CN111101053B - 一种线棒材粗轧机架用工作辊及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种线棒材粗轧机架用工作辊，其化学组分及各组分重量百分含量为：C 2.9～3.6%、Si 1.2～2.0%、Mn 0.3～0.8%、Cr 0.2～1.0%、Ni 1.0～2.0%、Mo 0.2～0.5%、P≤0.15、S≤0.3，其余为Fe和不可避免的杂质；其制造方法为整体浇注制造成的珠光体球墨铸铁毛坯经粗加工后淬火热处理得到组织为贝氏体+回火索氏体+碳化物的粗轧机架用工作辊，本发明整体浇注制造成的珠光体球墨铸铁毛坯经粗加工后淬火热处理，不仅降低了工作层内外硬度落差，而且提高了耐磨性，还降低了轧辊槽底热裂纹出现的几率。

Description

一种线棒材粗轧机架用工作辊及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种线棒材粗轧机架用工作辊及其制造方法，属于轧钢技术领域。
背景技术
近年来，随着国内外线棒材轧机轧制高速化、连续化的发展，以及轧材不断的提高，钢厂对轧辊适用性要求越来越高。粗轧机架具有轧制温度高、轧制速度低以及压下量大的特点，特别是近年来轧材定尺长，粗轧轧辊烘热时间久，因而不仅要求轧辊耐磨性好、强度高，而且还要具有更好的抗热裂性和强韧性。目前，线棒材粗轧机架一般选用传统的珠光体球墨铸铁轧辊，该产品在使用过程中存在以下问题：
1、轧辊工作层内外性能差异较大，传统的珠光体球墨铸铁轧辊一般采用整体铸造的方法，制备出来的珠光体球墨铸铁轧辊工作层内外硬度落差非常大，100mm的工作层内外硬度落差可达10HSD，导致轧辊使用过程中耐磨性显著下降，在线轧制使用时间短，影响轧制效率。
2、珠光体球墨铸铁轧辊耐磨性差，导致抗热裂性能差，槽底热裂纹严重，单次轧制量低且影响轧制质量。由于粗轧机架轧制温度高且轧速慢，辊身表面温度较高，珠光体球墨铸铁产品基体以珠光体组织为主，基体强度低，在钢坯不断的冲击下，轧辊槽底容易出现热裂纹，不能保持较好孔型，导致粗轧后不能保证好的料型，影响后续轧制质量。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种线棒材粗轧机架用工作辊及其制造方法，整体浇注制造成的珠光体球墨铸铁毛坯经粗加工后淬火热处理，不仅降低了工作层内外硬度落差，而且提高了耐磨性，还降低了轧辊槽底热裂纹出现的几率。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种线棒材粗轧机架用工作辊，其化学组分及各组分重量百分含量为：C 2.9～3.6％、Si 1.2～2.0％、Mn 0.3～0.8％、Cr 0.2～1.0％、Ni 1.0～2.0％、Mo 0.2～0.5％、P≤0.15、S≤0.3，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：一种线棒材粗轧机架用工作辊的制造方法，整体浇注制造成的珠光体球墨铸铁毛坯经粗加工后淬火热处理得到组织为贝氏体+回火索氏体+碳化物的粗轧机架用工作辊，所述淬火热处理包括以下工艺步骤：
步骤A、高温淬火，经过粗加工后的半成品工作辊在空气炉中升温至800℃～950℃保温，高温淬火保温时间根据公式t＝(0.5～3.5)φ/100+(8～12)确定，其中t表示高温淬火保温时间，单位为h,φ表示半成品工作辊辊身直径mm；
步骤B、冷却，半成品工作辊高温出炉后首先进行喷水冷却，喷水结束后，立即进行喷水雾处理，喷水雾结束后，立即使用转轴流风机吹风处理，终冷温度350℃～450℃；
步骤C、高温回火，冷却后的半成品工作辊放入空气炉内，升温至回火温度保温一定时间后以15℃/min的速率降温至120℃出炉，回火温度为450℃～600℃，回火保温时间为高温淬火保温时间的1.5倍。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤B中喷水水压2.0MPa～4.0MPa，喷水流量6.0m3/h～8.0m3/h，喷水时间2min～5min。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤B中喷水雾水压2.0MPa～4.0MPa，喷水雾流量3.0m3/h～5.0m3/h，喷水雾时间3min～10min，吹风时间20min～35min。
本发明技术方案的进一步改进在于：整体浇注制造珠光体球墨铸铁毛坯包括以下工艺步骤：
a)造型：采用复合砂箱的方式，辊身采用金属型砂箱，上辊颈、下辊颈采用石英砂粘土造型；
b)熔炼：在中频炉中进行冶炼，辊身、上辊颈、下辊颈的材质均为球墨铸铁，冶炼温度为1440℃～1540℃，出炉前往铁水中加入孕育剂、球化剂，对铁水进行孕育处理以及球化处理；
c)浇注，采用底注式浇注，待浇注结束后，覆盖蛭石粉进行保温；
d)开箱：常温冷却至200℃～320℃开箱，待珠光体球墨铸铁毛坯冷却室温后进行粗加工。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤b)中铁水中加入的孕育剂为75硅铁，添加量为铁水总量的0.4％～1.0％，球化剂为稀土镁合金，添加量为铁水总量的0.8％～1.4％。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
合理设计轧辊的化学成分，通过优化设计合金元素Cr、Ni、Mo的加入量，并且提高合金中Ni含量，由于Ni元素在球墨铸铁中不仅可以促进球状石墨的形成，并且可以完全融入基体中，细化组织，降低断面敏感性，另外Ni可以提高淬透性，有利于后续淬火处理，通过合金元素成份的优化确保得到工作辊的组织为贝氏体+回火索氏体+碳化物，提高辊身的抗热裂性，在保证抗热裂性的同时，降低了生产成本。
在制造工艺上，采用高温淬火+高温回火的方式，改变轧辊辊身基体组织，从而获得强度更高且适用性更强的贝氏体+回火索氏体+碳化物体组织，提高产品耐磨性，淬火后辊身工作层内外硬度落差非常小，从而保证了产品使用过程中性能一致，其耐磨性、抗热裂性更高，轧辊在使用过程中槽底表面质量好，进而可以提高钢材轧制质量。
冷却方式采用喷水+喷雾+风冷的方式，该方式不仅环保，并且成本低，循环水可再利用，高温的工作辊出炉后立即对辊身进行喷水冷却，快速冷却，使基体组织由奥氏体避开珠光体转变区，进入贝氏体相变区完成贝氏体转变，并达到细化组织目的，之后，为保证辊身淬硬层深度，以及温度继续下降后产品安全性，改用较为缓和的喷水雾及吹风冷却。
附图说明
图1是本发明实施例1制备产物的组织结构图；
图2是本发明实施例2制备产物的组织结构图；
图3是本发明实施例3制备产物的组织结构图；
图4是本发明实施例1制备产物下机后槽底表面与珠光体轧辊下机后槽底表面对比图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
一种线棒材粗轧机架用工作辊其化学组分及各组分重量百分含量为：C 2.9～3.6％、Si 1.2～2.0％、Mn 0.3～0.8％、Cr 0.2～1.0％、Ni 1.0～2.0％、Mo 0.2～0.5％、P≤0.15、S≤0.3，其余为Fe和不可避免的杂质；
上述线棒材粗轧机架用工作辊的制造方法，整体浇注制造珠光体球墨铸铁毛坯，其包括以下工艺步骤：
a)造型：采用复合砂箱的方式，辊身采用金属型砂箱，上辊颈、下辊颈采用石英砂粘土造型；
b)熔炼：在中频炉中进行冶炼，辊身、上辊颈、下辊颈的材质均为球墨铸铁，冶炼温度为1440℃～1540℃，出炉前往铁水中加入孕育剂、球化剂，对铁水进行孕育处理以及球化处理，铁水中加入的孕育剂为75硅铁，添加量为铁水总量的0.4％～1.0％，球化剂为稀土镁合金，添加量为铁水总量的0.8％～1.4％；
c)浇注，采用底注式浇注，待浇注结束后，覆盖蛭石粉进行保温；
d)开箱：常温冷却至200℃～320℃开箱，待珠光体球墨铸铁毛坯冷却室温后进行粗加工；
整体浇注制造珠光体球墨铸铁毛坯整体浇注制造成的珠光体球墨铸铁毛坯经粗加工后淬火热处理得到组织为贝氏体+回火索氏体+碳化物的粗轧机架用工作辊；所述淬火热处理包括以下工艺步骤：
步骤A、高温淬火，经过粗加工后的半成品工作辊在空气炉中升温至800℃～950℃保温，高温淬火保温时间根据公式t＝(0.5～3.5)φ/100+(8～12)确定，其中t表示高温淬火保温时间，单位为h,φ表示半成品工作辊辊身直径mm；例如辊身直径为500mm的轧辊，则高温淬火保温时间为t＝2*500*100+10＝20h；
步骤B、冷却，半成品工作辊高温出炉后首先进行喷水冷却，喷水水压2.0MPa～4.0MPa，喷水流量6.0m3/h～8.0m3/h，喷水时间2min～5min，喷水结束后，立即进行喷水雾处理，喷水雾水压2.0MPa～4.0MPa，喷水雾流量3.0m3/h～5.0m3/h，喷水雾时间3min～10min，吹风时间20min～35min，喷水雾结束后，立即使用转轴流风机吹风处理，终冷温度350℃～450℃；
步骤C、高温回火，冷却后的半成品工作辊放入空气炉内，升温至回火温度保温一定时间后以15℃/min的速率降温至120℃出炉得到组织为贝氏体+回火索氏体+碳化物的粗轧机架用工作辊，回火温度为450℃～600℃，回火保温时间为高温淬火保温时间的1.5倍。
实施例1
一种线棒材粗轧机架用工作辊其化学组分及各组分重量百分含量为：C 2.9～3.6％、Si 1.2～2.0％、Mn 0.3～0.8％、Cr 0.2～1.0％、Ni 1.0～2.0％、Mo 0.2～0.5％、P≤0.15、S≤0.3，其余为Fe和不可避免的杂质；
步骤b)中冶炼温度为1440℃，孕育剂的加入量为0.4％，球化剂添加量为铁水总量的0.8％；
步骤d)中：常温冷却至300℃开箱；
经出炉检验得知，珠光体球墨铸铁毛坯的化学组分及各组分重量百分含量为：C3.31％、Si 1.52％、Mn 0.55％、Cr 0.31％、Ni 1.3％、Mo 0.3％、P0.15％、S 0.3％，其余为Fe和不可避免的杂质；
步骤A中半成品工作辊在空气炉中升温至845℃保温，高温淬火保温时间12h，半成品工作辊辊身直径φ为580mm；
步骤B中喷水水压2.0MPa，喷水流量6.0m3/h，喷水时间3.5min，喷水雾水压3.0MPa，喷水雾流量3.0m3/h，喷水雾时间3min，吹风时间20mi，终冷温度350℃；
步骤C中回火温度为490℃，回火保温时间为18h。
通过硬度检测仪对本实施例1制备的粗轧机架用工作辊进行工作层内硬度落差检测，检测结果如表1所示，工作辊工作层的硬度落差小，产品的一致性好。
表1实施例1制备的工作辊工作层硬度落差检测结果
与辊面距离(mm) 5 5 5 5 5 5 5
硬度(HSD) 2 2 2 1 2 4 3 2
使用金相检测仪对实施例1制备的粗轧机架用工作辊进行金相组织观察检测，如图1所示，从图1可以看出其组织结构为贝氏体+回火索氏体+碳化物，其中，石墨形态团、团虫石墨面积5.94％，碳化物面积11.33％，基体显微硬度330.1Hm。
使用万能材料试验机测试实施例1制备的粗轧机架用工作辊抗拉强度，抗拉强度越高则轧辊在使用过程中抗事故能力越高，本实施例测试结果辊径抗拉强度为：670Mpa。
实施例1制备的粗轧机架用工作辊在特钢高线粗轧架进行试用，单次轧制量达到11000吨，为珠光体产品的2倍，下机后产品表面质量良好，没有出现热裂纹，修磨量为15mm，较珠光体产品25mm下降40％，下机后槽底表面与珠光体轧辊下机后槽底表面对比如图4所示。
实施例2
本实施例与实施例1中的工艺步骤相同，与实施例1的区别在于：本实施例步骤b)中冶炼温度为1460℃，孕育剂的加入量为0.6％，球化剂添加量为铁水总量的1.0％；
步骤d)中：常温冷却至320℃开箱；
经出炉检验得知，珠光体球墨铸铁毛坯的化学组分及各组分重量百分含量为：C3.1％、Si 1.75％、Mn 0.61％、Cr 0.63％、Ni 2.0％、Mo 0.35％、P 0.04、S≤0.2，其余为Fe和不可避免的杂质；
步骤A中半成品工作辊在空气炉中升温至900℃保温，高温淬火保温时间6h，半成品工作辊辊身直径φ为400mm；
步骤B中喷水水压4.0MPa，喷水流量8.0m3/h，喷水时间2.5min，喷水雾水压4.0MPa，喷水雾流量5.0m3/h，喷水雾时间5min，吹风时间35min，终冷温度450℃；
步骤C中回火温度为600℃，回火保温时间9h。
通过硬度检测仪对本实施例2制备的粗轧机架用工作辊进行工作层内硬度落差检测，检测结果如表2所示，工作辊工作层的硬度落差小，产品的一致性好。
表2实施例2制备的工作辊工作层硬度落差检测结果
与辊面距离(mm) 5 5 5 5 5 5 5
硬度(HSD) 3 4 3 5 3 4 3 3
使用金相检测仪对实施例2制备的粗轧机架用工作辊进行金相组织观察检测，如图2所示，从图2可以看出其组织结构为贝氏体+回火索氏体+碳化物，其中，石墨形态团、团虫石墨面积6.16％碳化物面积12.06％，基体显微硬度393.4Hm。
使用万能材料试验机测试实施例2制备的粗轧机架用工作辊其抗拉强度，本实施例测试结果辊径抗拉强度为：620Mpa。
实施例2制备的粗轧机架用工作辊在宝钢高线粗轧第四架进行试用，单次轧制量达到8000吨，为珠光体产品的2倍，下机后工作辊表面质量良好，没有出现热裂纹，修磨量为8mm，较珠光体产品15mm下降50％。
实施例3
本实施例与实施例1中的工艺步骤相同，与实施例1的区别在于：本实施例步骤b)中冶炼温度为1455℃，孕育剂的加入量为0.8％，球化剂添加量为铁水总量的1.2％；
步骤d)中：常温冷却至320℃开箱；
经出炉检验得知，珠光体球墨铸铁毛坯的化学组分及各组分重量百分含量为：C3.4％、Si 1.85％、Mn 0.6％、Cr 0.41％、Ni 1.84％、Mo 0.25％、P 0.04、S≤0.2，其余为Fe和不可避免的杂质；
步骤A中半成品工作辊在空气炉中升温至920℃保温，高温淬火保温时间2h，半成品工作辊辊身直径φ为610mm；
步骤B中喷水水压4.0MPa，喷水流量8.0m3/h，喷水时间5min，喷水雾水压4.0MPa，喷水雾流量5.0m3/h，喷水雾时间8min，吹风时间35min，终冷温度450℃；
步骤C中回火温度为580℃，回火保温时间3h。
通过硬度检测仪对本实施例3制备的粗轧机架用工作辊进行工作层内硬度落差检测，检测结果如表3所示，工作辊工作层的硬度落差小，产品的一致性好。
表3实施例3制备的工作辊工作层硬度落差检测结果
与辊面距离(mm) 5 5 5 5 5 5 5
硬度(HSD) 2 2 2 3 2 3 3 2
使用金相检测仪对实施例3制备的粗轧机架用工作辊进行金相组织观察检测，如图3所示，从图3可以看出其组织结构为贝氏体+回火索氏体+碳化物，其中，石墨形态团、团虫石墨面积6.3％碳化物面积10.5％，基体显微硬度360.1Hm。
使用万能材料试验机测试实施例3制备的粗轧机架用工作辊其抗拉强度，本实施例测试结果辊径抗拉强度为：635Mpa。
实施例3制备的粗轧机架用工作辊在山西建龙高线粗轧第一架进行试用，单次轧制量达到18000吨，为珠光体产品的2.5倍，下机后产品表面质量良好，没有出现热裂纹，修磨量为12mm，较珠光体产品20mm下降40％。
上述实施例是对本发明做进一步详细说明，本领域技术人员可以根据本实施例所提供的方法和参数进行拓展，达到本发明中所涉及的其它参数范围，均能够实现本发明的目的。

Claims (4)

1.一种线棒材粗轧机架用工作辊的制造方法，其特征在于：整体浇注制造成的珠光体球墨铸铁毛坯经粗加工后淬火热处理得到组织为贝氏体+回火索氏体+碳化物的粗轧机架用工作辊，粗轧机架用工作辊化学组分及各组分重量百分含量为：C 2.9～3.6%、Si 1.2～2.0%、Mn 0.3～0.8%、Cr 0.2～0.41%、Ni 1.0～1.3%、Mo 0.2～0.3%、P ≤0.15、S ≤0.3，其余为Fe和不可避免的杂质；整体浇注制造珠光体球墨铸铁毛坯包括以下工艺步骤：
a）造型：采用复合砂箱的方式，辊身采用金属型砂箱，上辊颈、下辊颈采用石英砂粘土造型；
b）熔炼：在中频炉中进行冶炼，辊身、上辊颈、下辊颈的材质均为球墨铸铁，冶炼温度为1440℃～1540℃，出炉前往铁水中加入孕育剂、球化剂，对铁水进行孕育处理以及球化处理；
c）浇注，采用底注式浇注，待浇注结束后，覆盖蛭石粉进行保温；
d）开箱：常温冷却至200℃～320℃开箱，待珠光体球墨铸铁毛坯冷却室温后进行粗加工；
所述淬火热处理包括以下工艺步骤：
步骤A、高温淬火，经过粗加工后的半成品工作辊在空气炉中升温至800℃～950℃保温，高温淬火保温时间根据公式t=（0.5～3.5）φ/100+（8～12）确定，其中t表示高温淬火保温时间，单位为h,φ表示半成品工作辊辊身直径mm；
步骤B、冷却，半成品工作辊高温出炉后首先进行喷水冷却，喷水结束后，立即进行喷水雾处理，喷水雾结束后，立即使用转轴流风机吹风处理，终冷温度350℃～450℃；
步骤C、高温回火，冷却后的半成品工作辊放入空气炉内，升温至回火温度保温一定时间后以15℃/min的速率降温至120℃出炉，回火温度为450℃～600℃，回火保温时间为高温淬火保温时间的1.5倍。
2.根据权利要求1所述的一种线棒材粗轧机架用工作辊的制造方法，其特征在于：所述步骤B中喷水水压2.0MPa～4.0MPa，喷水流量6.0m3/h～8.0m3/h，喷水时间2min～5min。
3.根据权利要求1所述的一种线棒材粗轧机架用工作辊的制造方法，其特征在于：所述步骤B中喷水雾水压2.0MPa～4.0MPa，喷水雾流量3.0m3/h～5.0m3/h，喷水雾时间3min～10min，吹风时间20min～35min。
4.根据权利要求1所述的一种线棒材粗轧机架用工作辊的制造方法，其特征在于：所述步骤b）中铁水中加入的孕育剂为75硅铁，添加量为铁水总量的0.4%～1.0%，球化剂为稀土镁合金，添加量为铁水总量的0.8%～1.4%。
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