质处理剂；
内层金属料完全融化后，在钢液液面加入碎玻璃防止氧化，加入量为每吨金属液5kg，出钢前包底加入钢水量0.5%的75SiFe，0.05%的铝饼，0.2%的变质处理剂。
（2）离心浇注工序：外层浇注温度1435℃，浇注时离心机转速为1100转/分钟，浇注时冷型温度控制为142℃；在离心过程中当外层内表面温度达到1304℃时，开始浇注内层钢水，浇注温度1534℃；内层钢水浇注完毕后，当型腔内的钢水完全凝固，内表面温度降至1232℃，离心机减速停转。
（3）热处理工序：冷型停转后5min扣保温罩，保温6h后拆除保温罩，铸型放于干燥背风处；型内保温24h后开箱，毛坯辊环清砂后进行高温去应力退火热处理，毛坯以5℃/h升温到355℃，保温2h，然后以10℃/h升温到685℃，保温4h，以30℃/h升温到860℃，保温4h，然后以40℃/h控制冷却至750℃，保温10h，以20℃/h随炉冷却至59℃出炉。
粗加工辊环先以10℃/h升温至304℃，保温5h，再以15℃/h升温至684℃，保温8h，再以热处理炉的全功率升温至902℃，保温2.1h,然后风冷至450℃、空冷至345℃后保温2.1h，最后进行二次回火处理，第一次回火以15℃/h升温至450℃,保温10.1h，以15℃/h随炉冷却至80℃，保温4.1h，第二次回火以10℃/h升温至450℃,保温15.1h，最后以15℃/h随炉冷却至61℃出炉。热处理完成后，辊环进行精加工，经检验合格后入库。
本实施例合金辊环性能见表3。
实施例7
本实施例合金辊环规格为Φ280*157，辊号为16L3467，结构为两层离心复合结构，外层材质为高锰钼铸铁，内层材质为石墨钢，各层材质化学成分组成及质量百分含量见表1、表2。
本实施例合金辊环生产工艺包括铁、钢水变质处理、离心浇注、热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）铁、钢水变质处理工序：分别采用1.5t、1t中频感应炉熔炼其外层铁水和内层钢水。
外层金属料完全融化后，在铁液面加入碎玻璃防止氧化，加入量为每吨金属液5.5kg，出铁前9min在炉内加入铁水量0.4%的钒铁，粒度14mm，出铁前6min加入1.0%的氮化铬铁、粒度28mm；
高锰钼铸铁铁液出铁前浇注包内加入铁水量0.28%的硅锆合金和0.5%的变质处理剂；
内层金属料完全融化后，在钢液液面加入碎玻璃防止氧化，加入量为每吨金属液5.3kg，出钢前包底加入钢水量0.5%的75SiFe，0.05%的铝饼，0.4%的变质处理剂。
（2）离心浇注工序：外层浇注温度1430℃，浇注时离心机转速为1100转/分钟，浇注时冷型温度控制为147℃；在离心过程中当外层内表面温度达到1301℃时，开始浇注内层钢水，浇注温度1531℃；内层钢水浇注完毕后，当型腔内的钢水完全凝固，内表面温度降至1240℃，离心机减速停转。
（3）热处理工序：冷型停转后5min扣保温罩，保温6h后拆除保温罩，铸型放于干燥背风处；型内保温24h后开箱，毛坯辊环清砂后进行高温去应力退火热处理，毛坯以4℃/h升温到355℃，保温2.1h，然后以8℃/h升温到685℃，保温4.1h，以25℃/h升温到860℃，保温4.1h，然后以35℃/h控制冷却至750℃，保温10.1h，以5℃/h随炉冷却至61℃出炉。
粗加工辊环先以8℃/h升温至304℃，保温5.1h，再以13℃/h升温至686℃，保温8.1h，再以热处理炉的全功率升温至898℃，保温2.1h,然后风冷至450℃、空冷至345℃后保温2.1h，最后进行二次回火处理，第一次回火以13℃/h升温至450℃,保温10h，以13℃/h随炉冷却至80℃，保温4h，第二次回火以8℃/h升温至451℃,保温15h，最后以13℃/h随炉冷却至58℃出炉。热处理完成后，辊环进行精加工，经检验合格后入库。
本实施例合金辊环性能见表3。
实施例8
本实施例合金辊环规格为Φ280*157，辊号为16L3484，结构为两层离心复合结构，外层材质为高锰钼铸铁，内层材质为石墨钢，各层材质化学成分组成及质量百分含量见表1、表2。
本实施例合金辊环生产工艺包括铁、钢水变质处理、离心浇注、热处理工序，具体工艺步骤如下所述：
（1）铁、钢水变质处理工序：分别采用1.5t、1t中频感应炉熔炼其外层铁水和内层钢水。
外层金属料完全融化后，在铁液面加入碎玻璃防止氧化，加入量为每吨金属液5.8kg，出铁前8min在炉内加入铁水量0.5%的钒铁，粒度13mm，出铁前5min加入1.0%的氮化铬铁、粒度33mm；
高锰钼铸铁铁液出铁前浇注包内加入铁水量0.27%的硅锆合金和0.4%的变质处理剂；
内层金属料完全融化后，在钢液液面加入碎玻璃防止氧化，加入量为每吨金属液5.6kg，出钢前包底加入钢水量0.5%的75SiFe，0.05%的铝饼，0.3%的变质处理剂。
（2）离心浇注工序：外层浇注温度1432℃，浇注时离心机转速为1100转/分钟，浇注时冷型温度控制为141℃；在离心过程中当外层内表面温度达到1298℃时，开始浇注内层钢水，浇注温度1540℃；内层钢水浇注完毕后，当型腔内的钢水完全凝固，内表面温度降至1238℃，离心机减速停转。
（3）热处理工序：冷型停转后5min扣保温罩，保温6h后拆除保温罩，铸型放于干燥背风处；型内保温24h后开箱，毛坯辊环清砂后进行高温去应力退火热处理，毛坯以4℃/h升温到358℃，保温2h，然后以10℃/h升温到683℃，保温4h，以25℃/h升温到857℃，保温4h，然后以35℃/h控制冷却至747℃，保温10h，以5℃/h随炉冷却至90℃出炉。
粗加工辊环先以8℃/h升温至306℃，保温5h，再以13℃/h升温至681℃，保温8.1h，再以热处理炉的全功率升温至904℃，保温2h,然后风冷至453℃、空冷至343℃后保温2h，最后进行二次回火处理，第一次回火以13℃/h升温至452℃,保温10.2h，以13℃/h随炉冷却至77℃，保温4h，第二次回火以8℃/h升温至449℃,保温15.1h，最后以13℃/h随炉冷却至34℃出炉。热处理完成后，辊环进行精加工，经检验合格后入库。
本实施例合金辊环性能见表3。
表1 实施例1～8 Φ280×157辊环外层化学成分（%）
表2 实施例1～8 Φ280×157辊环内层化学成分（%）
表3实施例1～8 Φ280×157辊环性能
由表3可知，本发明铸造的高锰钼铸铁合金辊环具有硬度高，硬度落差小，耐磨性好等优点，在实际应用中取得了良好的经济效益。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种热轧无缝钢管生产用合金辊环，由外层和内层两层离心复合结构组成，其特征在于，所述辊环外层为高锰钼铸铁材质，内层为石墨钢材质。
2.如权利要求1所述的热轧无缝钢管生产用合金辊环，其特征在于，所述辊环外层高锰钼铸铁材质的化学成分组成及质量百分含量为：C：2.50～2.70%、Si：1.00～1.20%、Mn：3.70～3.90%、P≤0.020%、S≤0.020%、Ni：0.80～1.00%、Cr：0.60～0.80%、Mo：3.40～3.60%、V：0.50～0.60%，余量为铁及不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的热轧无缝钢管生产用合金辊环，其特征在于，所述辊环内层石墨钢材质的化学成分组成及质量百分含量为：C：1.10～1.30%、Si：1.60～1.80%、Mn：0.50～0.70%、P≤0.030%、S≤0.020%、Ni≤0.10%、Cr≤0.10%、Mo≤0.10%，余量为铁及不可避免的杂质。
4.基于权利要求1～3任意一项所述的热轧无缝钢管生产用合金辊环的生产方法，采用离心复合铸造工艺，其特征在于，还包括如下工序：
A、离心冷型涂料的喷涂：
喷涂时冷型温度控制在200～230℃，离心机转速500r/min，涂料层厚度2.5～3.0mm；
B、金属液熔炼：按辊环设计材质成分分别在中频感应炉进行外层高锰钼铸铁铁液熔炼和内层石墨钢液的熔炼；
C、金属液熔炼及变质处理：
外层金属料完全融化后，在铁液面加入碎玻璃防止氧化，加入量为每吨金属液5kg～6kg，出铁前8min～ 10min在炉内加入铁水量0.4%～0.6%的钒铁，粒度10mm～20mm，出铁前5min ～7min加入1.0%的氮化铬铁、粒度20mm～40mm；
高锰钼铸铁铁液出铁前浇注包内加入铁水量0.26%～0.28%的硅锆合金和0.4%～0.6%的变质处理剂；
内层金属料完全融化后，在钢液液面加入碎玻璃防止氧化，加入量为每吨金属液5kg～6kg，出钢前包底加入钢水量0.5%的75SiFe，0.05%的铝饼，0.2%～0.4%的变质处理剂；
D、离心浇注：
当炉内铁、钢水的化学成分冶炼合格后，进行离心浇注；
离心浇注时冷型温度要求：130℃～150℃，第一次浇注外层铁水，出炉温度1490℃～1510℃，浇注温度1430℃～1440℃；浇注完成后，立即向冷型内腔加入界面保护剂；
当外层内表面温度达到1290℃～1310℃时，浇注内层钢水，出炉温度1600℃～1620℃，浇注温度1530℃～1540℃，钢水浇注完成后，立即向冷型内腔加入界面保护剂；
当内层内表面温度达到1220℃～1240℃时，停止离心机旋转；
E、地坑保温：
离心机停转后，将冷型吊入地坑中，扣保温罩保温，内层内表面温度≥700℃时拆除保温罩，内层内表面温度≥100℃时开箱；
F、热处理：
毛坯采用高温去应力退火、粗加工后采用正火+二次回火热处理工艺。
5.如权利要求4所述热轧无缝钢管生产用合金辊环的生产方法，其特征在于所述变质处理剂化学成分为：RE：22.0～24.0%、Ce/RE≥46%、Si≤44.0%、Mn≤2.5%、Ca≤5.0%、Ti≤2.0%，余量为Fe。
6.如权利要求4所述热轧无缝钢管生产用合金辊环的生产方法，其特征在于所述界面保护剂为“O”型玻璃渣和硼砂，“O”型玻璃渣加入量为每平方米冷型内表面加入7kg ～8kg，硼砂加入量为每平方米冷型内表面加入1.5kg ～2.0kg。
7.如权利要求4所述热轧无缝钢管生产用合金辊环的生产方法，其特征在于所述毛坯采用高温去应力退火工艺为：毛坯以4～5℃/h升温到350～360℃，保温2～2.2h，然后以8～10℃/h升温到680～690℃，保温4～4.2h，以25～30℃/h升温到855～865℃，保温4～4.2h，然后以35～40℃/h控制冷却至745～755℃，保温10～10.2h，以5～20℃/h随炉冷却至20～100℃出炉。
8.如权利要求4所述热轧无缝钢管生产用合金辊环的生产方法，其特征在于所述粗加工后采用正火+二次回火工艺为：粗加工辊环先以8～10℃/h升温至300～310℃，保温5～5.2h，再以13～15℃/h升温至680～690℃，保温8～8.2h，再以热处理炉的全功率升温至895～905℃，保温2～2.2h,然后风冷至445～455℃、空冷至340～350℃后保温2～2.2h，最后进行二次回火处理，第一次回火以13～15℃/h升温至445～455℃,保温10～10.2h，以5～15℃/h随炉冷却至75～85℃，保温4～4.2h，第二次回火以8～10℃/h升温至445～455℃,保温15～15.2h，最后以3～15℃/h随炉冷却至30～80℃出炉。
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